DE102022114723A1

DE102022114723A1 - Method and device for measuring fill levels in pipette tips

Info

Publication number: DE102022114723A1
Application number: DE102022114723.1A
Authority: DE
Inventors: Mark Eberspächer; Roland Schäfer
Original assignee: Balluff GmbH
Current assignee: Balluff GmbH
Priority date: 2022-06-10
Filing date: 2022-06-10
Publication date: 2023-12-21

Abstract

Eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung einer Pipettenspitze (50) weist eine Füllstandsmesseinheit (40) mit mindestens einer Einrichtung zur Abstrahlung oder Anregung elektromagnetischer Wellen und zum Empfang elektromagnetischer Wellen auf. In einer Vorrichtung (20) zur Befüllung und Füllstandsmessung mehrerer Pipettenspitzen, aufweisend ein Array (10) mit mindestens eine Reihe (R1-R8) von Halterungen (11) für jeweils eine Pipettenspitze, ist jeweils eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung einer Pipettenspitze entlang jeder Reihe (R1-R8) verfahrbar angeordnet.A device for measuring the fill level of a pipette tip (50) has a fill level measuring unit (40) with at least one device for emitting or exciting electromagnetic waves and for receiving electromagnetic waves. In a device (20) for filling and level measurement of several pipette tips, comprising an array (10) with at least one row (R1-R8) of holders (11) for each pipette tip, there is a device for measuring the level of a pipette tip along each row ( R1-R8) arranged to be movable.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung in einer Pipettenspitze. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Befüllung und Füllstandsmessung mehrerer Pipettenspitzen. Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Befüllung und Füllstandsmessung mehrerer Pipettenspitzen mittels der Vorrichtung.The present invention relates to a device for measuring the fill level in a pipette tip. The present invention further relates to a device for filling and measuring the level of several pipette tips. Finally, the present invention relates to a method for filling and measuring the level of several pipette tips using the device.

Stand der TechnikState of the art

In der medizinischen und molekularbiologischen Labortechnik werden Einwegpipettenspitzen automatisiert befüllt. Dazu werden die Pipettenspitzen in mehreren Reihen nebeneinander in Halterungen eines Arrays positioniert. Über jeder Reihe ist eine Abfülleinheit angeordnet. Die Abfülleinheiten werden dazu verwendet, um gleichzeitig alle Pipettenspitzen in einer Spalte der Reihen mit einer Flüssigkeit zu befüllen. Anschließend werden die Abfülleinheiten entlang der Reihen um eine Spalte weit verfahren, um anschließend die nächsten Pipettenspitzen zu befüllen. Dabei wird aus einem Flüssigkeitsdruck in den Abfülleinheiten einer Nadelöffnung eines in Abfülleinheiten enthaltenen Nadelventils und der Öffnungszeit des Nadelventils berechnet, wieviel Flüssigkeit in die Pipettenspitzen gelangt. Beim Einfüllen von Flüssigkeiten unterschiedlicher Viskosität sowie bei schwankenden Umgebungsbedingungen kann es allerdings zu Befüllungsfehlern kommen.In medical and molecular biology laboratory technology, disposable pipette tips are filled automatically. To do this, the pipette tips are positioned in several rows next to each other in holders of an array. A filling unit is arranged above each row. The filling units are used to simultaneously fill all pipette tips in a column of the rows with a liquid. The filling units are then moved one column along the rows in order to then fill the next pipette tips. How much liquid gets into the pipette tips is calculated from a liquid pressure in the filling units of a needle opening of a needle valve contained in the filling units and the opening time of the needle valve. However, filling errors can occur when filling liquids with different viscosities or in fluctuating environmental conditions.

Der Füllstand in den Pipettenspitzen kann mittels optischer Grenzwerttaster überwacht werden. Diese liefern allerdings keinen kontinuierlichen Messwert, sondern lediglich die Information, ob der Füllstand einen Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet.The fill level in the pipette tips can be monitored using optical limit switches. However, these do not provide a continuous measurement, but only information as to whether the level exceeds or falls below a threshold value.

Die Verwendung einer Kontrollwaage ist geeignet, um den Füllstand einer einzigen Pipettenspitze während des Befüllens zu überwachen. Ein automatisiertes Überwachen der Befüllung mehreren Pipettenspitzen in einem Array ist hierdurch jedoch nicht möglich.The use of a checkweigher is suitable for monitoring the level of a single pipette tip during filling. However, automated monitoring of the filling of multiple pipette tips in an array is not possible.

Radarsensoren werden zur Füllstandsmessung in großen Behältnissen verwendet. Hierbei werden elektromagnetische Wellen möglichst senkrecht zu der zu erfassenden Flüssigkeitsoberfläche abgestrahlt, welche an der Oberfläche reflektiert und anschließend von einer Empfangseinheit empfangen werden. Da die elektromagnetischen Wellen sich mit einer endlichen Geschwindigkeit ausbreiten, trifft die empfangene Welle verzögert zur Sendewelle ein. Vor dem Hintergrund, dass die Ausbreitungsgeschwindigkeit bekannt ist, kann so von der Verzögerung auf die Pfadlänge und somit auf den Abstand zwischen Radarsensor und Flüssigkeit und infolgedessen auf den Füllstand geschlossen werden. Die Ermittlung der Laufzeit wird entweder direkt im Zeitbereich oder aber im Frequenzbereich durchgeführt. Diese Sensoren sind allerdings für große Entfernungen zwischen dem Radarsensor und der Flüssigkeitsoberfläche und für große Flüssigkeitsoberflächen konzipiert und erreichen ihre nominale Genauigkeit üblicherweise erst bei einem Anstand von mindestens 25 cm zur Flüssigkeitsoberfläche. Für geringe Entfernungen und kleine Oberflächen, wie sie in Pipettenspitzen auftreten, sind kommerziell erhältliche Radarsensoren ungeeignet.Radar sensors are used to measure fill levels in large containers. Here, electromagnetic waves are emitted as perpendicularly as possible to the liquid surface to be detected, which are reflected on the surface and then received by a receiving unit. Since the electromagnetic waves propagate at a finite speed, the received wave arrives with a delay to the transmitted wave. Given that the propagation speed is known, conclusions can be drawn from the delay on the path length and thus on the distance between the radar sensor and the liquid and consequently on the fill level. The running time is determined either directly in the time domain or in the frequency domain. However, these sensors are designed for large distances between the radar sensor and the liquid surface and for large liquid surfaces and usually only achieve their nominal accuracy when they are at least 25 cm from the liquid surface. Commercially available radar sensors are unsuitable for short distances and small surfaces, such as those found in pipette tips.

Aus der DE 11 2014 007 276 B4 ist ein Näherungssensor bekannt, der es ermöglicht, den Abstand zu einem Target mittels Mikrowellen zu ermitteln. Dieser ist insbesondere für horizontale Abstandsmessungen gegenüber festen Targets vorgesehen, während eine Füllstandsmessung in einer Pipettenspitze eine vertikale Abstandsmessung gegenüber einem flüssigen Target erfordern würde.From the DE 11 2014 007 276 B4 A proximity sensor is known that makes it possible to determine the distance to a target using microwaves. This is intended in particular for horizontal distance measurements from solid targets, while a level measurement in a pipette tip would require a vertical distance measurement from a liquid target.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung einer Pipettenspitze bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung bereitzustellen, die zur gleichzeitigen Befüllung und Füllstandsmessung mehrerer Pipettenspitzen verwendet werden kann. Noch eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, das es ermöglicht, mehrere Pipettenspitzen zu befüllen und ihren Füllstand zu messen.It is an object of the present invention to provide a device for measuring the fill level of a pipette tip. A further object of the invention is to provide a device that can be used to simultaneously fill and measure the level of several pipette tips. Yet another object of the invention is to provide a method that makes it possible to fill multiple pipette tips and measure their fill level.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

In einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine dieser Aufgaben durch eine Vorrichtung zur Füllstandsmessung einer Pipettenspitze gelöst, die eine Füllstandsmesseinheit aufweist, welche mindestens eine Einrichtung zur Abstrahlung oder Anregung elektromagnetischer Wellen und zum Empfang elektromagnetischer Wellen aufweist. Die Einrichtung ist insbesondere zum Leiten von Mikrowellen eingerichtet. Hierzu ist sie mit einem Mikrowellenoszillator verbunden. Außerdem weist die Einrichtung insbesondere einen Sendepfad und einen vom Sendepfad elektromagnetisch entkoppelten Empfangspfad auf. Diese zur Füllstandsmessung einer Pipettenspitze geeignet Vorrichtung kann auch zur Füllstandsmessung anderer Behältnisse verwendet werden, die ähnliche Dimensionen wie eine Pipettenspitze aufweisen. Insbesondere kann sie zur Füllstandsmessung von demgemäß dimensionierten Ampullen, Fläschchen oder Röhrchen eingesetzt werden.In a first aspect of the invention, one of these tasks is solved by a device for measuring the fill level of a pipette tip, which has a fill level measuring unit which has at least one device for emitting or exciting electromagnetic waves and for receiving electromagnetic waves. The device is designed in particular to conduct microwaves. For this purpose it is connected to a microwave oscillator. In addition, the device has in particular a transmission path and a reception path that is electromagnetically decoupled from the transmission path. This device, which is suitable for measuring the level of a pipette tip, can also be used to measure the level of other containers that have similar dimensions to a pipette tip. In particular, it can be used to measure the fill level of appropriately sized ampoules, bottles or tubes.

Die Einrichtung kann oberhalb einer Pipettenspitze angeordnet werden. Sie strahlt eine Sendewelle in Richtung der Flüssigkeitsoberfläche in der Pipettenspitze ab. Da die Flüssigkeit andere Ausbreitungseigenschaften als Luft aufweist, tritt dort eine Reflexion auf. Die reflektierte Reflexionswelle tritt teilweise wieder in die Einrichtung ein und wird dort messtechnisch erfasst. Dies ermöglicht es, den Abstand zwischen einem Bezugspunkt der Einrichtung und der Flüssigkeitsoberfläche zu ermitteln und daraus den Füllstand in der Pipettenspitze zu berechnen. Eine einzelne Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung kann verwendet werden, um den Füllstand in einer einzelnen Pipettenspitze zu überwachen. Dies ist beispielsweise dann sinnvoll, wenn die Pipettenspitze von einem Greifer gegriffen wird. Mehrere Vorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung können allerdings auch nebeneinander angeordnet werden, um so alle Pipettenspitzen einer Spalte in einem Array zur automatisierten Pipettenspitzenbefüllung zu überwachen.The device can be arranged above a pipette tip. It emits a transmission wave towards the liquid surface in the pipette tip. Since the liquid has different spreading properties than air, it occurs there a reflection. The reflected reflection wave partially re-enters the device and is measured there. This makes it possible to determine the distance between a reference point of the device and the liquid surface and use this to calculate the fill level in the pipette tip. A single device according to the first aspect of the invention can be used to monitor the level in a single pipette tip. This is useful, for example, if the pipette tip is gripped by a gripper. However, several devices according to the first aspect of the invention can also be arranged next to one another in order to monitor all pipette tips in a column in an array for automated pipette tip filling.

Die Einrichtung weist vorzugsweise mindestens einen Wellenleiter auf. Der Wellenleiter kann auf verschiedene Weisen ausgeführt sein. In einer Ausführungsform ist der Wellenleiter als Hohlleiter ausgeführt. In einem Hohlleiter können ein Wellentypwandler und eine signalverarbeitende Anordnung eine einteilige Einheit bilden, deren Gehäuse der Hohlleiter selbst bildet.The device preferably has at least one waveguide. The waveguide can be designed in different ways. In one embodiment, the waveguide is designed as a waveguide. In a waveguide, a waveform converter and a signal processing arrangement can form a one-piece unit, the housing of which is formed by the waveguide itself.

In einer anderen Ausführungsform ist der Wellenleiter ein dielektrischer Leiter. Während bei Verwendung eines Hohlleiters insbesondere vorgesehen sein kann, dass eine Sendewelle an einer Apertur am vorderen Ende des Hohlleiters abgelöst wird, sodass eine Sendewelle entsteht, kann ein dielektrischer Wellenleiter, insbesondere eine Spitze aufweisen, von welcher sich die Sendewelle als Sendewelle ablöst. Vorzugsweise weist der dielektrische Wellenleiter eine periodische Strukturierung an seiner Oberfläche auf. Diese kann insbesondere so ausgeführt sein, dass er einen kreiszylinderförmigen Abschnitt aufweist, dessen Durchmesser sich periodisch ändert. Dies ermöglicht es, die Wellenleitereigenschaften des Wellenleiters und dessen Abstrahlverhalten zu beeinflussen.In another embodiment, the waveguide is a dielectric conductor. While when using a waveguide it can in particular be provided that a transmission wave is detached at an aperture at the front end of the waveguide, so that a transmission wave is created, a dielectric waveguide can, in particular, have a tip from which the transmission wave detaches itself as a transmission wave. The dielectric waveguide preferably has a periodic structuring on its surface. This can in particular be designed in such a way that it has a circular cylindrical section whose diameter changes periodically. This makes it possible to influence the waveguide properties of the waveguide and its radiation behavior.

Grundsätzlich kann die Vorrichtung zur Füllstandsmessung unabhängig von einer Vorrichtung zur Befüllung der Pipettenspitze realisiert werden. Bevorzugt weist die Vorrichtung jedoch zusätzlich zur Füllstandsmesseinheit eine Abfülleinheit zum Befüllen der Pipettenspitze mit einer Flüssigkeit auf. Dies ermöglicht eine Regelung der Füllmenge unter Verwendung eines Füllstands, der mittels der Füllstandsmesseinheit ermittelt wurde.In principle, the device for level measurement can be implemented independently of a device for filling the pipette tip. However, in addition to the level measuring unit, the device preferably has a filling unit for filling the pipette tip with a liquid. This enables the filling quantity to be regulated using a filling level that was determined using the filling level measuring unit.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Abfülleinheit neben der Füllstandsmesseinheit angeordnet. Wird diese Vorrichtung entlang einer Reihe von Pipettenspitzen, die in einem Array angeordnet sind, verfahren, so kann eine Pipettenspitze mittels der Abfülleinheit befüllt werden, während der Füllstand der unmittelbar zuvor mittels der Abfülleinheit befüllten Pipettenspitze mittels der Füllstandsmesseinheit überprüft wird.In one embodiment of the invention, the filling unit is arranged next to the level measuring unit. If this device is moved along a row of pipette tips that are arranged in an array, a pipette tip can be filled using the filling unit, while the fill level of the pipette tip that was filled immediately beforehand using the filling unit is checked using the fill level measuring unit.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit die Abfülleinheit umgibt. Dies kann so realisiert werden, dass die Abfülleinheit als Kanal ausgeführt ist, welcher entlang der Längsachse des Wellenleiters in diesem verläuft. Ist der Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit ein dielektrischer Leiter, so würde dieser nicht massiv, sondern hohlzylinderförmig ausgeführt, wobei der Hohlraum als Kanal der Abfülleinheit fungiert. Wenn der Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit als Hohlleiter ausgeführt ist, dann verläuft der Kanal der Abfülleinheit durch den Hohlraum des Wellenleiters. Je nach Abmessung und Geometrie des Kanals der Abfülleinheit kann dieser den Hohlleiter gegebenenfalls in mehrere separierte Hohlräume unterteilen.In another embodiment of the invention it is provided that the waveguide of the level measuring unit surrounds the filling unit. This can be realized in such a way that the filling unit is designed as a channel which runs along the longitudinal axis of the waveguide. If the waveguide of the level measuring unit is a dielectric conductor, it would not be solid, but rather hollow cylindrical, with the cavity functioning as a channel of the filling unit. If the waveguide of the level measuring unit is designed as a waveguide, then the channel of the filling unit runs through the cavity of the waveguide. Depending on the dimensions and geometry of the channel of the filling unit, it can optionally divide the waveguide into several separate cavities.

Ein Vorteil der Anordnung der Abfülleinheit im Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit besteht darin, dass es möglich ist, den Füllstand in einer Pipettenspitze während des Befüllvorgangs kontinuierlich zu überwachen. Auf diese Weise kann auf eine herkömmliche Steuerung der Abfülleinheit auf der Grundlage der Parameter Druck und Ventilöffnung verzichtet werden und die Befüllung ausschließlich mittels des von der Füllstandsmesseinheit zurückgemeldeten Füllstands geregelt werden. Außerdem kann die Qualität des Befüllvorgangs überwacht werden und so beispielsweise das Auftreten von Luftblasen erkannt werden.An advantage of arranging the filling unit in the waveguide of the level measuring unit is that it is possible to continuously monitor the level in a pipette tip during the filling process. In this way, conventional control of the filling unit based on the pressure and valve opening parameters can be dispensed with and the filling can be regulated exclusively by means of the fill level reported back by the fill level measuring unit. In addition, the quality of the filling process can be monitored and, for example, the appearance of air bubbles can be detected.

In einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine der Aufgaben durch eine Vorrichtung zur Befüllung und Füllstandsmessung mehrerer Pipettenspitzen gelöst. Diese weist ein Array mit mindestens einer Reihe von Halterungen für jeweils eine Pipettenspitze auf. Jeweils eine Vorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, die sowohl eine Abfülleinheit als auch eine Füllstandsmesseinheit aufweist, ist entlang jeder Reihe verfahrbar. Wenn die Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung mehrere Vorrichtungen gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, ermöglicht sie es, eine Vorrichtung zur automatisierten Befüllung von Pipettenspitzen, die in Reihen und Spalten des Arrays angeordnet sind, mit einer Möglichkeit zur automatisierten Füllstandsbestimmung zu versehen. Jede Füllstandsmesseinheit ist insbesondere jeweils maximal 5 cm über dem Array angeordnet.In a second aspect of the invention, one of the tasks is solved by a device for filling and measuring the level of several pipette tips. This has an array with at least one row of holders for each pipette tip. One device according to the first aspect of the invention, which has both a filling unit and a level measuring unit, can be moved along each row. If the device according to the second aspect of the invention has several devices according to the first aspect of the invention, it makes it possible to provide a device for the automated filling of pipette tips, which are arranged in rows and columns of the array, with a possibility for automated fill level determination. Each level measuring unit is in particular arranged a maximum of 5 cm above the array.

Üblicherweise bestehen Arrays zur Aufnahme von Pipettenspitzen aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff. Neben einer Störstelle beim Übergang der Sendewelle und der Reflexionswelle zwischen der Einrichtung und der Pipettenspitze, die durch eine geeignete Kalibrierung beseitigt werden sollte, können gegebenenfalls in die Umgebung einer Pipettenspitze gelangte elektrisch leitfähige Objekte weitere Störungen verursachen. Deshalb ist es bevorzugt, dass das die Halterungen aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Besonders bevorzugt besteht das gesamte Array aus einem elektrisch leitfähigen Material. Unter elektrisch leitfähig wird dabei insbesondere ein Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit von mindestens 10⁴ 1/(Ohm • m) verstanden. Die Sendewelle wird dann über die Einrichtung der Füllstandsmesseinheit angeregt, breitet sich entlang der Pipettenspitze aus, reflektiert an der Flüssigkeit und läuft als Reflexionswelle wieder zur Einrichtung zurück. Wenn dabei die Pipettenspitze von einem elektrisch leitfähigen Material umgeben ist, kann die Anordnung als Leiterstruktur mit stark reflektierendem Abschluss betrachtet werden, wobei das Material der Pipettenspitze als eine dielektrische Innenbeschichtung der Leiterstruktur angesehen werden kann. Äußere Störeinflüsse werden auf diese Weise ausgeschlossen. Die Ausführung des Arrays aus einem elektrisch leitfähigen Material kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass ein Kunststoffmaterial durch Hinzufügung von Leitruß, Kohlefasern oder Metallfasern elektrisch leitfähig ausgerüstet wird. Auch wenn kein Array verwendet wird, ist es bevorzugt, dass Halterungen für die Pipettenspitzen aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen. Eine solche Halterung kann beispielsweise ein Roboterarm sein. Weiterhin kann eine solche Halterung ein Teil einer Fördereinrichtung sein. Dies ermöglicht es, die Abfülleinheiten und Füllstandsmesseinheiten ortsfest anzuordnen und die Halterungen mittels der Fördereinrichtung relativ zu den Abfülleinheiten und Füllstandsmesseinheiten zu verfahren.Arrays for holding pipette tips usually consist of an electrically non-conductive plastic. In addition to an interference point in the transition of the transmission wave and the reflection wave between the device and the pipette tip, which is caused by suitable calibration should be taken care of, electrically conductive objects that get into the vicinity of a pipette tip can cause further interference. It is therefore preferred that the holders consist of an electrically conductive material. The entire array particularly preferably consists of an electrically conductive material. Electrically conductive is understood to mean, in particular, a material with an electrical conductivity of at least 10 ⁴ 1/(Ohm • m). The transmission wave is then excited via the device of the level measuring unit, propagates along the pipette tip, reflects on the liquid and returns to the device as a reflection wave. If the pipette tip is surrounded by an electrically conductive material, the arrangement can be viewed as a conductor structure with a highly reflective termination, whereby the material of the pipette tip can be viewed as a dielectric inner coating of the conductor structure. In this way, external disruptive influences are excluded. The array can be made from an electrically conductive material in particular by making a plastic material electrically conductive by adding conductive carbon black, carbon fibers or metal fibers. Even if no array is used, it is preferred that holders for the pipette tips consist of an electrically conductive material. Such a holder can be, for example, a robot arm. Furthermore, such a holder can be part of a conveyor device. This makes it possible to arrange the filling units and level measuring units in a stationary manner and to move the holders relative to the filling units and level measuring units by means of the conveyor device.

In einer ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung weist die Vorrichtung pro Reihe eine Vorrichtung zur Befüllung und Füllstandsmessung einer Pipettenspitze gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf, die eine neben der Füllstandsmesseinheit angeordnete Abfülleinheit aufweist. Dabei sind die Abfülleinheit und die Füllstandsmesseinheit entlang der Reihe in einem Abstand angeordnet, der dem Abstand zweier Halterungen in der Reihe entspricht. Wenn die Abfülleinheit von einer Pipettenspitze zur folgenden Pipettenspitze verfahren wird, hat dies zur Folge, dass die Füllstandsmesseinheit gleichzeitig ebenfalls um eine Pipettenspitze verfahren wird.In a first embodiment of the second aspect of the invention, the device has one device per row for filling and level measurement of a pipette tip according to the first aspect of the invention, which has a filling unit arranged next to the level measuring unit. The filling unit and the fill level measuring unit are arranged along the row at a distance that corresponds to the distance between two holders in the row. If the filling unit is moved from one pipette tip to the following pipette tip, this means that the level measuring unit is also moved around a pipette tip at the same time.

In einer zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung weist diese pro Reihe eine Vorrichtung zur Befüllung und Füllstandsmessung einer Pipettenspitze gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auf, in der die Einrichtung der Füllstandsmesseinheit die Abfülleinheit umgibt. Während in der ersten Ausführungsform gegenüber einer herkömmlichen Abfüllvorrichtung für Pipettenspitzen zusätzlich zu der Spalte mit Abfülleinheiten eine weitere Spalte mit Füllstandsmesseinheiten vorgesehen werden muss, ermöglicht es die zweite Ausführungsform, eine Vorrichtung bereitzustellen, die oberhalb der Pipettenspitzen genauso viele technische Elemente aufweist, wie eine herkömmliche Vorrichtung. Dadurch können herkömmliche Vorrichtungsdesigns problemlos auch auf die zweite Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung übertragen werden.In a second embodiment of the device according to the second aspect of the invention, it has one device per row for filling and level measurement of a pipette tip according to the first aspect of the invention, in which the device of the level measuring unit surrounds the filling unit. While in the first embodiment, compared to a conventional filling device for pipette tips, a further column with fill level measuring units must be provided in addition to the column with filling units, the second embodiment makes it possible to provide a device that has just as many technical elements above the pipette tips as a conventional device . As a result, conventional device designs can also be easily transferred to the second embodiment of the second aspect of the invention.

In einem dritten Aspekt der Erfindung wird eine der Aufgaben durch ein Verfahren zur Befüllung und Füllstandsmessung mehrerer Pipettenspitzen gelöst. Wird hierzu eine Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung verwendet, so wird jede Abfülleinheit zunächst über eine n-ten Halterung einer Reihe des Arrays angeordnet. Eine in der n-ten Halterung angeordnete Pipettenspitze wird mittels der Abfülleinheit befüllt, wobei n eine Nummer der Halterung ist. Danach werden die Abfülleinheit und die Füllstandsmesseinheit entlang der Reihe so verfahren, dass nun die Füllstandsmesseinheit über der n-ten Halterung angeordnet wird und die Abfülleinheit über einer (n+1)-ten Halterung angeordnet wird. Die Füllstandsmesseinheit befindet sich somit nun über der Pipettenspitze, die unmittelbar zuvor mittels der Abfülleinheit befüllt wurde. Es folgt ein Messen eines Füllstands der in der n-ten Halterung angeordneten Pipettenspitze mittels der Füllstandsmesseinheit, sodass überprüft werden kann, ob die Pipettenspitze mit dem vorgegebenen Volumen befüllt wurde. Die Abfülleinheit steht in der Zwischenzeit bereit, um zeitgleich mit der Füllstandsmessung die nächste Pipettenspitze zu befüllen. Die Schritte des Befüllens der n-ten Halterung des Verfahrens der Abfülleinheit und der Füllstandsmesseinheit und des Messens des Füllstands der Pipettenspitze in der n-ten Halterung kann somit nun beliebig oft wiederholt werden, wobei der Wert n jeweils um 1 erhöht wird. Auf diese Weise ist es möglich, alle Pipettenspitzen im Array zu befüllen und anschließend ihren Füllstand zu messen.In a third aspect of the invention, one of the tasks is solved by a method for filling and measuring the level of several pipette tips. If a device according to the first embodiment of the second aspect of the invention is used for this purpose, each filling unit is first arranged over an nth holder of a row of the array. A pipette tip arranged in the nth holder is filled by means of the filling unit, where n is a number of the holder. The filling unit and the filling level measuring unit are then moved along the row in such a way that the filling level measuring unit is now arranged above the nth holder and the filling unit is arranged above an (n+1)th holder. The level measuring unit is now located above the pipette tip, which was filled immediately beforehand using the filling unit. This is followed by measuring a fill level of the pipette tip arranged in the nth holder using the fill level measuring unit, so that it can be checked whether the pipette tip has been filled with the specified volume. In the meantime, the filling unit is ready to fill the next pipette tip at the same time as the level measurement. The steps of filling the nth holder of the method of the filling unit and the level measuring unit and measuring the fill level of the pipette tip in the nth holder can now be repeated as often as desired, with the value n being increased by 1 each time. This makes it possible to fill all pipette tips in the array and then measure their fill level.

Wenn in dem Verfahren eine Vorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform des zweiten Aspekts der Erfindung verwendet wird, dann werden alle Abfülleinheiten jeweils über einer n-ten Halterung einer Reihe angeordnet. Es erfolgt das Befüllen einer in der n-ten Halterung angeordneten Pipettenspitze mittels der jeweiligen Abfülleinheit. Der Füllstand der in der n-ten Halterung angeordneten Pipettenspitze kann mittels der Füllstandsmesseinheit während des Füllvorgangs oder nach dessen Abschluss gemessen werden. Durch Verfahren der Abfülleinheit und damit gleichzeitig das Verfahren der Füllstandsmesseinheit entlang der Reihe können alle Verfahrensschritte beliebig oft wiederholt werden, wobei der Wert n jeweils um 1 erhöht wird.If a device according to the second embodiment of the second aspect of the invention is used in the method, then all filling units are each arranged over an nth holder in a row. A pipette tip arranged in the nth holder is filled using the respective filling unit. The fill level of the pipette tip arranged in the nth holder can be measured by means of the fill level measuring unit during the filling process or after its completion. By moving the filling unit and at the same time moving the level measuring unit along the row, all process steps can be repeated as often as desired, with the value n being increased by 1 each time.

Das Messen des Füllstands erfolgt vorzugsweise, indem zunächst ein Ausgangssignal eines Mikrowellenoszillators von der Füllstandsmesseinheit durch einen Sendepfad bereitgestellt wird. Das Ausgangssignal wird in Richtung auf eine Flüssigkeit in der Pipettenspitze als Sendewelle abgestrahlt. Die Sendewelle wird von der Flüssigkeit als Reflexionswelle reflektiert. Die Reflexionswelle wird von der Füllstandsmesseinheit in einem vom Sendepfad elektromagnetisch entkoppelten Empfangspfad empfangen. Ein Abstand zwischen der Füllstandsmesseinheit und der Flüssigkeit kann dann aus der Sendewelle und der Reflexionswelle ermittelt werden, indem eine Phase eines Empfangssignals als Maß für den Abstand verwendet wird. Dies kann insbesondere mittels eines Quadraturmischers oder der 6-Tor-Technik erfolgen.The level is preferably measured by first providing an output signal from a microwave oscillator from the level measuring unit through a transmission path. The output signal is emitted as a transmission wave towards a liquid in the pipette tip. The transmitted wave is reflected by the liquid as a reflection wave. The reflection wave is received by the level measuring unit in a reception path that is electromagnetically decoupled from the transmission path. A distance between the level measuring unit and the liquid can then be determined from the transmission wave and the reflection wave by using a phase of a received signal as a measure of the distance. This can be done in particular using a quadrature mixer or the 6-port technique.

Ein Maß für den Füllstand ist der Abstand zwischen einem Referenzpunkt der Einrichtung und der Flüssigkeitsoberfläche. Wenn die Einrichtung einen Wellenleiter aufweist, dann kann der Bezugspunkt insbesondere dessen Ende sein. Die Abstandsbestimmung beruht auf einem komplexwertigen Reflexionsfaktor, der an mindestens zwei Frequenzen ermittelt wird und durch eine Kalibration auf einen Referenzpunkt zurückgerechnet wurde. Die Kalibration kann insbesondere in Form einer konformen Abbildung ausgeführt werden. Der weitere Messablauf sieht insbesondere eine Grobmessung und eine Feinmessung vor.A measure of the filling level is the distance between a reference point of the device and the liquid surface. If the device has a waveguide, then the reference point can in particular be its end. The distance determination is based on a complex-valued reflection factor, which is determined at at least two frequencies and is calculated back to a reference point through calibration. The calibration can in particular be carried out in the form of a conformal image. The further measurement process provides in particular for a rough measurement and a fine measurement.

In der Feinmessung wird die Absolutphase bezüglich des Referenzpunktes von mindestens einer Frequenz ausgewertet. Da die Phase periodisch ist, ergibt die Abstandsmessung ein sehr genaues, aber eventuell mehrdeutiges Ergebnis. Falls sich der Füllstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen um mindestens ein Viertel der Betriebswellenlänge ändert, erfolgt zur Erlangung der Eindeutigkeit in der Abstandsmessung, eine Grobmessung. Andernfalls besteht keine Mehrdeutigkeit in der Abstandsmessung und die Grobmessung wird im Füllprozess nur zu dessen Beginn benötigt. Die Grobmessung beruht auf der Auswertung mehrerer Frequenzen und deren Phasenbeziehungen. In einer Ausführungsform werden die Phasendifferenzen von zwei oder mehreren Frequenzen ausgewertet. In weiteren Ausführungsformen ist ein modellbasiertes Schätzverfahren oder die Verwendung von neuronalen Netzen vorgesehen.In the fine measurement, the absolute phase is evaluated with respect to the reference point of at least one frequency. Since the phase is periodic, the distance measurement gives a very accurate but possibly ambiguous result. If the level changes by at least a quarter of the operating wavelength between two consecutive measurements, a rough measurement is carried out to ensure clarity in the distance measurement. Otherwise there is no ambiguity in the distance measurement and the rough measurement is only needed at the beginning of the filling process. The rough measurement is based on the evaluation of several frequencies and their phase relationships. In one embodiment, the phase differences of two or more frequencies are evaluated. In further embodiments, a model-based estimation method or the use of neural networks is provided.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Befüllung mehrerer Pipettenspitzen gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Befüllung und Füllstandsmessung mehrerer Pipettenspitzen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
3 zeigt eine Abfülleinheit und eine Füllstandsmesseinheit in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
4 zeigt eine Anordnung einer Füllstandsmesseinheit an einer Pipettenspitze in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
5 zeigt eine Anordnung einer Füllstandsmesseinheit an einer Pipettenspitze in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
6 zeigt eine Anordnung einer Füllstandsmesseinheit an einer Pipettenspitze in einem noch anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
7 zeigt eine Anordnung einer Füllstandsmesseinheit an einer Pipettenspitze in noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
8 zeigt eine Aufsicht auf eine Vorrichtung zur Befüllung und Füllstandsmessung mehrerer Pipettenspitzen in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9a zeigt eine Seitenansicht einer kombinierten Abfüll- und Füllstandsmesseinheit in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
9b zeigt eine Querschnittsdarstellung der kombinierten Abfüll- und Füllstandsmesseinheit gemäß 9a.
10 zeigt eine Seitenansicht einer kombinierten Abfüll- und Füllstandsmesseinheit in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
11 zeigt eine Seitenansicht einer kombinierten Abfüll- und Füllstandsmesseinheit in noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung.
12 zeigt in einem Diagramm die Änderung der Phase eines Reflexionsfaktors in Abhängigkeit von einer Wellenfrequenz für drei unterschiedliche Füllstände einer Pipettenspitze.
13 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit einer Phase einer Reflexionsfaktors von einem Abstand zwischen einem Wellenleiter und einer Flüssigkeitsoberfläche.

Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description.

1 shows a top view of a device for filling several pipette tips according to the prior art.
2 shows a top view of a device for filling and level measurement of several pipette tips according to an exemplary embodiment of the invention.
3 shows a filling unit and a level measuring unit in an embodiment of the invention.
4 shows an arrangement of a level measuring unit on a pipette tip in an embodiment of the invention.
5 shows an arrangement of a level measuring unit on a pipette tip in another embodiment of the invention.
6 shows an arrangement of a level measuring unit on a pipette tip in yet another embodiment of the invention.
7 shows an arrangement of a fill level measuring unit on a pipette tip in yet another embodiment of the invention.
8th shows a top view of a device for filling and level measurement of several pipette tips in another embodiment of the invention.
9a shows a side view of a combined filling and level measuring unit in an embodiment of the invention.
9b shows a cross-sectional view of the combined filling and level measuring unit according to 9a .
10 shows a side view of a combined filling and level measuring unit in another embodiment of the invention.
11 shows a side view of a combined filling and level measuring unit in yet another embodiment of the invention.
12 shows in a diagram the change in the phase of a reflection factor depending on a wave frequency for three different filling levels of a pipette tip.
13 shows in a diagram the dependence of a phase of a reflection factor on a distance between a waveguide and a liquid surface.

Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Vorrichtung zur Befüllung von vierundsechzig Pipettenspitzen gemäß dem Stand der Technik. Ein Array 10, das aus einem Kunststoff besteht, weist vierundsechzig Öffnungen auf, die als Halterungen 11 für Pipettenspitzen fungieren. Die Halterungen 11 sind in acht Reihen R1 bis R8 zu jeweils acht Halterungen 11 angeordnet. Dabei beträgt der Abstand zwischen den Mittelpunkten zweier Halterungen 11 innerhalb einer der Reihen R1 bis R8 und innerhalb einer der Spalten beispielsweise jeweils 9 mm. Eine Vorrichtung 20 weist acht Abfülleinheiten 30 auf, die jeweils über der ersten Halterung 11 jeder der Reihen R1 bis R8 angeordnet sind. Jede Abfülleinheit ist beispielsweise als 0,3 mm durchmessende Düse ausgeführt, die mittels eines 2/2-Wegeventils mit einem Flüssigkeitsreservoir verbunden werden kann. Die Vorrichtung 20 kann alle Abfülleinheiten 30 gleichzeitig entlang der Reihen R1 bis R8 verfahren. 1 shows a device for filling sixty-four pipette tips according to the prior art. An array 10, which is made of plastic, has sixty-four openings that function as holders 11 for pipette tips yaw. The holders 11 are arranged in eight rows R1 to R8, each with eight holders 11. The distance between the centers of two holders 11 within one of the rows R1 to R8 and within one of the columns is, for example, 9 mm. A device 20 has eight filling units 30, each of which is arranged above the first holder 11 of each of the rows R1 to R8. Each filling unit is designed, for example, as a 0.3 mm diameter nozzle, which can be connected to a liquid reservoir using a 2/2-way valve. The device 20 can move all filling units 30 simultaneously along the rows R1 to R8.

In einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 2 dargestellt ist, ist die Vorrichtung 20 durch acht Füllstandsmesseinheiten 40 erweitert, welche in Verfahrrichtung der Vorrichtung 20 hinter den Abfülleinheiten 30 angeordnet sind, sodass orthogonal zu den Reihen R1 bis R8 eine Spalte aus acht Abfülleinheiten 30 und eine Spalte aus acht Füllstandsmesseinheiten 40 verläuft. Die Vorrichtung 20 ist eingerichtet, um die Abfülleinheiten 30 und die Füllstandsmesseinheiten 40 gemeinsam entlang der Reihen R1 bis R8 zu verfahren.In a first embodiment of the invention, in 2 is shown, the device 20 is expanded by eight fill level measuring units 40, which are arranged behind the filling units 30 in the direction of travel of the device 20, so that a column of eight filling units 30 and a column of eight fill level measuring units 40 run orthogonally to the rows R1 to R8. The device 20 is set up to move the filling units 30 and the level measuring units 40 together along the rows R1 to R8.

3 zeigt eine Abfülleinheit 30 und eine Füllstandsmesseinheit 40 in einer Seitenansicht. Diese sind durch die Vorrichtung 20 miteinander verbunden. Der Abstand der Abfülleinheit 30 und der Füllstandsmesseinheit 40 entspricht dem Rastermaß des Arrays 10. 3 shows a filling unit 30 and a level measuring unit 40 in a side view. These are connected to one another by the device 20. The distance between the filling unit 30 and the fill level measuring unit 40 corresponds to the grid dimension of the array 10.

In einem Ausführungsbeispiel weist die Füllstandsmesseinheit 40 als Einrichtung zur Abstrahlung oder Anregung elektromagnetischer Wellen und zum Empfang elektromagnetischer Wellen einen Sensor auf, der an seiner Unterseite eine Antennenstruktur trägt.In one exemplary embodiment, the level measuring unit 40 has a sensor as a device for emitting or exciting electromagnetic waves and for receiving electromagnetic waves, which has an antenna structure on its underside.

In anderen Ausführungsbeispielen weist jede der Füllstandsmesseinheiten 40 als Einrichtung zur Abstrahlung oder Anregung elektromagnetischer Wellen und zum Empfang elektromagnetischer Wellen einen Wellenleiter auf. Dieser ist mit einem Mikrowellenoszillator verbunden. In den 4 bis 7 sind unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Füllstandsmesseinheit 40 dargestellt, die sich durch ihren Wellenleiter unterscheiden. Ein Bezugspunkt des Wellenleiters liegt in diesen Ausführungsbeispielen jeweils am unteren Ende des jeweiligen Wellenleiters.In other exemplary embodiments, each of the level measuring units 40 has a waveguide as a device for emitting or exciting electromagnetic waves and for receiving electromagnetic waves. This is connected to a microwave oscillator. In the 4 until 7 Different embodiments of the level measuring unit 40 are shown, which differ in their waveguide. In these exemplary embodiments, a reference point of the waveguide is located at the lower end of the respective waveguide.

5 zeigt eine Füllstandsmesseinheit 40, deren Wellenleiter als Hohlleiter ausgeführt ist. Sie ist oberhalb einer Pipettenspitze 50 angeordnet, die mit einer Flüssigkeit 51 befüllt ist. Der Wellenleiter strahlt eine Sendewelle W1 ab, die an der Oberfläche der Flüssigkeit 51 reflektiert wird und als Reflexionswelle W2 zum Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit 40 zurückläuft. 5 shows a level measuring unit 40, the waveguide of which is designed as a waveguide. It is arranged above a pipette tip 50 which is filled with a liquid 51. The waveguide emits a transmission wave W1, which is reflected on the surface of the liquid 51 and returns as a reflection wave W2 to the waveguide of the level measuring unit 40.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel, das in 5 dargestellt ist, wird der Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit 40 bis auf den oberen Rand der Pipettenspitze 50 abgesenkt. In diesem Ausführungsbeispiel besteht das Array 10 aus einem elektrisch leitfähig ausgerüsteten Kunststoff, sodass es zusammen mit dem Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit 40 eine geschlossene Leiterstruktur bildet.In a second embodiment, in 5 is shown, the waveguide of the level measuring unit 40 is lowered to the upper edge of the pipette tip 50. In this exemplary embodiment, the array 10 consists of an electrically conductive plastic, so that it forms a closed conductor structure together with the waveguide of the level measuring unit 40.

6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Füllstandsmesseinheit 40, die oberhalb einer Pipettenspitze 50 angeordnet ist. Ihr Wellenleiter besteht aus einem Dielektrikum, welches an seinem der Pipettenspitze 50 zugewandten Ende spitz zuläuft. 6 shows a third embodiment of the level measuring unit 40, which is arranged above a pipette tip 50. Your waveguide consists of a dielectric which tapers to a point at its end facing the pipette tip 50.

In einem vierten Ausführungsbeispiel der Füllstandsmesseinheit 40, welches in 7 dargestellt ist, unterscheidet sich der Wellenleiter vom Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit 40 im dritten Ausführungsbeispiel darin, dass sein Außendurchmesser sich periodisch ändert.In a fourth exemplary embodiment of the level measuring unit 40, which in 7 is shown, the waveguide differs from the waveguide of the level measuring unit 40 in the third exemplary embodiment in that its outer diameter changes periodically.

Unabhängig davon, welche Ausführungsform der Füllstandsmesseinheit 40 verwendet wird, erfolgt der Betrieb der Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dadurch, dass die acht Abfülleinheiten 30 über eine Spalte von Halterungen 11 und den darin gehaltenen Pipettenspitzen 50 positioniert werden. Alle Pipettenspitzen 50 werden zeitgleich befüllt. Dann wird die Vorrichtung 20 entlang der Reihen R1 bis R8 um eine Halterung 11 weiter verfahren. Während die nächste Spalte von Pipettenspitzen 50 mittels der Abfülleinheiten 30 befüllt wird, werden die jeweils unmittelbar zuvor befüllten Pipettenspitzen 50 mittels der nun über ihnen angeordneten Füllstandsmesseinheiten 40 analysiert, um zu ermitteln, ob diese mit dem vorgesehenen Füllvolumen befüllt wurden.Regardless of which embodiment of the level measuring unit 40 is used, the device according to the first exemplary embodiment of the invention is operated by positioning the eight filling units 30 over a column of holders 11 and the pipette tips 50 held therein. All pipette tips 50 are filled at the same time. Then the device 20 is moved further along the rows R1 to R8 around a holder 11. While the next column of pipette tips 50 is filled by means of the filling units 30, the pipette tips 50 that were filled immediately before are analyzed by means of the fill level measuring units 40 now arranged above them in order to determine whether they have been filled with the intended filling volume.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in 8 dargestellt. Dieses gleicht bezüglich der Anordnung des Arrays 10, der Halterungen 11, der Vorrichtung 20 und der Abfülleinheiten 30 der in 1 dargestellten Vorrichtung des Standes der Technik. An jeder Abfülleinheit 30 ist allerdings eine Füllstandsmesseinheit 40 so angeordnet, dass ihr Wellenleiter die Abfülleinheit 30 umgibt. Im Folgenden werden drei Ausführungsbeispiele derartiger kombinierter Abfülleinheiten 30 und Füllstandsmesseinheiten 40 beschrieben:

Die 9a und 9b zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Abfülleinheit 30, deren Flüssigkeitskanal in einem als Hohlleiter ausgeführten Wellenleiter einer Füllstandsmesseinheit 40 verläuft. Der Querschnitt des Kanals ist im Wesentlichen rechteckig, wodurch der Wellenleiter in zwei separate Hohlräume unterteilt wird.

A second exemplary embodiment of the device according to the invention is shown in 8th shown. With regard to the arrangement of the array 10, the holders 11, the device 20 and the filling units 30, this is similar to that in 1 illustrated device of the prior art. However, a level measuring unit 40 is arranged on each filling unit 30 in such a way that its waveguide surrounds the filling unit 30. Three exemplary embodiments of such combined filling units 30 and level measuring units 40 are described below:

The 9a and 9b show a first exemplary embodiment of a filling unit 30, the liquid channel of which runs in a waveguide designed as a waveguide of a fill level measuring unit 40. The cross section of the channel is essentially rectangular, dividing the waveguide into two separate cavities.

10 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, in dem der Flüssigkeitskanal der Abfülleinheit 30 von einem massiven Dielektrikum umgeben wird. Dieses fungiert als Wellenleiter der Füllstandsmesseinheit 40. 10 shows a second exemplary embodiment in which the liquid channel of the filling unit 30 is surrounded by a solid dielectric. This acts as a waveguide for the level measuring unit 40.

In einem dritten Ausführungsbeispiel, das in 11 dargestellt ist, ist das Dielektrikum der Füllstansmesseinheit 40 gegenüber der Anordnung in 10 so modifiziert, dass sein Außendurchmesser periodisch wechselt. Dies entspricht der periodischen Außenkontur, welche die Füllstandsmesseinheit 40 gemäß 7 aufweist.In a third exemplary embodiment, in 11 is shown, the dielectric of the filling level measuring unit 40 is compared to the arrangement in 10 modified so that its outer diameter changes periodically. This corresponds to the periodic outer contour, which the level measuring unit 40 according to 7 having.

Unabhängig davon, welche Kombination aus Abfülleinheit 30 und Füllstandsmesseinheit 40 verwendet wird, erfolgt ein Betrieb des zweiten Ausführungsbeispiels der Vorrichtung 20, indem die Abfülleinheiten 30 über den Pipettenspitzen 50 in den Halterungen 11 einer Spalte der Reihen R1 bis R8 angeordnet werden. Die Pipettenspitzen 50 werden mittels der Abfülleinheiten 30 befüllt. Gleichzeitig mit den Abfülleinheiten 30 sind auch die Füllstandsmesseinheiten 40 über den Pipettenspitzen 50 angeordnet. Der Füllstand in den Pipettenspitzen 50 kann deshalb während und nach dem Befüllvorgang gemessen werden. Nachdem die Befüllung abgeschlossen wurde, wird die Vorrichtung 20 entlang der Reihen R1 bis R8 zur nächsten Spalte verfahren und das Befüllen und Messen wird dort wiederholt.Regardless of which combination of filling unit 30 and fill level measuring unit 40 is used, the second exemplary embodiment of the device 20 is operated by arranging the filling units 30 above the pipette tips 50 in the holders 11 of a column in the rows R1 to R8. The pipette tips 50 are filled using the filling units 30. At the same time as the filling units 30, the level measuring units 40 are also arranged above the pipette tips 50. The fill level in the pipette tips 50 can therefore be measured during and after the filling process. After the filling has been completed, the device 20 is moved along the rows R1 to R8 to the next column and the filling and measuring is repeated there.

Da die Höhe jeder Pipettenspitze 50 und der Abstand D der Füllstandsmesseinheit 40 zu ihrem oberen Rand bekannt sind, kann aus einem Abstand zwischen der Füllstandsmesseinheit 40 und der Flüssigkeit 51 in der Pipettenspitze 50 auf den Füllstand der Pipettenspitze 50 geschlossen werden. Dieser Abstand D wird ermittelt, indem eine Phase Ph Γ eines Reflexionsfaktors Γ als Maß für den Abstand D verwendet wird. Hierzu wird ein Auswerteverfahren verwendet, wie es in der DE 11 2014 007 276 B4 für eine Abstandsmessung unter Verwendung eines Hohlleiters beschrieben wird. Es wurde festgestellt, dass das Auswerteverfahren auch auf einen dielektrischen Wellenleiter mit oder ohne periodische Oberflächenstrukturierung übertragen werden kann. Since the height of each pipette tip 50 and the distance D of the fill level measuring unit 40 to its upper edge are known, the fill level of the pipette tip 50 can be deduced from a distance between the fill level measuring unit 40 and the liquid 51 in the pipette tip 50. This distance D is determined by using a phase Ph Γ of a reflection factor Γ as a measure for the distance D. For this purpose, an evaluation procedure is used as described in the DE 11 2014 007 276 B4 for a distance measurement using a waveguide is described. It was found that the evaluation method can also be transferred to a dielectric waveguide with or without periodic surface structuring.

12 zeigt für drei unterschiedliche Abstände D von 10 mm, 15 mm und 20 mm Phasen Ph Γ für unterschiedliche Frequenzen f des Ausgangssignals. Wenn die Füllstandsmesseinheit 40 anstelle eines Hohlleiters eine Antennenstruktur aufweist, kann ein Auswerteverfahren verwendet werden, wie es in der DE 10 2018 117 145 A1 beschrieben wird. 12 shows phases Ph Γ for three different distances D of 10 mm, 15 mm and 20 mm for different frequencies f of the output signal. If the level measuring unit 40 has an antenna structure instead of a waveguide, an evaluation method can be used as described in FIG DE 10 2018 117 145 A1 is described.

Einer Feinmessung unter Auswertung der Phase Ph Γ bezüglich eines referenzierten Abstandes von mindestens einer Frequenz f kann eine Grobmessung vorausgehen, in der mehrere Frequenzen und deren Phasenbeziehungen ausgewertet werden, um eine eindeutige Abstandsinformation für die Feinmessung zu erhalten, da diese periodisch ist. 13 zeigt einen Zusammenhang des Abstands D und der Phase Ph Γ in einer Grobmessung. Die Grobmessung und Feinmessung können so schnell durchgeführt werden, dass bei kleinem Flüssigkeitshub eine kontinuierliche Erfassung des Füllstands in den Pipettenspitzen möglich ist. Die Grobmessung wird allerdings nur einmal zu Beginn des Füllprozesses benötigt, wenn sich der Füllstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen um weniger als ein Viertel der Betriebswellenlänge ändert, nicht aber bei jeder Abstandsermittlung.A fine measurement evaluating the phase Ph Γ with respect to a referenced distance of at least one frequency f can be preceded by a rough measurement in which several frequencies and their phase relationships are evaluated in order to obtain clear distance information for the fine measurement, since this is periodic. 13 shows a connection between the distance D and the phase Ph Γ in a rough measurement. The coarse measurement and fine measurement can be carried out so quickly that continuous detection of the fill level in the pipette tips is possible with small liquid strokes. However, the rough measurement is only required once at the beginning of the filling process if the fill level changes by less than a quarter of the operating wavelength between two consecutive measurements, but not for every distance determination.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 112014007276 B4 [0006, 0040]
DE 102018117145 A1 [0041]

Claims

Device for measuring the level of a pipette tip (50), comprising a level measuring unit (40) which has at least one device for emitting or exciting electromagnetic waves and for receiving electromagnetic waves.

Device according to Claim 1 , characterized in that the device has a waveguide.

Device according to Claim 1 , characterized in that the waveguide is a waveguide.

Device according to Claim 1 , characterized in that the waveguide is a dielectric conductor.

Device according to Claim 3 , characterized in that the waveguide has a periodic structuring.

Device according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that it further has a filling unit (30).

Device according to Claim 5 , characterized in that the filling unit (30) is arranged next to the level measuring unit (40).

Device according to Claim 5 , characterized in that the waveguide of the level measuring unit (40) surrounds the filling unit (30).

Device (20) for filling and level measurement of several pipette tips (50), comprising an array (10) with at least one row (R1-R8) of holders (11) for each pipette tip (50), each having a device according to one of Claims 5 until 7 can be moved along each row (R1-R8).

Device (20) after Claim 8 , characterized in that the holders (11) consist of an electrically conductive material.

Device (20) after Claim 8 or 9 , characterized in that there is a device for filling and level measurement of a pipette tip (50) per row (R1-R8). Claim 6 has, wherein the filling unit (30) and the level measuring unit (40) are arranged along the row (R1-R8) at a distance which corresponds to the distance of two holders (11) in the row (R1-R8).

Device (20) after Claim 8 or 9 , characterized in that there is a device for filling and level measurement of a pipette tip (50) per row (R1-R8). Claim 7 having.

Method for filling and measuring the level of several pipette tips (50) using a device Claim 10 , comprising the following steps: a) arranging the filling unit (30) over an nth holder (11) of a row (R1-R8), b) filling a pipette tip (50) arranged in the nth holder (11) by means of the filling unit (30), c) moving the filling unit (30) and the level measuring unit (40) along the row (R1-R8), so that the level measuring unit (40) is arranged above the nth holder (11) and the filling unit (30) is arranged above an (n+1)th holder (11), d) measuring a fill level in the pipette tip (50) arranged in the nth holder (11) by means of the fill level measuring unit (40), and e) Repeat steps b) to d), increasing the value n by 1.

Method for filling and measuring the level of several pipette tips (50) using a device Claim 11 , comprising the following steps: a) arranging the filling unit (30) over an nth holder (11) of a row (R1-R8), b) filling a pipette tip (50) arranged in the nth holder (11) by means of the filling unit (30), c) measuring a fill level in the pipette tip (50) arranged in the nth holder (11) by means of the fill level measuring unit (40), and d) repeating steps a) to c), where the value n is increased by 1.

Procedure according to Claim 12 or 13 , characterized in that the level is measured by - providing an output signal of a microwave oscillator from the level measuring unit (40) through a transmission path, - the output signal in the direction of a liquid (51) in the pipette tip (50) as a transmission wave (W1 ) is emitted, - the transmission wave (W1) is reflected by the liquid (51) as a reflection wave (W2), - the reflection wave (W2) is received by the level measuring unit (40) in a reception path that is electromagnetically decoupled from the transmission path, and - a distance (D) between the level measuring unit (40) and the liquid (51) is determined from the transmission wave (W1) and the reflection wave (W2). by using a phase (Ph Γ) of a received signal, which relates to a transmitted signal, as a measure for the distance (D).

Procedure according to Claim 15 , characterized in that in a fine measurement the absolute phase (Ph Γ) is evaluated with respect to a reference point of the device of at least one frequency and, in order to obtain a clear level, a rough measurement is carried out evaluating several frequencies and their phase relationships if the level is between two successive measurements by at least a quarter of an operating wavelength.