-
Die Erfindung betrifft ein Funktionsmodul für eine Pipettier- oder Dosiervorrichtung, eine Dosiervorrichtung und eine Pipettiervorrichtung.
-
Repetitive Aufgaben im Labor werden zunehmend von automatisierten Laborgeräten übernommen. Insbesondere für biochemische Analysen im Bereich der Chemie und Pharmazie sind Systeme für die automatisierte Handhabung von flüssigen Proben erwünscht. So dienen sogenannte Liquid Handling Systeme zur Aufbereitung von Proben und/oder zur Analyse der aufbereiteten Proben. Solche Laborgeräte sind auch unter Begriffen wie Pipettierroboter oder Pipettier- und Analysegerät bekannt. Aufgaben dieser Pipettiervorrichtungen sind unter anderem die Zugabe und Entnahme von definierten Volumina an Flüssigkeiten in Laborelementen, um beispielsweise durch die Zugabe eines Reagenz eine biochemische Reaktion anzustoßen, sowie die Vorbereitung der Proben für die anschließende Vermessung in einem Analysegerät, wie zum Beispiel das Trocknen der Proben. Als Analysegeräte kommen alle Geräte infrage, welche mindestens eine chemische und/oder physikalische Information der Probe bestimmen, wie Geräte für die Spektroskopie und Spektrometrie, aber auch pH- und Leitfähigkeitssonden, sowie weitere Geräte.
-
Entsprechende automatisierte Pipettiervorrichtungen beinhalten eine, in der Regel mehrere Pipetten, welche häufig in, mitunter austauschbaren, Pipettierköpfen angeordnet sind. Einfache automatisierte Pipettier- bzw. Dosiervorrichtungen geben lediglich eine definierte Menge einer Flüssigkeit aus, während in größeren automatisierten Pipettiervorrichtungen die Pipettierköpfe in zwei oder drei Raumrichtungen verfahrbar sind. Komplexere automatisierte Pipettiervorrichtungen übernehmen häufig zusätzliche Aufgaben wie den Transport und die Handhabung von Laborelementen sowie das Mischen und das Inkubieren von Proben.
-
Eine Pipette dient zur Aufnahme und Abgabe von definierten Volumina von Flüssigkeiten. In der Regel ist die Pipette so ausgestaltet, dass die Flüssigkeit nicht ins Innere der Pipette gelangt. Stattdessen wird eine Pipettenspitze auf einen Endbereich der Pipette aufgesetzt, in welche die Flüssigkeit aufgenommen wird. Der Endbereich der Pipette ist in der Regel konisch oder schaftartig geformt. Die Pipettenspitze ist beispielsweise kraftschlüssig mit dem Endbereich der Pipette verbunden und teilweise zusätzlich mit einem Dichtelement, beispielsweise einem O-Ring, gesichert. Die Pipettenspitze kann auch mittels Formschluss oder einer Kombination aus Kraft- und Formschluss mit dem Endbereich der Pipette verbunden sein.
-
Die Aufnahme und Abgabe der Flüssigkeiten erfolgen in der Regel mittels Unter- und Überdruck, welcher mittels einem beweglichen Kolben erzeugt wird. Der Kolben ist in einem Kanal geführt, in welchem ein Dichtmittel angeordnet ist. Das Dichtmittel stellt durch die druckdichte Abdichtung des Kanals sicher, dass eine definierte Bewegung bzw. Versatz des Kolbens zu einer Aufnahme oder Abgabe eines definierten Volumens einer Flüssigkeit führt. Ein Funktionsverlust des Dichtmittels führt zu einer Undichtigkeit in der Pipette, so dass kein definiertes Pipettieren von Flüssigkeiten möglich ist.
-
Bei herkömmlichen Pipettiervorrichtungen muss daher sichergestellt sein, dass die Längsachse des Kolbens exakt auf die des Kanals ausgerichtet ist. Bei einer idealen Ausrichtung der Achsen von Kolben und Kanal gleitet der Kolben auf eine vorgesehene, dem Dichtmittel entsprechende Weise durch das Dichtmittel hindurch bzw. an einer gegen den Kolben anliegenden Oberfläche des Dichtmittels entlang. Im Falle eines Versatzes zwischen den Achsen von Kolben und Kanal kommt es jedoch zu einer nicht vorgesehenen Reibung des Kolbens an dem Dichtmittel, was zu einer, insbesondere einseitigen oder zonenartigen, Belastung des Dichtmittels führt. Diese nicht vorgesehene Belastung des Dichtmittels kann zur Abnutzung des Dichtmittels und ggf. zur Undichtigkeit des Dichtmittels führen. Die exakte Ausrichtung der Achsen von Kolben und Kanal ist jedoch relativ aufwändig und kann sich zudem mit der Zeit verändern, so dass im Laufe der Zeit trotz ursprünglich korrekter Einstellung der beiden Achsen eine Undichtigkeit am Dichtmittel auftreten kann.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung anzugeben, bei welcher eine Abnutzung des Dichtmittels möglichst reduziert, insbesondere vermieden, wird.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Funktionsmodul nach Anspruch 1, eine Dosiervorrichtung nach Anspruch 10 und eine Pipettiervorrichtung nach Anspruch 11.
-
Hinsichtlich des Funktionsmoduls wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Funktionsmodul für eine Pipettier- oder Dosiervorrichtung, mit
- - einer oberen Platte mit mindestens einer Ausnehmung,
- - einer unteren Platte mit mindestens einem vertikal ausgerichteten Kanal und mindestens einem in dem mindestens einem Kanal angeordneten Dichtmittel,
- - einem Antriebsmittel, welches dazu ausgestaltet ist, die obere Platte vertikal und relativ zu der unteren Platte zu bewegen,
- - mindestens einem Kolben mit einem zylindrischen Grundkörper und einem Kolbenkopf, wobei der mindestens eine Kolben gleitend in dem mindestens einen Kanal angeordnet ist,
wobei das mindestens eine Dichtmittel derart in dem mindestens einen Kanal angeordnet und ausgestaltet ist, dass der mindestens eine Kolben druckdicht im mindestens einen Kanal angeordnet ist, wobei der Kolbenkopf in der mindestens einen Ausnehmung derart arretiert ist, dass eine definierte Bewegung der oberen Platte zu einer entsprechenden, definierten Bewegung des mindestens einen Kolbens führt, wobei mittels der definierten Bewegung des Kolbens ein definiertes Volumen einer Flüssigkeit dosierbar ist, wobei der Kolbenkopf ein Haltemittel aufweist, welches derart ausgestaltet ist, dass der mindestens eine Kolben um einen Winkel aus der Vertikalen bewegbar ist.
-
Die obere und die untere Platte sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Das Antriebsmittel sorgt für eine vertikale Bewegung der oberen Platte in Richtung oder entgegen der unteren Platte. Die durch das Antriebsmittel vermittelte vertikale Bewegung entspricht dabei einer Bewegung entlang der Flächennormalen der oberen bzw. unteren Platte. Als Vertikale wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung stets die Flächennormale der oberen und unteren Platte verstanden. So ist auch der vertikal ausgerichtete mindestens eine Kanal senkrecht zur unteren Platte in der unteren Platte angeordnet.
-
Mittels des Haltemittels ist der mindestens eine Kolben um einen Winkel aus der Vertikalen, d.h. dem Flächennormal der oberen Platte, bewegbar. Der mindestens eine Kolben ist insbesondere um einen Winkel pendelbar oder aus der Vertikalen kippbar. Die Bewegung des mindestens einen Kolbens erfolgt mindestens in eine Richtung, bevorzugt allseitig in alle Richtungen. Durch die Beweglichkeit des Kolbens um einen Winkel kann ein gewisser Achsenversatz zwischen den Achsen des mindestens einen Kolbens und des mindestens einen Kanals ausgeglichen werden. Das Dichtmittel ist dabei keiner zusätzlichen Reibung ausgesetzt. Mithilfe des Haltemittels ist eine einfachere Fertigung des Funktionsmoduls möglich, da die Achsen des mindestens einen Kolbens und des mindestens einen Kanals mit einer größeren Toleranz als bisher üblich aufeinander abgestimmt werden können.
-
In einer Weiterbildung des Funktionsmoduls ist das Haltemittel als Vorsprung oder Aussparung ausgebildet. Als Vorsprung ist im Rahmen dieser Anmeldung das Inverse einer Ausnehmung, Aussparung oder Vertiefung gemeint, also beispielsweise ein vorstehender oder hinausragender Abschnitt oder eine Erhebung. Die Aussparung kann als Ausnehmung ausgestaltet sein.
-
Vorteilhafterweise weist das Haltemittel eine im Wesentlichen kugelförmige, ellipsoidförmige oder eiförmige Kontur auf.
-
In einer Ausgestaltung ist die mindestens eine Ausnehmung zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgestaltet.
-
In einer weiteren Ausgestaltung weist die mindestens eine Ausnehmung zumindest einen ersten Abschnitt auf, welcher mit dem Haltemittel korrespondierend ausgestaltet ist. Insbesondere ist der zumindest erste Abschnitt als ein Vorsprung oder eine Aussparung, insbesondere eine Ausnehmung, ausgebildet. Ist das Haltemittel beispielsweise als Vorsprung ausgebildet, so kann die mindestens eine Ausnehmung eine mit dem Vorsprung korrespondierende Aussparung aufweisen. Ist das Haltemittel hingegen als Aussparung ausgebildet, so kann die mindestens eine Ausnehmung eine mit der Aussparung korrespondierenden Vorsprung aufweisen.
-
Bevorzugterweise ist der Kolbenkopf mittels des Haltemittels in der mindestens einen Ausnehmung arretiert. Das Haltemittel dient damit zur Fixierung des Kolbens relativ zur oberen Platte. Eine Kraft, welche eine Bewegung der oberen Platte verursacht, wird somit über das Haltemittel auf den Kolben übertragen.
-
Insbesondere ist der Kolbenkopf mittels des Haltemittels in die mindestens eine Ausnehmung geklemmt.
-
In einer Ausgestaltung ist das mindestens eine Dichtmittel ein O-Ring, ein Dichtnippel, eine Flüssigkeits-Dichtung, eine Fett-Dichtung oder eine Dichtbuchse.
-
Hinsichtlich der Dosiervorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Dosiervorrichtung zum Dosieren eines definierten Volumens einer Flüssigkeit, mit
- - mindestens einem Funktionsmodul nach mindestens einer der vorherigen Ausgestaltungen,
- - mindestens einem Abgabebereich, welcher fluidisch und druckdicht mit dem mindestens einen Kanal verbunden ist, derart dass mittels der definierten Bewegung des Kolbens ein definiertes Volumen einer Flüssigkeit aus dem Abgabebereich dosierbar ist.
-
Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung dient zum Dosieren eines definierten Volumens einer Flüssigkeit. Im Gegensatz zu Pipettiervorrichtungen nehmen Dosiervorrichtungen in der Regel die zu dosierende Flüssigkeit nicht in eine Pipettenspitze, sondern in einen Innenraum der Dosiervorrichtung auf. Die Dosiervorrichtung weist insbesondere einen Innenraum oder ein Behältnis auf, in welche die zu dosierende Flüssigkeit eingebracht ist. Die zu dosierende Flüssigkeit wird von einem Abgabebereich in ein gewünschtes Zielgefäß abgegeben. Der Abgabebereich ist dabei fluidisch und druckdicht mit dem mindestens einen Kanal des Funktionsmoduls verbunden. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Haltemittels ist der mindestens eine Kolben um einen Winkel beweglich, so dass mittels des Haltemittels ein Achsenversatz zwischen Kolben und Kanal ausgeglichen werden kann.
-
Hinsichtlich der Pipettiervorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäße gelöst durch eine Pipettiervorrichtung zum Dosieren eines definierten Volumens einer Flüssigkeit, mit
- - mindestens einem Funktionsmodul nach mindestens einer der vorherigen Ausgestaltungen,
- - mindestens einem Aufnahmebereich, welcher dazu ausgestaltet ist, eine Pipettenspitze aufzunehmen, wobei der Aufnahmebereich fluidisch und druckdicht mit dem mindestens einen Kanal verbunden ist, derart dass mittels der definierten Bewegung des Kolbens ein definiertes Volumen einer Flüssigkeit in die Pipettenspitze oder aus der Pipettenspitze dosierbar ist.
-
Die erfindungsgemäße Pipettiervorrichtung weist neben dem mindestens einen Funktionsmodul einen Aufnahmebereich vor, auf welchen eine Pipettenspitze aufgenommen werden kann. Die zu dosierende Flüssigkeit wird ausschließlich in die Pipettenspitze aufgenommen und aus dieser wieder abgegeben. Der mindestens eine Aufnahmebereich ist fluidisch und druckdicht mit dem mindestens einen Funktionsmodul verbunden. Das zwischen dem mindestens einen Funktionsmodul und dem mindestens einen Aufnahmebereich bewegte Fluid ist ein Gas, insbesondere Umgebungsluft. Aufgrund des mittels des Haltemittels um einen Winkel bewegbaren mindestens einen Kolbens kann ein gewisser Achsversatz zwischen dem mindestens einen Kolben und dem mindestens einen Kanal ausgeglichen werden, ohne dass das Dichtmittel dabei unsachgemäß beansprucht wird.
-
In einer Weiterbildung der Pipettiervorrichtung ist mindestens ein Schlauch zur druckdichten Verbindung des mindestens einen Kanals mit dem Aufnahmebereich vorgesehen.
-
Die vorliegende Erfindung soll im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren 1-6 näher erläutert werden. Sie zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines Kolbens mit Haltemittel.
- 2: eine schematische Darstellung eines Kolbens in Verbindung mit der oberen Platte.
- 3: eine alternative Ausführungsform des Kolbens in Verbindung mit der oberen Platte.
- 4: ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Funktionsmoduls.
- 5: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung.
- 6: ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung.
-
In 1 ist zunächst ein beispielhafter Kolben 10 gezeigt, mit einem zylindrischen Grundkörper 10a und einem Kolbenkopf 11. Der Kolbenkopf 11 weist ein Haltemittel 12 auf. Beispielsweise ist das Haltemittel 12 als Vorsprung ausgebildet und/oder weist eine im Wesentlichen kugelförmige, ellipsoidförmige oder eiförmige Kontur auf.
-
2 zeigt den Kolben 10 aus 1 in Verbindung mit einer oberen Platte 4. Die obere Platte 4 weist mindestens eine Ausnehmung 5 auf, die beispielsweise zumindest abschnittsweise zylindrisch ausgestaltet ist. Der Kolbenkopf 11 ist in der mindestens einen Ausnehmung 5 derart arretiert, dass eine definierte Bewegung der oberen Platte 4 zu einer entsprechenden, definierten Bewegung des mindestens einen Kolbens 10 führt. Im Beispiel der 2 ist der Kolbenkopf 11 mittels des als Vorsprung ausgebildeten Haltemittels 12 in der mindestens einen Ausnehmung 5 arretiert, insbesondere geklemmt. Durch die optionale kugelförmige Kontur des Haltemittels 12 ist der mindestens eine Kolben 10 um einen Winkel w aus der Vertikalen bewegbar. In 2 sind durch entsprechende Pfeile der positive und negative Winkelversatz des mindestens einen Kolbens 10 gezeigt. Selbstverständlich ist die Bewegung des mindestens einen Kolbens 10 nicht unbedingt auf eine Ebene beschränkt, sondernd der mindestens eine Kolben 10 kann beispielsweise allseitig pendeln.
-
In 3 ist eine alternative Ausführung des Haltemittels 12 und der Ausnehmung 5 gezeigt. In diesem Beispiel ist das Haltemittel 12 als Aussparung ausgebildet. Die mindestens eine Ausnehmung 5 weist zumindest einen ersten Abschnitt 5a auf, welcher mit dem Haltemittel 12 korrespondierend ausgestaltet ist. Der erste Abschnitt 5a ist in 3 als Vorsprung ausgebildet, kann beispielsweise aber auch als Ausnehmung ausgebildet sein. Auch weitere Ausführungsformen von Haltemittel 12 und Ausnehmung 5 sind denkbar, welche hier nicht gezeigt sind.
-
4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Funktionsmoduls 1. Das erfindungsgemäße Funktionsmodul 1 weist eine obere Platte 4, eine untere Platte 6, den mindestens einen Kolben 10 und ein Antriebsmittel 9 auf. Der Kolben 10 ist in 4 zweiteilig dargestellt. Sowohl der mindestens eine Kolben 10, die obere Platte 4, als auch die untere Platte 6 können einteilig oder mehrteilig ausgestaltet sein. So umfasst die untere Platte 6 in 4 mehrere einzelne Platten, die zusammen die Funktion der unteren Platte 6 erfüllen.
-
Die untere Platte 6 weist mindestens einen vertikal ausgerichteten Kanal 7 auf, in dem zumindest ein Dichtmittel 8 angeordnet ist. Das Dichtmittel 8 ist beispielsweise ein O-Ring, ein Dichtnippel, eine Flüssigkeits-Dichtung, eine Fett-Dichtung oder eine Dichtbuchse. Der mindestens eine Kolben 10 ist gleitend im mindestens einen Kanal 7 angeordnet. Die Anordnung und Ausgestaltung des Dichtmittels 8 sind derart, dass der mindestens eine Kolben 10 druckdicht im mindestens einen Kanal 7 angeordnet ist.
-
Das Antriebsmittel 9 ist dazu ausgestaltet, die obere Platte 4 vertikal und relativ zur unteren Platte 6 zu bewegen. Die untere Platte 6 ist insbesondere stationär, während die obere Platte 4 beweglich angeordnet ist. Wie bereits beschrieben, ist der Kolbenkopf 11 derart in der mindestens einen Ausnehmung 5 arretiert, dass eine definierte Bewegung der oberen Platte 4 zu einer entsprechenden, definierten Bewegung des mindestens einen Kolbens 10 führt. Mithilfe der mittels des Dichtmittels 8 sichergestellten Dichtigkeit wird durch die Bewegung des mindestens einen Kolbens 10 ein Überdruck oder Unterdruck im mindestens einen Kanal 7 erzeugt. Auf diese Weise ist mittels der definierten Bewegung des Kolbens 10 ein definiertes Volumen einer Flüssigkeit dosierbar.
-
Die in 4 vorhandene, gemeinsame Achse von Kolben 10 und Kanal 7 ist durch die gestrichelte Linie dargestellt. In 4 ist auch zu erkennen, was passieren würde, wenn das Haltemittel 12 fehlt. Ist der Kolbenkopf 11 starr und ohne Bewegungsmöglichkeit an der oberen Platte 4 angebracht, so führt eine Verschiebung der Achsen von Kanal 7 und Kolben 10 dazu, dass der Kolben 10 das Dichtmittel 8 auf derjenigen Seite besonders stark beansprucht, in die der Kolben 10 versetzt ist. Diese für das Dichtmittel 8 in der Regel nicht vorgesehene, unsachgemäße Belastung führt zu einer beschleunigten Abnutzung des Dichtmittels 8 und damit langfristig zu einer Undichtigkeit des Funktionsmoduls. Diese Form der Abnutzung des Dichtmittels 8 wird mittels des erfindungsgemäßen Funktionsmoduls 1 vermieden.
-
5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung 3 zum Dosieren eines definierten Volumens einer Flüssigkeit, mit mindestens einem Funktionsmodul 1 und mindestens einem Abgabebereich 13. Der Abgabebereich 13 ist fluidisch und druckdicht mit dem mindestens einen Kanal 7 verbunden, so dass mittels der definierten Bewegung des Kolbens 10 ein definiertes Volumen einer Flüssigkeit aus dem Abgabebereich 13 dosierbar ist. Im gezeigten Beispiel ist der mindestens eine Abgabebereich 13 mittels eines Schlauchs 16 mit dem mindestens einen Funktionsmodul 1 verbunden. Die Dosiervorrichtung 3 dient vorwiegend zum Abgeben eines definierten Volumens einer Flüssigkeit. Häufig wird die Flüssigkeit in einem Innenraum der Dosiervorrichtung 3 bereitgestellt oder beispielsweise in den Schlauch 16, welcher zwischen dem Abgabebereich 13 und dem Funktionsmodul 1 angeordnet ist, hineingesaugt. Ein Kontakt zwischen dem mindestens einen Kolben 10 mit der zu dosierenden Flüssigkeit ist in der Regel nicht gewollt. Der mindestens eine Abgabebereich 13 weist beispielhaft eine Spitze auf, aus welcher die Flüssigkeit dosiert wird, aber auch andere Ausgestaltungen des Abgabebereichs 13 sind möglich.
-
6 zeigt schließlich ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung 2, mit mindestens einem Funktionsmodul 1 und mindestens einem Aufnahmebereich 14. Der Aufnahmebereich 14 ist dazu ausgestaltet, eine Pipettenspitze 15 aufzunehmen. Die Flüssigkeit wird lediglich in die Pipettenspitze 15 aufgenommen und aus dieser wieder abgegeben. Der Aufnahmebereich 14 ist fluidisch und druckdicht mit dem mindestens einen Kanal 7 verbunden, beispielsweise mittels eines Schlauchs 16, so dass mittels der definierten Bewegung des Kolbens 10 ein definiertes Volumen einer Flüssigkeit in die Pipettenspitze 15 oder aus der Pipettenspitze 15 dosierbar ist. Wie in 5 gezeigt, kann die Pipettiervorrichtung 2 - und in analoger Weise auch die Dosiervorrichtung 3 - mehrere Funktionsmodule 1 aufweisen, so dass mehrere Kolben 10 zur Verfügung stehen, um jeweils ein definierten Volumen aus einer der mehreren Pipettenspitzen 15 zu dosieren.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Funktionsmodul
- 2
- Pipettiervorrichtung
- 3
- Dosiervorrichtung
- 4
- obere Platte
- 5
- Ausnehmung
- 5a
- erster Abschnitt
- 6
- untere Platte
- 7
- Kanal
- 8
- Dichtmittel
- 9
- Antriebsmittel
- 10
- Kolben
- 10a
- Grundkörper des Kolbens
- 11
- Kolbenkopf
- 12
- Haltemittel
- 13
- Abgabebereich
- 14
- Aufnahmebereich
- 15
- Pipettenspitze
- 16
- Schlauch
