DE4039971A1 - Hubkolbenpipette - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenpipette mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Patentanspruches 1.

Derartige Hubkolbenpipetten mit einem Luftpolster sind bekannt und werden überdies betreffend ihre Funktion in DIN 12 650 beschrieben. Diese Hubkolbenpipetten haben einen Kolben, der dicht in einem Zylinder gleitet, wobei der Zylinder eine Öffnung aufweist, an der sich eine rohrförmige, schaftartige Verlängerung anschließt, an die eine Pipettenspitze ansetzbar ist, so daß bei Auf- und Abwärtsbewegung des Kolbens und damit bei Ver­ änderung des von Kolben und Zylinder definierten Volumens eine Pumpfunktion ausgeht, die zum Befüllen oder Entleeren der Pipettenspitze dient. Zwischen der in die Pipettenspitze eingesaugten Flüssigkeit und den beim Pipettiervorgang obenliegenden Pipettenteilen, ausge­ nommen der Pipettenspitze, befindet sich ein Luft­ polster. Solche Pipetten werden vornehmlich in Laboratorien, die mit naß-chemischen Methoden arbeiten, zum genauen Pipettieren bestimmter Flüssigkeitsvolumina eingesetzt.

Zur Erleichterung der Handhabung wird im allgemeinen lediglich die Kolbenbewegung in Ausstoßrichtung mittels eines zur Bewegung des Kolbens angebrachten Pipettier­ knopfes manuell betätigt. Die Rückstellung des Kolbens in die pipettenspitzenferne Stellung erfolgt üblicher­ weise über eine Rückstellfeder.

Als weiterer Stand der Technik sind auch Hubkolben­ pipetten mit variabel einstellbaren Pipettiervolumen bekannt. Dabei wird durch Zusammenwirken von einem festen und einem einstellbar variablen Anschlag der Kolbenhub entsprechend dem gewünschten zu pipettierenden Volumen begrenzt. Solche variabel einstellbaren Pipetten haben den Vorteil, daß sie nicht nur für ein bestimmtes Volumen, sondern für ein ganzes Volumenintervall ge­ eignet sind. Die Mittel zur Einstellung des wählbaren Pipettiervolumens können technisch dabei sehr unter­ schiedlich ausgeführt sein. Zu unterschiedlichen Aus­ führungsformen wird auf die Druckschriften DE 15 98 776 A1 und DE 22 29 623 A1 verwiesen. Häufig sind solche Pipetten zusätzlich noch mit mechanischen Mitteln zum Abwurf der Pipettenspitzen versehen (vgl. DE 24 45 237 A1) und weisen einen zusätzlichen als Überhub be­ zeichneten Hub des Kolbens auf, der zum restlosen Aus­ blasen der Flüssigkeit aus der Spitze dient.

Ferner sind im Stand der Technik auch Luftpolster­ pipetten bekannt geworden, bei welchen anstelle einer manuellen Betätigung des Kolbens die Kolbenbewegung motorisch erfolgt. Ferner sind Luftpolsterpipetten mit mehr als einer Kolben/Zylinderpaarung und einer ent­ sprechenden Zahl von Spitzen bekannt. Die Erfindung ist auf alle diese Ausführungsformen übertragbar.

Luftpolsterpipetten sind grundsätzlich so ausgelegt, daß nur die aufsteckbare Pipettenspitze mit der Flüssigkeit gefüllt werden kann. Eine Kontamination der weiteren Pipettenteile mit Flüssigkeit wird aufgrund der Fest­ legung der technischen Einzelheiten grundsätzlich ver­ mieden. Dadurch können auch aggressive Medien pipettiert werden, ohne das Gerät und dessen Funktion zu beein­ trächtigen. Weiterhin kann insbesondere im klinischen Bereich mit infektiösen Medien gearbeitet werden, der obere Flüssigkeitsspiegel (Meniskus) in der Pipetten­ spitze bleibt stets durch ein Luftpolster von den weiteren Geräteteilen getrennt. Nachteilig an den be­ kannten Luftpolsterpipetten ist, daß bei Verstellung des zu pipettierenden Volumens in Folge des Luftpolsters Pipettierungenauigkeiten entstehen können, die zu Fehl­ analysen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Pipette zu schaffen, bei welcher die von dem eingestellten Pipettiervolumen definierten und genau reproduzierbaren Pipettiermengen abgegeben werden können und insbesondere die durch das Luftpolster entstehenden Pipettierun­ genauigkeiten vermieden werden. Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Volumen des Luft­ polsters gezielt an das einstellbare Pipettiervolumen anpaßbar ist.

Dabei ist es wünschenswert, daß das Volumen des Luft­ polsters möglichst klein gehalten wird, um die negativen Einflüsse des Luftpolsters auf das Pipettiervolumen möglichst gering zu halten. Als Einflüsse sind z. B. Temperatureinflüsse zu nennen; Temperaturänderungen der Luft im Luftpolster verändern deren Volumen und führen damit zu einem die Genauigkeit beeinflussenden Effekt; Kühlt das Luftpolster ab, so wird eine zusätzliche Flüssigkeitsmenge in die Pipettenspitze aufgenommen; Erwärmt sich das Luftpolster z. B. durch die Wärme der Hand des Benutzers, so wird weniger Flüssigkeit aufge­ nommen als gewünscht. Solche Temperatureffekte können auch dann auftreten, wenn z. B. Gerätetemperatur, Umgebungstemperatur und Medientemperatur nicht exakt aufeinander abgestimmt sind. Darüber hinaus ergeben sich aber auch durch die Strömungsverhältnisse der Flüssig­ keit in der Spitze geringfügige Temperaturveränderungen (Luftpumpenprinzip), die zur Veränderung des Luft­ polstervolumens und damit des Pipettiervolumens führen.

Nachteilig ist auch ein gravimetrischer Effekt; Je größer die am Luftpolster hängende Flüssigkeitsmenge ist, d. h. je stärker die damit verbundenen Kräfte werden, desto mehr expandiert das Luftpolster, was ebenfalls Aus­ wirkungen auf das Pipettiervolumen hat. Daraus ist er­ sichtlich, daß eine Anpassung des Luftpolstervolumens im Sinne einer weitestgehenden Minimierung bei Einhaltung eines Sicherheitsabstandes des Flüssigkeitsmeniskus zu weiteren Pipettenteilen zu einer Verbesserung der Pipettiergenauigkeit führt.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Beispielsweise ist es besonders vorteilhaft, wenn der in der Pipettenspitze befindliche Luftpolster-Volumenanteil mit-reduziert wird, was gemäß Anspruch 3 durch einen in die Pipettenspitze einführ­ baren Verdrängerkörper geschehen kann. Oben wurde bereits darauf verwiesen, daß die Erfindung auch an mehrkanaligen Pipetten eingesetzt werden kann. Wenn nachfolgend von Spitze gesprochen wird, so ist damit bei Mehrfachpipetten die Gesamtzahl der Spitzen ange­ sprochen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Verdrängerkörper nach Art eines Verdrängerkolbens in die Spitze einführ­ bar ist. Die äußere Form des Verdrängerkörperteils kann an die Innenform der Spitze angepaßt sein, um eine Absenkung möglichst weit in den untenliegenden Konus der Spitze zu ermöglichen.

In manchen Fällen kann es vorteilhaft sein, wenn die Einstellung des Luftpolstervolumens losgelöst von der Pipettiervolumeneinstellung durchführbar ist. In der Regel wird aber eine Kopplung zu bevorzugen sein, der­ art, daß das Luftpolstervolumen so verändert wird, daß zwischen dem Meniskus der Flüssigkeit in der Pipetten­ spitze und dem nächstliegenden Pipettenteil immer ein weitgehend gleicher Sicherheitsabstand eingehalten wird.

Mechanisch kann die Einbringung des Verdrängerkorpers in die Pipettenspitzen durch eine Einschraubbewegung vorge­ nommen werden. Wenn von Einschraubbewegung gesprochen wird, so ist damit umfaßt, daß beispielsweise der die Pipettenspitze tragende Teil als mit einem Innengewinde versehene Hülse ausgebildet ist, die auf dem mit einem Außengewinde versehenen Verdrängerkörper, der die Ver­ längerung des Zylinders bildet, auf und abgeschraubt werden kann. Dadurch ergibt sich ohne weiteres eine Veränderung des Luftpolsters. Falls eine Kopplung zwischen Pipettiervolumeneinstellung und Luftpolster­ volumenverstellung gewünscht wird, so können sich die Merkmale des Anspruches 15 als vorteilhafte konstruktive Lösung ergeben.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert, diese zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer Hubkolben­ pipette, bei der das Luftpolstervolumen losgelöst vom Pipettiervolumen verstellbar ist und

Fig. 2 eine Hubkolbenpipette, bei der das Luft­ polstervolumen abhängig von Pipettiervolumen verstellbar ist.

Zeichnungsfigur 1 zeigt die Hubkolbenpipette mit zwei unterschiedlichen Luftpolstereinstellungen, nämlich Fig. 1a mit weitgehend minimiertem Luftpolster und Fig. 1b mit vergrößertem Luftpolster zur Aufnahme größerer Flüssigkeitsmengen in die Pipettenspitze.

In Fig. 1 ist innerhalb eines Pipettengehäuses 2 ein Kolben 8 unter Zwischenschaltung eines O-Ringes 7 dicht in einem schaftähnlich verlängerten Zylinder 9 frei beweglich aufgehängt. Mittels einer Kolbenstange 1 und einem darüber befindlichen nicht dargestellten Pipettierknopf ist der Kolben zum Abgeben der Flüssig­ keit betätigbar und wird über eine Rückstellfeder 6 wieder in seine ursprüngliche, spitzenferne Position zurückgeführt. Der Hubweg wird durch den feststehenden Anschlag 5 nach unten und einen variablen Anschlag 3 nach oben begrenzt. Der variable Anschlag 3 kann in seiner Position dadurch verändert werden, daß die Kolbenstange 1 als Sechskantstange gefertigt ist, über die der variable Anschlag 3 mit einem Sechskantloch, geschoben wird, wobei der variable Anschlag 3 an seiner äußeren zylindrischen Oberfläche mit einem Gewinde ver­ sehen ist, das in ein entsprechendes Gegengewinde in das mit dem starren Anschlag 5 verbundenen Gehäuse 5′ ein­ greift. Durch den fest auf der Kolbenstange 1 ange­ brachten Gegenanschlag 4 kann die Kolbenstange 1 und der damit in Wirkverbindung stehende Kolben 8 nur zwischen den Anschlägen 5 und 3 bewegt werden. Je nach Positionierung des variablen Anschlages 3 ist der Kolbenhub und damit das pipettierbare Volumen einstell­ bar.

Über den verlängerten, hohlzylindrischen Teil 21 des Zylinders ist eine Hülse 12 mit einer Dichtung 13 aufge­ schoben. Die hohlzylindrische Verlängerung wirkt als Verdrängerkörper, der in die Pipettenspitze eintaucht. Die Hülse 12 ist an ihrem unteren Ende derartig konus­ artig ausgeformt, daß die auf sie aufgesteckte Pipetten­ spitze ausreichend gut abdichtet.

Die äußere zylindrische Wandung der Hülse 12 ist an ihrem oberen Ende mit einem Außengewinde versehen, in das ein mutterartiges Betätigungselement 11 mit einem entsprechenden Innengewinde eingreift. Das Betätigungs­ element 11 an der Hülse 12 der Pipette drehbar, aber nicht verschiebbar befestigt. Diese Anordnung erlaubt es, durch Drehung des Betätigungselementes 11 die Hülse 12 auf dem Verdrängerkörper 21 derart zu verschieben, daß je nach pipettiertem Volumen ein mehr oder weniger großer Teil des Verdrängerkörpers 21 in die Pipetten­ spitze 14 hineinsteht und damit einen mehr oder weniger großen Teil des Luftpolsters 20 aus der Pipettenspitze 14 verdrängt.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Einstellung des Verdrängerkörpers 21 und damit des Luftpolstervolumens losgelöst von der Pipettier­ volumeneinstellung vorgenommen. Dies ist insofern vor­ teilhaft, als das Luftpolster 20 auch bei verschiedenen Pipettenspitzentypen, wie sie auf dem Markt erhältlich sind, immer optimierbar ist.

Denkbar sind auch andere Lösungen, die insbesondere dann sinnvoll sind, wenn immer mit dem gleichen Spitzentyp gearbeitet wird. In Fig. 2 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die Einstellung des Luftpolstervolumens an das Pipettiervolumen gekoppelt ist.

Teile die in Zeichnungsfigur 2 gleichen Teilen in Zeichnungsfiguren 1 entsprechen, tragen in Zeichnungs­ figur 2 gleiche Bezugszeichen.

Unterhalb des feststehenden Anschlages 5 ist ein Stell­ element 16 drehbar durch ein Lager 15 angeordnet. Das Stellelement 16 weist ein Sechskant-Loch auf, dessen Form mit der Außenkontur der Kolbenstange 1 korres­ pondiert. Die Kolbenstange 1 kann deswegen in Axial­ richtung relativ zum Stellelement 16 gleiten, bei Ver­ drehung der Kolbenstange 1 wird das Stellelement mit der Kolbenstange verdreht. Auf dem Außengewinde des Stell­ elementes wird eine Verstellhülse mit einem entsprechen­ den innenliegenden Gegengewinde in Axialrichtung ver­ stellt, die über gabelartige Verlängerungen oder Schub­ übertragungselemente 18 mit der Hülse 12 verbunden ist. Über eine nicht dargestellte, am Gehäuse der Pipette befindliche Führung ist die Hülse 17 mit den Schubüber­ tragungselemente 18 gegen Verdrehen gesichert. Durch Drehung der Kolbenstange 1 wird somit das Stellelement 16 verdreht und bewirkt eine axiale Verschiebung der Verstellhülse 17 mit dem Schubübertragungselement 18 und damit der in Wirkverbindung stehenden Hülse 12. Bei entsprechender Festlegung der geometrischen Parameter ist mit dieser Konstruktion eine lineare Veränderung des Verdrängervolumens, definiert durch den Verdrängerkörper 21 in der Form möglich, daß die Summe aus Verdränger­ volumen und eingestelltem Pipettiervolumen immer konstant ist. In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, die Wirkverbindung zwischen den Schubüber­ tragungselementen und der Hülse einstellbar zu ge­ stalten, um an unterschiedliche Pipettenspitzentypen adaptieren zu können. Beispielsweise wäre es denkbar, in den Schubübertragungselementen Langlöcher vorzusehen, durch die Schrauben in ein Gewinde an der Hülse 12 ein­ gedreht werden. Die Verschiebung der Schraubenposition innerhalb der Langlöcher ermöglicht dabei die ange­ strebte Adaptierung an unterschiedlichen Pipetten­ spitzentypen.

Bezugszeichenliste

 1 Kolbenstange
 2 Pipettengehäuse
 3 var. Anschlag
 4 Gegenanschlag
 5 Anschlag
 6 Rückstellfeder
 7 O-Ring
 8 Kolben
 9 Zylinder
11 Betätigungselement
12 Hülse
13 O-Ring
14 Pipettenspitze
15 Lager
16 Stellelement
17 Verstellhülse
18 Schubübertragungselement
19 Flüssigkeit
20 Luftpolster
21 Verdrängerkörper

Claims (18)

1. Hubkolbenpipette mit

• - mindestens einem Kolben (8), der dicht in einem Zylinder (9) gleitet, welcher eine Füll-/Ausstoßöffnung aufweist, an die mindestens eine Pipettenspitze (14) derart ansetzbar ist, daß bei Auf/Abwärtsbewegung des Kolbens (8) durch Veränderung des vom Kolben (8) und Zylinder (9) aufgespannten Volumens eine zum Befüllen und/oder Ent­ leeren der Pipettenspitze (14) dienende Pumpfunktion ausgeübt wird, wobei sich zwischen der in die Pipettenspitze (14) eingesaugten Flüssigkeit (19) und den Pipettenteilen, ausgenommen der Pipetten­ spitze (14), ein Luftpolster (20) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Luftpolsters (20) ge­ zielt an das einstellbare Pipettiervolumen anpaßbar ist.

2. Pipette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Volumen des Luftpolsters (20) durch gezielte Veränderung des in der Pipettenspitze (14) bzw. in den Pipettenspitzen befindlichen Luftpolster- Volumenanteils anpaßbar ist.

3. Pipette nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die Pipettenspitze (14) ein Verdränger­ körper (21) einführbar ist.

4. Pipette nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (21) nach Art eines Verdrängerkolbens in die Pipettenspitze(n) (14) einführbar ist.

5. Pipette nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Form eines in die Pipetten­ spitze(n) (14) einführbaren Verdrängerkörper­ teils an die Innenform der Pipettenspitze(n) (14) angepaßt ist, insbesondere einen kegel­ mantelförmigen Abschnitt aufweist.

6. Pipette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Luftpolstervolumens losgelöst von der Pipettiervolumeneinstellung durchführbar ist.

7. Pipette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellung des Luftpolstervolumens direkt an die Pipettiervolumeneinstellung ange­ koppelt ist.

8. Pipette nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen der Luftpolster­ volumeneinstellung und der Pipettiervolumenein­ stellung lösbar ist.

9. Pipette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (21) in Axialrichtung in die Pipettenspitze(n) (14) einschraubbar ist.

10. Pipette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (21) drehbar ist und sich seine Drehachse mit der Mittel-Längsachse der Pipettenspitze (14) deckt.

11. Pipette nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Drehachse des Verdrängerkörpers (21) mit der Mittel-Längsachse der Pipette deckt.

12. Pipette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängerkörper (21) durch eine rohr­ artige Verlängerung des Zylinders (9) gebildet wird und die Pipettenspitze (14) von einer axial relativ zur Verlängerung bewegbaren Hülse (12) getragen wird, die die Verlängerung umgreift.

13. Pipette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Verlängerung und der Hülse (12) ein Gewinde wirksam ist.

14. Pipette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung des Luftpolstervolumens an das Pipettiervolumen gemeinsam mit der Einstellung des Pipettiervolumens durch Verdrehung einer den Kolben (8) betätigenden Kolbenstange (1) er­ folgt.

15. Pipette nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kolbenstange (1) mit unrundem Quer­ schnitt drehfest aber axial verschiebbar ein Stellelement (16) mit einem Außengewinde ge­ lagert ist, auf dem eine Verstellhülse (17) mit einem Gegengewindeelement geführt ist, das dreh­ fest im Bezug auf das Gehäuse der Pipette ange­ ordnet ist und über mindestens ein Schubüber­ tragungselement (18) das die Pipettenspitze (14) tragende Gehäuseteil (Hülse 12) in Axial­ richtung verstellt.

16. Pipette nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Schubübertragungselement (18) aus mindestens einer Stange besteht, deren eines Ende an der Verstellhülse (17) und deren anderes Ende an dem die Pipettenspitze tragenden Gehäuseteil (Hülse 12) befestigt ist.

17. Pipette nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Länge des Schubübertragungs­ elementes (18) verstellbar ist.

18. Pipette nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verdrängerkörper und dem die Pipettenspitze tragenden Gehäuseteil mindestens ein Dichtungselement angeordnet ist.