DE2011239C3

DE2011239C3 - Vorrichtung zum Übertragen von Flüssigkeit in Aufnahmebehälter

Info

Publication number: DE2011239C3
Application number: DE2011239A
Authority: DE
Inventors: Jesse F. Great Falls Va. Lancaster
Original assignee: Dynatech Laboratories Inc
Current assignee: Dynatech Laboratories Inc
Priority date: 1968-06-26
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1981-03-19
Also published as: DE2011239A1; US3568735A; DE2011239B2; GB1305815A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Übertragen von Flüssigkeit in Aufnahmebehälter, bei der ein Träger für eine Anzahl solcher Aufnahmebehälter, eine vertikal auf- und abbewegbare Aufnahme- und Zuteilvorrichtung für die Flüssigkeit und eine Einrichtung zum selektiven Erzeugen dieser Auf- und Abbewegung vorgesehen sind. Bei bekannten Vorrichtungen dieser Art, beispielsweise automatischen Füll- und Dosiermaschinen, sind eine Förderstrecke für die zu füllenden Behälter, eine das Füllgut zeitweise aufnehmende Wanne und eine Übertragungsvorrichtung zum Aufnehmen von abgemessenen Mengen des Füllgutes aus dieser " anne und Übergabe in die auf dei Förderstrecke aiigr -jidnetcn Behälter vorgesehen. Die Füllgutwanne ist über die Förderstrecke und die sie aufnehmenden Behälter bewegbar. In dieser vorgeschobenen Stellung wird die Übertragungsvorrichtung in die Füllgutwanne eingetaucht und gefüllt. In zurückgezogener Stellung der Füllgutwanne wird dann die Übertragungsvorrichtung abgesenkt und oberhalb der zu füllenden Behälter entleert (US-PS 3036604). Eine solche Vorrichtung ist jedoch nicht für genaues, sauberes Einbringen von abgemessenen Flüssigkeitsmengen geeignet, wie es beispielsweise für wissenschaftliche Zwecke erforderlich ist. Durch das seitliche Hin- und Herbewegen wird das Füllgut in der Wanne ständig in Unruhe gehalten. Neben der Gefah' von Herausspritzen von Füllgut aus der Wanne werden vor allem Staub und eventuell sonstige, bei Betrieb in die Füllgutwanne gelangenden Verunreinigungen stets in Dispersion in d :m flüssigen Füllgut gehalten und damit in die Behälter übertragen. Außerdem kann die Wanne nur relativ langsam hinun»' herbewegt werden, so daß eine sehneile Arbeitsweise einer solchen Vorrichtung unmöglich ist. Durch das Bewegen der Füllgutwanne ühe^r die zu füllenden Behälter können an der Unterseite der Füllgutwanne anhaftende Verunreinigungen abfallen und in üie Behalter gelangen. Schließlich wird bei der bekannten Vorrichtung auch erheblicher Aufwand an AntriebsuikI Steuerungseinrichlungen erforderlich, um die gegenseitigen Bewegungen des Behältertransports und der Wanne auszuführen und aufeinander abzustimmen

Ks sind auch bereits Pipetten mit pneumatischen Auf/i'-heinriclituiigen verschiedenster Art bekannt (FK-PS 622853. US-PS 25177%. BFl-PS 730323). mit denen jedoch teine mechanischen Ar'ii-itsablaufe zum Übertragen von Flüssigkeit in Aufnahmebehälter möglich sind Insbesondere ist mit diesen Kin/elpipetten auch nicht moglieh, abgemessene Flüssigkeitsmengen gleich/eil g in mehrere Aufnahmebehälter /u übertragen

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Laboratoriumsgerät zu gleichzeitigem Übertragen abgemessener Flüssigkeitsmengen aus einem Flüssigkeitsreservoir in Aufnahmebehälter zu schaffen, das sieh durch einfachem, kompakten Aufbau auszeichnet und genaues Ausrichten der Aufnahmebehälter gegenüber den pipettenartigen oder nabelartigcn Fliis-

sigkeitsaufnchmern sowie sicheres Obertragen der Flüssigkeit aus den Flüssigkeitsaufnehmern in die Aufnahmebehälter gewährleistet.

Diese Aufgabe wird crfindungsgemäß durch die Anwendung der folgenden Merkmale gelöst:
a) ein Flüssigkeitsreservoir mit Flüssigkeits/uführung ist vertikal unter der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung stationär in einer feststehenden Grundplatte derart angebracht, daß die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung mit einem Teil des Flüssigkeitsreservoirs ausgerichtet ist;
h) der Träger für die Aufnahmebehälter ist selektiv horizontal /wischen zwei Stellungen auf der Grundplatte verschiebbar, nämlich

1) einer Nicht-Zutcilstellung /u einer Seite des Flüssigkcitsreservoirs und außerhalb des Bewegungswcges der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung und

2) einer Zuteilstellung, in der der Träger oberhalb des mii der Aufnahme- und Zuieiivoi richtung ausgerichteten Teils des Flüssigkeitsrescrvoirs und selbst in vertikaler Ausrichtung mit der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung liegt; und

c) die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung ist mittels der Einrichtung /um Erzeugen der Auf- und Abbewegung bei Nicht-Zuteilungsstellung des Trägers in das Flüssigkeitsreservoir und bei Zutcilungsstellung des Trägers in den oder die auf dem Träger aufgestellten Aufnahmebehälter absenkbar ist.

Durch die stationäre Anordnung des Fliissigkeitsrcservoirs wird eine wesentliche Vereinfachung des Gcräteaufbaus und der Bedienungsweise erzielt. Die Anordnung des Trägers für die Aufnahmebehälter oberhalb des Flüssigkeitsreservoirs bietet die Möglichkeit, die Flüssigkeitsaufnehmer mit ihrem Auslaß in den Aufnahmebehälter abzusenken, so daß eine sichere Übergabe der abgemessenen Flüssigkeitsmengen in die Aufnahmebehälter erfolgt.

Insgesamt zeichnet sich die Vorrichtung durch einfachen, übersichtlichen Aufbau und leichte Bedienunßsweise aus.

In besonders vorteilhafter Weiterbildung der Erfindungenthält die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung für die Flüssigkeit eine Mehrzahl pipettenartiger oder nadelartiger Flüssigkeitsaufnehmer und eine Einrichtung zum gleichzeitigen Aufziehen von kleinen, abgemessenen Flüssigkeitsmengen in diese Flüssigkeitsaufnehmer sowie gleichzeitigem Zuteilen dieser Flüssigkeitsmengen aus den Flüssigkeitsaufnehmern in die auf dem Träger aufgestellten Aufnahmebehälter. Zum Übertragen von Flüssigkeit in Aufnahmebehälter, die in festgelegter Anzahl und Flächenanordnung in Behältereinheiten, beispielsweise in Art von Mikrotitrationsplatten vereinigt sind, können zur Weiterbildung der Erfindung noch zusätzlich die folgenden Merkmale vorgesehen sein:

a) die pipettenartigen oder nadelartigen Flüssigkeitsaufnehmer sind in gleicher Anzahl und Flächenanordnung wie die Auf nahmebthalter in der Behältereinheit an einem Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung angebracht;

b) am Träger ist eine Anschlag- und Ausrichteinrichtung vorgesehen, mit der die auf den Träger gesetzte Behältereinheit in der Zuteilstellung des Trägen; mit ailen Aufnahmebehältern zu den entsprechenden Flüssigkeitsnehmern ausgerichtet ist. Dabei kann eine rechteckige Anordnung in Längs- und Querreihen sowohl bei den Aufnahmebehältern in der Behältereinheit als auch bei den Flüssigkeitsaufnehmern am Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung vorgesehen sein. Es kann aber auch eine Anordnung in einer Reihe sowohl der Aufnahmebehälter in der Be-hältcreinheit als auch der Flüssigkeitsaufnehmer am Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung vorgesehen sein.

Eine andere Möglichkeit der Erfindung, die sich /um Übertragen von Flüssigkeit in Aufnahmebehälter eignet, die in festgelegter Anzahl und in rechteckiger. Längs- und Qucrreihen bildender Anordnung in Behältereinheiten, beispielsweise in Art von Mikrotitrationsplatten vereinigt sind, kommen bevorzugt die folgenden ergänzenden Merkmale in Betracht:

a) die pipettenartigen oder nadelartigcn Flüssigkeitsaufnehmer sind in einer Reihe an der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung angeordnet;

b) der Träger ist zur Einstellung mehrerer Zuteilstcllungen eingerichtet, derart, daß in jeder Zuteilstellung die Reihe von Flüssigkeitsaufnehmern mit einer Reihe von Aufnahmebehältern in der jeweiligen Behältereinheit ausgerichtet ist

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht in der Benutzung der folgenden Merkmale:

a) die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung weist einen stationär oberhalb des Flüssigkeitsreservoirs angebrachten Kopf auf, in welchem für jeden pipettcnartigcn oder nadelartigcn Flüssigkeitsaufnehmer eine Aufziehpumpe angebracht ist;

b) die Flüssigkeitsaufnehmer sind an der Unterseite des Kopfes an die Aufziehpumpen angesetzt.

Durch diese ergänzenden Merkmale wird es möglich, eine Abstimmung der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung auf die Anzahl der zu beschickenden Aufnahmebehälter vorzunehmen.

Durch die Anordnung der Aufziehpumpen in dem Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung ist es außerdem möglich, den Aufbau der Vorrichtung einfach und übersichtlich zu halten und vor allem auch eine für alle Aufziehpumpen gemeinsame pneumatische Betätigungsvorrichtung in relativ einfacher Weise vorzusehen.

Eine besonders günstige Weiterbildung der Erfindung besteht in den Merkmalen:

a) Das Flüssigkeitsreservoir ist in Art eines Troges ausgebildet, der mit einem seitlich dazu angeordneten Vorratsbehälter in Verbindung steht;

b) der Auslaß des Vorratsbehälters ist zur S.w-uerung der in das trogförmige Flüssigkeitsreservoir überführten Flüssigkeitsmenge unter einer konstanten Flüssigkeitsstandhöhe im Flüssigkeitsreservoir ausgebildet. Hierdurch läßt sich ein besonders einfacher Aufbau des Flüssigkeitsreservoirs erreichen, wobei die Standhöhe der Flüssigkeit in dem Reservoir sehr genau gesteu-

, en werden kann.

Dies ist eine wesentliche Vorbedingung, um die in die Flüssigkeitsaufnehmer aufgezogenen Flüssigkeitsmengen gleichmäßig zu halten. Weitere Verbesserungen an dem Flüssigkeitsreservoir können im Rahmen

, der Erfindung dadurch erzielt werden, daß das Flüssigkeitsreservoir eine Mehrzahl von Trennwänden mit ausgerichteten, seitlichen, kreisbogenförmigen Ausbuchtungen enthält und daß je zwei sich gegenüberlie-

gende Ausbuchtungen eine Tasche zum Eintauchen je eines Flüssigkeitsaufnehmers bilden, deren Durchmesser derart auf den Querschnittsdurchmesser des Flüssigkeitsaufnebmers abgestimmt ist, daß die innerhalb der Tasche herrschende Oberflächenspannung der Flüssigkeit ausreicht, um beim Herausheben des Fliissigkeitsaufnehmers aus der Flüssigkeit an dessen Außenfläche haftende Flüssigkeit abzuziehen.

Die A^beitsgenauigkeit der Vorrichtung läßt sich durch Anschlageinrichtungen wesentlich verbessern, die an der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung, dem Flüssigkeitsreservoir und dem Träger angebracht sein können.

Die Einrichtung zum Heben und Senken der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung kann mit einer radikal angeordneten Zahnstange, einem die Zahnstange bewegenden Ritzel und einem das Ritzel drehenden Handhebel verschen sein. Hierdurch ergibt sich ein besonders einfaches, aber besonders betriebssicheres Lanorgerat.

Hin Ausführungsbeispicl der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. I eine erfindungsgemäße Vorrichtung als Laborgerät in perspektivischer Darstellung mit seinen verschiedenen Teilen in Ruhestellung,

Fig. 2 das Gerät gemäß Fig. I in Vorderansicht, Fig 3 das Gerät gemäß Fig. I in Seitenansicht, Fig. 4 das Gerät gemäß Fig. 1 in Draufsicht,

Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie 5-5 der Fig. 4, bei dem die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung in unterster stellung mit in das Flüssigkeitsreservoir eingetauchtem Flüssigkeitsaufnehmer wiedergegeben ist,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 4 mit über das Flüssigkeitsreservoir gebrachtem Träger mit Aufnahmebehältern und in diese Aufnahmebehälter abgesenkten Flüssigkeitsaufnehmern der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung,

Fig. 7 einen Teilschnitt durch den Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung und eine darin angebrachte Aufziehpumpe in Aufziehstellung,

Fig. 8 eine Schnittdarstellung ähnlich Fig. 7, hei der sich iednch dpr Knlhpn do r Anf7iphniimnp in Au^c drückstellung befindet,

Fig. 9 eine auseinandergezogene, perspektivische Darstellung einer Aufziehpumpe,

Fig. Kleine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Trägers mit Anschlag und Ausrichteinrichtung für eine Behältereinheit,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung des Flüssigkeitsreservoirs und der Grundplatte des Gerätes,

Fig. 12 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Ausführung des Reservoirs,

Fig. 13 einen Schnitt nach Linie 13-13der Fig. 12,

Fig. 14 eine Vorderansicht, teilweise abgebrochen, die die in dem erfindungsgemäßen Gerät zu benutzende Luftsteuerungsvorrichtung wiedergibt,

Fig. 15 die Luftsteuerungsvorrichtung nach Fig. 14 in Draufsicht, teilweise abgebrochen,

Fig. 16 einen Schnitt in eine Strömungs-Spardüse, wie sie in einer Steuervorrichtung nach Fig. 14 und 15 benutzt wird,

Fig. 17 ein schematisches Diagramm für das gesamte Luftsteuersystem für die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung, und

Fig. 18 eine abgewandelte Aufnahme- und Zuteilvorrichtung in perspektivischer Darstellung mit mir einer einzigen Reihe von Flüssigkeitsaufnehmern.

Entsprechend der Fig. 1 weist das Labor-Aufnahme- und Zuteilgerät eine rechteckige Grundplatte 20 mit Auflagepuffern 21 an den Ecken, eine Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22, die mittels einer vertikalen Säule 24 auf der Grundplatte 20 angebracht ist, ein Steuergetriebegehäuse 26, eine im Gehäuse 26 angeordnete und durch ein Ritzel 30 angetriebene Zahnstange 28 und ein L-förmigesTrägerstück 32 auf, das an dem mit Gewinde versehenen unteren Ende der Zahnstange 28 mittels einer Mutter und an der Rückseite der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 mit Schrauben 36 befestigt ist. Die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 wird relativ zur Grundplatte 20 durch einen Handhebel 38 bewegt, der das Ritzel 30 zum Antrieb der Zahnstange 28 in Bewegung versetzt.

Ein plattenförmiger Träger 40 für die Probe mit Seitenflanschen 42, wie aus der Fig. 4 zu ersehen, ist gleitend innerhalb von Längsnuten 44 in Führungsschienen 46 und 47 gelagert, die mit Abstand oberhalb ι der Grundplatte 20 mittels Abstandshalter 48 befestigtsind. Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Abstandshalter 48 mit Innengewinde versehen, die in die Schraube 50 einzudrehen sind, die die Führungsschienen 46 und 47 an den Abstandshaltern 48 festhalten, und untere Schrauben 52, die die Abstandshalter 48 an der Grundplatte 20 halten.

Der plattenförmige Träger 40 hat einen Knopf 54, mit dem der Benutzer des Gerätes die Platte 20 von ihrer voprderen, in den Fig. 1 und 5 gezeigten Ruhestellungin ihre rückwärtige Betriebsstellung unter der Zuteilvorrichtung 22schieben kann, wie dies in Fig. 6 gezeigt wird.

Der plattenförmige Träger 40 kann eine Mehrzahl von getrennten Phiolen oder Röhrchen tragen oder kann auch in geeigneter Weise als eine transparente Behältereinheit 140 mit einer Mehrzahl von Aufnahmebehältern 142 ausgebildet sein, die beispielsweise im wesentlichen ähnlich den Mikrotitrationsplatten aufgebaut sein kann, wie sie in der USA-Patentschrift 3356462 beschrieben ist.

Wenn eine solche Behältereinheit 140 benutzt wird, ist der plattenförmige Träger 40 mit einer EinStellunfl Pührnnocpinrirhtiino fijr <^iriA Τ!!Γ2ί!Ο!ί£"!2ίί" versehen, die, wie in Fig. 10 gezeigt, eine mit Nieten 146 an dem Träger 40 befestigte, rechteckige Platte 144 enthält. Die oberen, vorstehenden Enden der Nieten 146 dienen als Fixierstifte bzw. Einstellstifte, die von den aufgeschnittenen Enden 148 des ausgehöhlten Einstellelements 250 aufgenommen werden, auf dem die Behältereinheit 140, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt, ruht. Die Seiten der Behältereinheit 140 überlappen die Seiten des Einstellelements 250, während die Aufnahmebehälter 142 mit ihrem Boden auf dem Boden des Einstellelements 250 ruhen.

Die Einstelleinrichtung ermöglicht es einem Benutzer, eine Behältereinheit 140 gegen eine andere auszutauschen, und stellt sicher, daß die Aufnahmebehälter 142 der Behältereinheit 140 genau gegenüber ihren jeweiligen entsprechenden Flüssigkeitsaufnehmem 128 während des Zuteilvorganges genau ausgerichtet sind.

Auf der Grundplatte 20 ist auch eine einen Flüssigkeits- oder Reagenz-Behälter bildende Platte 56, wie in Fig. 11 gezeigt wird, befestigt.

Die genaue Lage dieser Platte 56 wird durch eine Endausnehmung 58 sichergestellt, die mit einem auf der Grundplatte 20 befestigten Führungsstift 60 zusammengreift und durch einen Verriegelungsstift 62,

der durch die Führungsschiene 47 in eine Bohrung 64 in der das Flüssigkeitsreservoir 70 bildenden Platte 56 greift. Die das Flüssigkeitsreservoir bildende Platte 56 trägt einen Flüssigkeitsreservoirtank 66, wie insbesondere aus Fig. 1 zu ersehen ist, der durch eine zylindrische Ausnehmung 72 und einen Kanal 68 mit dem Flüssigkeitsreservoir 70 in Verbindung steht, das unterhalb der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 angeordnet ist.

Der Reservoirbehälter 66 ist ein umgekehrter, zylindrischer Behälter, der in eine zylindrische Ausnehmung 72 in der das Flüssigkeitsreservoir 70 bildenden Platte 56 mit seiner öffnung 74 eingesetzt ist, wie sie durch einen vorstehenden Stutzen 76 gebildet ist und in eine Vertiefung 78 greift, die über einen Kanal 68 mit dem Flüssigkeitsreservoir 70 in Verbindung steht. Das Flüssigkeitsreservoir 70 hält die Flüssigkeit auf einem konstanten Niveau und verhindert auch unerwünschten Flüssigkeitsüberlauf in bekannter Weise. z. B. mit Zuhilfenahme von Vakuum, das gebildet wird, wenn der Stutzen 76 vollständig untergetaucht wird, um die Luft daran zu hindern, in Form von Blasen nach oben durch die Mündung 74 einzutreten.

Wie insbesondere aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich, enthält die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 einen Luftverteiler, der einen rechteckigen Verteilerkörper 80 mit einem zentralen, sich in Längsrichtung erstreckenden Hauptkanal 82 aufweist, der durch eine Vielzahl von an den gegenüberliegenden Enden 86 verschlossenen Querkanälen 84 geschnitten wird. Die Querkanäle 84 werden wieder durch sich vertikal nach unten erstreckende Kanäle 88 geschnitten. In das eine Ende des Kanals 82 ist ein Leitungsfitting 90 eingeschraubt, der eine Luftleitung 92 trägt, um Luft von einer geeigneten, regulierten Luftquelle in den Verteiler 80 zu führen und die Luft in einer weiter unten erläuterten Weise aus dem Verteiler 80 abzulassen.

An dem Boden des Verteilers 80 ist mit Schrauben 94 eine rechteckige Zuteilerkopfplatte 96 angeschraubt, die eine obere rechteckige Ausnehmung 98 zur Aufnahme einer dünnen, flexiblen Membran 100 aufweist, die eine Vielzahl von abgesetzten runden

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88 des Verteilers 80 trennt.

Wie im einzelnen in den Fig. 7 bis 9 gezeigt, weist die öffnung 102 kreisförmige Abschnitte 104 und 106 bzw. 108 mit zunehmend größerem Durchmesser auf. Diese öffnung nimmt auch eine Aufziehpumpe 109 für den Nadelkolben auf. Diese Aufziehpumpe 109 enthält eine Kolbenbuchse 110 mit einem rohrförmigen konischen Ansatz 112, der durch den Abschnitt 104 der öffnung tritt, und mit einem ringförmigen hohlen Kopf oder Kragen 114, der innerhalb des Abschnittes 108 sitzt und durch eine in den Abschnitt 106 eingesetzte Feder 116 nach oben in abdichtenden Eingriff mit der Membran 100 gedrückt wird.

Ein Pumpenkolben 118 ist in der Form einer Stange 120, die in den rohrförmigen Ansatz 112 aufgenommen ist, und eines Kopfes 122, der in den Kragen 114 aufgenommen ist. Eine im oberen erweiterten Durchmesserteil des Ansatzabschnittes 113 gelagerte Feder 124 stützt sich auf der Schulter 113a ab und drückt den Pumpenkolben 118 nach oben in Berührung des Kolbenkopfes 122 mit der Membran 100.

Wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, greift eine Buchse 126 dicht fiber den konischen Endansatz 112 und verbindet den hohlen Ansatz mit dem nadelartig^n Flüssigkeitsaufnehmer 128, der in das untere Ende der Buchse 126 eingesetzt ist.

Die Anzahl des in der Zuteilervorrichtung 22 gemäß der Erfindung vorgesehenen Flüssigkeitsaufnehmer 128 kann nath Wunsch oder Notwendigkeit variiert werden.

Im dargestellten Beispiel sind sechsundneunzig Flüssigkeitsaufnehmer 128 vorgesehen, die in acht Reihen zu je zwölf Stück angeordnet sind. Die Anzahl der Auf nahmebehälter 142 in der Behältereinheit 140 ist analog der Anzahl der Flüssigkeitsaufnehmer 128 an der Zuteilervorrichtung 22.

Das Gehäuse 110 hat einen rohrförmigen Ansatz 112 und einen ausgehöhlten Kopfteil 114, die mit genauen Passungen versehen sind, um mit dem in ähnlieher Weise bearbeiteten Pumpenkolben 118 zusammen zu wirken und eine vorher bestimmte, genau dosierte Menge von Luft aus der Aufziehpumpe 109 zu verdrängen, wenn sich der Pumpenkolben 118 von der in Fig. 7 gezeigten Normalstellung in die in Fig. 8 gezeigte Zuteilstellung bewegt.

Auf diese Weise wird die vom Flüssigkeitsreservoir 70 durch jede der Flüssigkeitsaufnehmer 128 abgezogene und demzufolge zugeteilte Flüssigkeitsmenge genau und reproduzierbar über eine ganze Reihe von Zuteilvorgängen eingehalten.

Auf der Unterseite an dem Kopf 96 der Auf nahme- und Zuteilvorrichtung 22 sind, wie in Fig. 5 gezeigt, Anschlageinrichtungen 130 angeschraubt, die mit kreisförmigen, oberen Ausnehmungen 65 in der das Flüssigkeitsreservoir 70 bildenden Platte 56 zusammenwirken, um die Eintauchtiefe der Flüssigkeitsaufnehmer 128 in die Flüssigkeit des Flüssigkeitsreservoirs 70 zu bestimmen und die Flüssigkeitsaufnehmer 128 daran hindern, mit dem Boden des Flüssigkeitsreservoirs 70 in Berührung zu kommen, wenn Flüssigkeit in die Flüssigkeitsaufnehmer 128 eingesaugt wird. Wie in Fig. 6 gezeigt, treffen die Anschlageinrichtungen 130 in ähnlicher Weise auf die Oberseite der Behältereinheit 140, wenn die Flüssigkeit aus den Flüssigkeitsaufnehmern 128 in die Aufnahmebehälter 142 der Behältereinheit 140 zugeteilt wird, um zu verhindern, daß die Flüssigkeitsaufnehmer 128 mii dem Bo-

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Die dem Luftverteiler 80 durch die Leitung 92 zugeführte Luft wird durch eine Steuereinrichtung 150 gesteuert, wie sie in den Fig. 14 bis 16 dargestellt ist.

Die Gesamtsteuerungsfunktion wird aus der schematischen Darstellung der Fig. 17 wiedergegeben. . Die Steuereinrichtung 150 enthält ein Gehäuse 152 und eine Grundplatte 154, auf der ein Druckregler 156 angebracht ist, der Druckluft von einer geeigneten Quelle 157 über die Leitung 158 aufnimmt und nach Druckreduzierung auf vorzugsweise etwa 1,36 bar (20 psi) Überdruck an ein Elektromagnetventil 160 weiterleitet. Das Ventil 160 hat einen mit der Atmosphäre in Verbindung stehenden Entlüftungsauslaß 161, der normalerweise geschlossen ist, wenn das Ventil offen ist, aber sich öffnet, wenn sich das Ventil , 160 schließt, um die Luft aus dem Luftverteiler 80 und der Leitung 92 in die Atmosphäre zu entlassen.

Die Wicklung des Magnetventils wird von einem Klemmbrett 162 her unter Strom gesetzt, das mit einer geeigneten Steckerfassung 164 verbunden ist. In diese Steckerfassung 164 ist ein Stecker einer elektrischen Leitungsschnur 166 einzuführen, durch die elektrischer Netzstrom, beispielsweise von 115 Volt Wechselstrom, über eine Steuerung mittels eines Fußpedal-

schalters 170 zugeführt wird.

Das Reduzierventil 156 ist über eine geeignete L-förmige Leitung 174 mit einem Manometer 172 erbunden.andem der Druck in der dem Magnetventil 160 und von dort dem Luftverteiler 80 zugefüTirtcn Luft abzulesen ist.

Ein Leitungsfitting 176 enthält eine feste Strömungsspardüse 178, wie aus der Fig. 16 zu ersehen ist, die eine Düsenöffnung 179 aufweist, die genau die Luftströmungsmenge vom Ventil 160 zur Leitung 92 und zum Verteilerkanal 82 steuert, so daß eine vorher bestimmte genaue reproduzierbare Luftmenge dem Luftverteiler 80 zugeführt wird, um sicherzustellen, daß genaue und reproduzierbare Mikromengen von Luft aus jeaer Aufziehpumpe 109 verdrängt werden und auch entsprechende Mengen von Flüssigkeit von den Flüssigkeitsaufnehmern 128 aus dem Flüssigkeitsreservoir 70 aufgenommen werden und von dort in die Aufnahmebehälter 142 der Mikrotitrationsplatte zugeteilt werden.

Ein typischer Zuteilvorgang wird wie folgt beschrieben: Zunächst sind die jeweiligen Teile in einer Stellung, wie sie in den Fig. 1 bis 3 gezeigt sind, nämlich der plattenförmige Träger 40 und die Behältereinheit 140 in der vorderen Ruhelage und die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 in angehobener Stellung.

Es wird dann der Fußpedalschalter 170 geschlossen, um elektrischen Strom an die Klemmen 162 der Ventilwicklung zu legen und das Luftventil 160 zu öffnen und so Druckluft in gesteuerter Strömungsmenge zum Verteilerkanal 82 zu führen. Die Luft tritt dann durch die Kanäle 84 und 88 auf die obere Fläche der Membran 100, die sich nach unten in den Kragenteil 114 der Kolbenbuchsen 110 zu verformen und jeden der sechsundneunzig Pumpenkolben 118 von der in Fig. 7 gezeigten Normal-Stellung in die herabgelassene Stellung nach Fig. 8 zu bewegen.

Durch diese Bewegung wird eine vorher bestimmte genaue Luftmenge im Inneren der Kolbenbuchse 110 der Verbindungsbuchse 126 und in den Flüssigkeitsaufnehmer 128 veranlaßt, sich von dort in die Atmo- >phaic zu bewegen.

Der Handhebel 38 wird dann verdreht, um die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 abzusenken und die Spitzen der Flüssigkeitsaufnehmer 128 in die Flüssigkeit des Flüssigkeitsreservoirs 70 zu tauchen, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wobei die Anschlageinrichtungen 130 die Eintauchtiefe der Flüssigkeitsaufnehmer 128 in die im Behälterreservoir 70 befindliche Flüssigkeit festlegen. Das Fußpedal wird dann freigelassen, so daß sich das Luftventil 160 schließt und die Druckluft von dem Luftverteiler 80 rückwärts durch die Leitung 92 und die Spardüse 178 in die Atmosphäre durch den Entlüftungsauslaß 161 freiläßt.

Wenn dies eintritt, wird die Membran 100 und der Pumpenkolben 118 jedes Flüssigkeitsaufnehmers 128 nach oben in die Stellung nach F i g. 7 zurückgedrückt, wodurch eine vorher bestimmte genaue Mikronvinge von Flüssigkeit, beispielsweise 0,025 ecm vom Flüssigkeitsreservoir 70 in jeden F.üssigkeitsaufnehmer 128 eingezogen wird.

Der Handhebel 38 wird dann in umgekehrter Richtung gedreht, um die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 zurück in die Ausgangsstellung anzuheben. Der Benutzer schiebt darm zunächst den plattenförmigen Träger 40 in seine rückwärtige Betriebsstellung, wobei diese Platte 40 unterhalb der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 ausgerichtet ist. Dann wird der Handhebel 38 betätigt und die Aufnahme- und Zuteilstellung entsprechend der Fig. 6 erreicht.

Der Fußschalter 170 wird dann wiederum betätigt, um die Pumpenkolben 118, wie aus der Fig. 8 zu ersehen, nach unten zu drücken und so die Flüssigkeit von den Flüssigkeitsaufnehmern 128 in die jeweiligen Aufnahmebehälter 142 zu drücken. Die Flüssigkeitsaufnehmer 128 werden dann aus den Aufnahmebehältern 142 ausgehoben und der Fußschalter 170 freigelassen, um die Luft aus dem Luftverteiler 80 in die Atmosphäre freizugeben.

Es wurde gefunden, daß, wenn mit Flüssigkeiten mit verhältnismäßig geringer Viskosität gearbeitet wird, kleine Flüssigkeitsmengen vom Flüssigkeitsreservoir 70 an der Außenfläche der Flüssigkeitsaufnehmer 128 anhaften können, was zur Folge hat, daß etwas ungenaue und unkontrollierbare Flüssigkeitsmengen von dem Flüssigkeitsreservoir 70 abgenommen werden. Um diese Fehler zu überwinden, kann ein abgewandeltes Flüssigkeitsreservoir 70a benutzt werden, wie es in den Fig. 12 und 13 gezeigt wird.

Das Flüssigkeitsreservoir 7Oo ist mit einer Vielzahl von Trennwänden 180 mit kreisförmigen, seitlichen Ausnehmungen 182 versehen, wobei die sich gegenüberliegenden Ausnehmungen 182 benachbarter Teilwände Flüssigkeitsaufnehmertaschen 184 bilden, die so bemessen sind, daß sie ausreichend größer sind als der Durchmesser der Flüssigkeitsaufnehmer 128, so daß die in den Flüssigkeitsaufnehmertaschen 134 erzeugte Oberflächenspannung die verdünnte Flüssigkeit von der Außenseite der entsprechenden Flüssigkeitsaufnehmer 128 abzieht. Beispielsweise wurde in einem Betriebsfall mit Flüssigkeitsaufnehmer 128 und mit einem Außendurchmesser von 1,65 mm (0,065") ein Flüssigkeitsaufnehmer-Taschendurchmesser von 6,35 mm (V₄") ausreichte, um effektiv überschüssige Lösung von der Außenfläche der Flüssigkeitsaufnehmer 128 zu entfernen.

Außerdem ist die Höhe der Trennwände 180 so beschaffen, daß das Flüssigkeitsniveau im FiÜNbigkctiMCMCi vim 7Ou intiii übet uic Ohcikanten der Flüssigkeits-Aufnehmertaschen 184 ■ teigen kann.

Beispielsweise ist bei einer Flüssigkeitstiefe von etwa 4 mm (V₁₂") eine Höhe der Trennwände 180 von etwa 9,5 mm (V_x") zufriedenstellend.

Die Vorrichtung zum Übertragen von Flüssigkeit

ι in Aufnahmebehälter gemäß der Erfindung kann auch benutzt werden, um Mikromengen von Flüssigkeiten, beispielsweise Antigenen, reihenweise zu verdünnen. Hierzu ist eine Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 222 zu benutzen, wie sie in Fig. 18 gezeigt ist und in genau

, der gleichen Weise aufgebaut ist wie die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 22 mit der Ausnahme, daß sie nur eine einzige Reihe von Flüssigkeitsaufnehmern 228 enthält. Die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung 222 wird in geeigneter Weise am unteren Ende der

ι Zahnstange 28 befestigt, so daß die Flüssigkeitsaufnehmer 228 in mittlerer Stellung oberhalb der Grundplatte 20 ausreichend von der Stange 24 angeordnet sind, um zu ermöglichen, daß jede der Reihen von Aufnahmebehältern 142 nacheinander mit den Flüssigkeitsaufnehmern 228 ausgerichtet werden können, wenn der plattenförmige Träger 40 und die Behältereinheit 140 von ihrer vorderen Stellung in ihre rückwärtige Stellung verschoben wird. Die Leitung 192

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kann in geeigneter Weise mit einem mit Ventil versehenen Nippel 294 des T-Fittings 93 (siehe Fig. 17) verbunden werden, um für die Zuführung der im Betrieb benötigten Druckluft zu sorgen.

In einem Reihenverdünnungsvorgang werden zunächst bei Stelli,ng des plattenförmigen Trägers 40 in vorderer Ruhestellung die Rüssigkeitsaufnehmer 228 mit genauen Mikromengen von zu verdünnenden Antigenen aus dem Flüssigkeitsreservoir 70 oder einer getrennten Reihe von Phiolen oder Versuchsröhrchen (in den Figuren nicht gezeigt) beladen. Jede der Aufnahmebehälter 142 wird mit vorher bestimmten Mengen von Lösungsmitteln versehen.

Zunächst wird der Träger 40 so weit nach rückwärts bewegt, daß die erste Reihe von Aufnahmebehältern 142 mit den Flüssigkeitsaufnehmern 128 ausgerichtet ist, die dann abgesenkt werden, um die Antigene in die Aufnahmebehälter 142 einzuführen, wo sie durch die Düsenwirkung und durch mehrfaches Ansaugen von verdünnter Mischung und erneutes Ausstoßen in die Aufnahmebehälter 142 innig mit dem dort vorhandenen Lösungsmittel vermischt werden.

Genaue Mikromengen dieses Gemisches werden dann in die Flüssigkeitsaufnehmer 228 angesaugt. Diese Flüssigkeitsaufnehmer 228 werden dann angehoben, um die nächste Reihe von FJüssigkeitsaufnehmern 142 mit den Flüssigkeits-Aufnehmerreihen auszurichten und in diesen Aufnahmebehältern 142 den gleichen Verdünnungs- und Mischvorgang durchzuführen.

Dieser Vorgang wird für jede aufeinander folgende Reihe von Aufnahmebehältern 142 ausgeführt, so daß das fertige Gemisch in jeder aufeinander folgenden Reihe von Aufnahmebehältern 142 stärker verdünnt ist als in der vorhergehenden Reihe der Aufnahmebehälter 142.

Wenn die letzte Reihe von Aufnahmebehältern 142 verdünnt worden ist, wird irgendwelche in den Flüssigkeitsaufnehmern 228 zurückgebliebene Menge von verdünntem Gemisch ausgestoßen, und es werden die Flüssigkeitsaufnehmer 228 daraufhin durch mehrfaches Ansaugen und Ausstoßen von destilliertem Wasser oder irgendeiner anderen geeigneten Reinigungslösung gereinigt.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

Claims

20 H 239

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Übertragen von Flüssigkeit in Aufnahmebehälter, bei der ein Träger für eine Anzahl solcher Aufnahmebehälter, eine vertikal auf- und abbewegbare Aufnahme- und Zuteilvorrichtung für die Flüssigkeit und eine Einrichtung für die Flüssigkeit und eine Einrichtung zum selektiven Erzeugen dieser Auf- und Abbewegung vorgesehen sind, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) ein Flüssigkeitsreservoir (70, 70a) mit Flüssigkeitszuführung ist vertikal unter der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22,222) stationär in einer feststehenden Grundplatte (20) derart angebracht, daß die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22, 222) mit einem Teil des Flüssigkeitsreservoirs (70,7Oe) ausgerichtet ist;

b) der /rager (40) für die Aufnahmebehälter ist scicktiv horizontal /wischen zwei Endstellungen auf der Grundplatte (20) verschiebbar, nämlich

1) einer Nicht-Zuteilstellung zu einer Seite des Flüssigkeitsreservoirs (70, 70a) und außerhalb des Bewegungsweges der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22, 222), und

2) einer Zuteilstellung, in der der Träger (40) oberhalbdes mit der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22, 222) ausgerichteten Teiles des Flüssigkeitsreservoirs (70, 70a) und selbst in vertikaler Ausrichtung mit der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22, 222) liegt, und

c) die Aufnahme und Zuteilvorrichtung (22. 222) ist mittels der Einrichtung (26, 28, 38) zum Erzeugender Auf- und Abbewegung bei Nicht-Zuteilungsstellung des Trägers (40) in das Flüssigkeitsreservoir (70, 70a) und bei Zuteilstcllung des Tragers (40) in den oder die auf dem Träger (40) aufgestellten Aufnahmebehälter absenkbar.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22. 222) für die Flüssigkeit eine Mehrzahl pipettenartiger oder nadclartiger Flüssigkeitsaufnehmer (128, 228) und eine Hinrichtung ium gleichzeitigen Aufziehen von kleinen, abgemessenen Flüssigkeitsmengen in diese Flüssigkeitsaufnehmer 1128, 228) sowie gleichzeitigem Zuteilen dieser Flüssigkeitsmengen aus den Flüs-Sigkeitsaufnehmern (128. 228) in die auf dem Träger (40) aufgestellten Aufnahmebehälter enthält.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. /um Obertragen Von Flüssigkeit in Aufnahmebehälter, die in festgelegter Anzahl in Flächenanordnung in Behiiltcreinheiten. beispielsweise in Art von Mikrotitrationsplattcn. vereinigt sind, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) die pipettcnartigen oder nadelartigen Flüssigkeitsaufnehmer (128,228) sind in gleicher Anzahl und Flächenanordnung wie die Aufnahmebehälter (142) in der Bchältereinheil (140) an einem Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22, 222) angebracht; und

b) am Träger (40) ist eine Anschlag- und Ausrichteinrichtung (146, 250) vorgesehen, mit der die auf dem Träger (40) gesetzte Behältereinheit (140) in der Zuteilstellung des Trägers (40) mit allen Aufnahmebehältern (142) zu den entsprechenden Flüssigkeitsaufnehmern (128) ausgerichtet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch rechteckige Anordnung in Längs- und Querreihen sowohl der Aufnahmebehälter (142) in der Behältereinheit (140) als auch der Flüssigkeitsaufnehmer (128) an dem Kopf (80, 96) der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22).

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch Anordnung in einer Reihe sowohl der Aufnahmebehälter (142) in der Behältereinheit (140) als auch der Flüssigkeitsaufnehmer (228) am Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (222).

6. Vorrichtung nach Anspruch 2, zum Übertragen von Flüssigkeit in Aufnahmebehälter, die in festgelegter Anzahl und in rechteckiger, Längs- und Querreihen bildender Anordnung in Behältereinheiten, beispielsweise in Art von Mikrotitrationsplatten vereinigt sind, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) die pipettenartigen oder na jelartigen Flüssigkeitsaufnehmer (228) sind in einer Reihe an der Aufnahme- und Zuteilanordnung (222) angeordnet;

b) der Träger (40) ist zur Einstellung meh erer Zuteilstellungen eingerichtet, derart, daß in jeder Zuteilstellung die Reihe von Flüssigkeitsaufnehmern (228) mit einer Reihe von Aufnahmebehältern (142) in der jeweiligen Behältereinheit (140) ausgerichtet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) die Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22) weist einen stationär öl .-rhalb des Flüssigkeitsreservoirs (70) angebrachten Kopf (80, 96) auf. in welchem für jeden pipetten- oder nadelartigcu Flüssigkeitsaufnehmer (128) eine Aufz.iehpumpe (109) angebracht ist;

b) die Flüssigkeitsaufnehmer (128) sind an der Unters· 'Ie des Kopfes an die Aufziehpumpen (109) angesetzt.

X. Vorrichtung nach Anspruch 7. gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) der Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22) enthalt eine Kopfgehäuseplatk-(96) mit vertikalen Bohrungen (102) in die jeweils das Gehäuse (110) einer Aufziehpumpe (109) eingesestzt ist

b) das Ciehäuse (110) der Aufziehpumpen (109) endet nach unten in einen rohrförmigen konischen Ansatz (112). der nach unten aus der Kopfgehauseplatte (96) vorsteht;

c) der Flüssigkeitsaufnehmer (128) ist mit einer Verbindungsmuffe (125) an den konischen Ansatz (112) der Auf/ichpumpe (109) angesetzt.

y. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder S, dadurch gekennzeichnet, daß für sämtliche im Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22) angebrachten Aufziehpumpen (109) eine gemeinsame pneumatische Betätigungsvorrichtung vorgesehen ist.

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H). Vorrichtung nach Anspruch ¹J, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Betätigungsvorrichtung zur Erzeugung des Ausdrückhubes der Aufziehpumpe (109) mittels eines Kolbens (122) ausgebildet ist, während für die Erzeugung des Aufziehhubes in jeder Aufziehpumpe eine Rückstellfeder (124) angebracht ist.

11. Vorrichtung nach Anspruchs bis 10, gekennzeichnet durch die Merkmale:

a) im Kopf der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22) ist eine Verteilerplatte (80) mit von einem gemeinsamen, gesteuerten Druckluftauslaß zu den Aufziehpumpen (109) führenden Druckluftkanälen (82, 84, 88) angebracht;

b) die Enden der Druckluftkanäle (88) sind gegenüber den Betätigungskolben (122) der Aufziehpumpen (109) durch eine für alle Aufziehpumpen (109) gemeinsame Membran (100) abgedeckt und abgedichtet;

12. Vorrichtung nach einem «ier Ansprüche I bis 11, gekennzeichnet durch die Merkmaie·

a) das Flüssigkeitsreservoir (70) ist in Art eines Trogs ausgebildet, der mit einem seitlich dazu angeordneten Vorratsbehälter (66) in Verbindung steht;

b) der Auslaß (76) des Vorratsbehälters (66) ist zur Steuerung der in das trogförmige Flüssigkeitsreservoir (70) überführten Flüssigkeitsmenge unter einer konstanten Flüf.sigkeitsstandhöhe im Flüssigkeitsreservoir (70) ausgebildet.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsreservoir (70a) eine Mehrzahl von Trennwänden (180) mit ausgerichteten, seitlichen, kreisbogenförmigen Ausbuchtungen (182) enthält, und daß je zwei sich gegenüberliegende Ausbuchtungen (182) eine Tasche (184) zum Eintauchen je eines Flüssigkeitsaufnehmer 128) bilden,deren Durchmesser derart a J den Querschnittsdurchmesser des Flüssigkeitsaufnehmers (128) abgestimmt ist, daß die innerhalb der Tasche (184) herrschend·.' Oberflächenspannung der Flüssigkeit ausreicht, beim Herausheben des Flüssigkeitsaufnehmers aus der Flüssigkeit an seiner Außenfläche haftende Flüssigkeit ab/u/iehen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 13. dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte (20) hinter dem Flüssigkeitsreservoir (70. 70a) eine Säule (24, trägt, an deren oberen Teil eine Einrichtung (26,28) zum Heben und Senken der Flussigkeits-Auftiahmc- und Zuteileinrichtung b/w. -einrichtungen (22. 222) angebracht ist

15. Vorrichtung nach Anspruch 14. dadurch gekennzeichnet, daß an der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung (22. 222) dem Flüssigkcitsrcscrvmr (70. 70a) und dem Träger (40) Anschlageinrichtungen (130) /ur genauen Höheneinstellung der , Flüssigkeitsaufnehmer (128) he/üglich des llüssigkcitsspiegcls im Flüssigkeitsreservoir (70, 70«) bzw. des Aufnahmebehälters (140. 142) auf dem Träger (40) angebracht sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, da- , durch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (26, 28) zum Heben und Senken der Aufnahme- und Zuteilvorrichtung{?.?,) mit einer vertikal angeordneten Zahnstange (28). einem die Zahnstange (28) bewegenden Ritzel und einem das Ritzel drehenden Handhebel (38) versehen ist.