DE60309000T2

DE60309000T2 - Automatische präzisionspipettiervorrichtung

Info

Publication number: DE60309000T2
Application number: DE2003609000
Authority: DE
Inventors: Khaled Abou-Saleh; Alain Rousseau
Original assignee: Stago Instruments SAS
Current assignee: Stago Instruments SAS
Priority date: 2002-02-25
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2023-02-14
Also published as: WO2003073108A1; RU2289820C2; RU2004128460A; ZA200407063B; CN101949948A; CN101949948B; DE60309000D1; NO20043974L; MXPA04008249A; TW200400354A; KR20040099284A; US7470402B2; DK1481252T3; CA2476043A1; ATE342513T1; PT1481252E; JP4088591B2; FR2836400A1; ES2274221T3; AU2003222905A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Präzisions-Pipettiervorrichtung mit Spülung der Pipette, wobei diese Vorrichtung den Wiederaufbau der Reagenzien ermöglicht und in einem Analyseautomat verwendbar ist.
Sie hat insbesondere das Ziel, eine derartige Vorrichtung zu schaffen, die eine modulare Struktur aufweist und womit es ermöglicht ist, sie bequem gemäß der Präzision und der erforderlichen Spezifikationen sowohl in Bezug auf die entnommenen Produktmengen in der Pipette als auch auf die benutzten Spülflüssigkeitsmengen anzupassen.
Im Allgemeinen ist bekannt, dass bereits zahlreiche Vorrichtungen vorgeschlagen wurden, womit es ermöglicht ist, Pipettier- und Spülzyklen auszuführen, insbesondere innerhalb einer automatischen Analysevorrichtung.
Üblicherweise werden in diesen Vorrichtungen mindestens zwei Motorantriebe eingeschaltet, wobei der eine zur Betätigung einer Dosierungsspritze dient, während der andere dem Drehantrieb einer Pumpe dient, die zur Injektion der Spülflüssigkeit bestimmt ist. Die für geringe Flüssigkeitsmengen vorgesehene Dosierungsspritze hat effektiv keine ausreichende Fähigkeit, um eine Spülung durchzuführen.
Diese Lösung ist somit verhältnismäßig kompliziert und teuer. Sie schaltet eine Pumpe ein, deren Motorantrieb in Bezug auf Energie kostspielig ist und deren Zerbrechlichkeit höher und die Lebensdauer geringer als die der Spritze ist. Die Zuverlässigkeit der Einheit entspricht nicht den Erwartungen. Nun soll eine derartige Vorrichtung ohne jegliche Instandhaltung während mindestens sieben Jahre im Rhythmus des Automaten, auf welchem sie benutzt wird, funktionieren. Im Falle eines solchen im Patent FR 2 779 827 beschriebenen Automaten beläuft sich dieser Rhythmus auf 60 Tests pro Stunde während mindestens zwei Stunden pro Tag und dieses während 220 Tage im Jahr (das heißt ungefähr 185 000 Tests).
Nun wird festgestellt, dass der Antriebsmechanismus der Spritze die Ursache eines Verschleißes ist, was auf die Dauer mehr und mehr an Bedeutung zunimmt. Dies ist vor allem der Fall, wenn dieser Mechanismus einen Elektromotor mit Übersetzungsgetriebe umfasst, der an den Schaft der Spritze gekoppelt ist mittels einer Vorrichtung zur Umwandlung der Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung des besagten Schaftes. Der Spielraum ist dann auf den Verschleiß der Verzahnungen der Ritzel und/oder Zahnstangen zurückzuführen, die sowohl im Getriebe als auch in der Umwandlungsvorrichtung benutzt werden.
Natürlich hängt die Präzision der Pipettiervorrichtung von diesem Spielraum ab, der in der Art einer Hysterese wirkt, um den Lauf des Schaftes der Spritze an deren zwei Enden zu begrenzen. Dieser Spielraum ergibt sich insbesondere bei jeder Wende der Drehrichtung des Motors. Es ist umso schädlicher für die Präzision der Vorrichtung, dass die numerischen Daten bezüglich der von der Pipette entnommenen Flüssigkeitsmengen von einem digitalen Codierer geliefert werden, der mit dem Motor ausstattet ist, und infolgedessen induziert das mechanische Spiel eine Abweichung zwischen dem Volumen, das nach den vom Codierer gelieferten Daten bestimmt wurde, und dem Volumen der tatsächlich entnommenen oder von der Pipette verdrängten Flüssigkeit.
Mit dem Ziel, eine Pipettiervorrichtung zu verwirklichen, deren Zuverlässigkeit und Lebensdauer gleichartig wie bei der Pipettierspritze ist, hat die Anmelderin außerdem eine Pipettiervorrichtung verwirklicht mit mindestens zwei Pumpeinheiten, welche je einen zylindrischen Hohlraum umfasst, in welcher eine Schaft-/Kolben-Einheit dicht gleitet, die mit dem Hohlraum eine Arbeitskammer abgrenzt, deren Volumen gemäß der axialen Position der Schaft-/Kolben-Einheit variiert.
Die Enden der zwei aus den beiden Hohlräumen herausragenden Schäfte/Kolben sind an ein Antriebsorgan gekoppelt, das durch einen gemeinsamen Motor angetrieben wird.
Die Arbeitskammer jeder Pumpeinheiten ist außerdem an einen Schaltkreis angeschlossen und umfasst in der Folge eine in eine Spülflüssigkeitsreserve mündende Leitung und zwei aufeinander folgende Magnetventile und einen eventuell biegsamen Schlauch, der an Pipettiervorrichtungen, zum Beispiel eine Nadel, angeschlossen ist.
Die größte Arbeitskammer ist nun an den Teil des Schaltkreises angeschlossen und stellt eine sichere Verbindung zwischen den beiden Magnetventilen her, während die andere Arbeitskammer an den Teil des Schaltkreises angeschlossen ist, der zwischen dem zweiten Magnetventil und den Pipettiervorrichtungen liegt.
Diese Vorrichtung umfasst außerdem Steuervorrichtungen des Motors und Magnetventile, die so konzipiert sind, um einen sicheren Zyklus herzustellen, der mindestens folgendes umfasst:

– eine Pipettierphase, in welcher das erste Magnetventil geöffnet und das zweite Magnetventil geschlossen ist und der Motor die beiden Schaft-/Kolben-Einheiten in Bewegung versetzt, um das Volumen der beiden Arbeitskammern zu erhöhen, wobei die Volumenerhöhung der kleinen Kammer die Ansaugung der zu analysierenden Flüssigkeit oder Reagenzien in den Pipettiervorrichtungen bewirkt, während die Zunahme des Volumens der großen Kammer die Ansaugung der Spülflüssigkeit in dieser Kammer bewirkt,
– eine Entladungsphase, in welcher sich die beiden Magnetventile in demselben Zustand wie bei der Pipettierphase befinden, wobei das Motorisierungssystem dann einwirkt, um eine Reduzierung des Volumens der besagten Arbeitskammern und einen Abfluss der zu analysierenden Flüssigkeit oder Reagenzien zu bewirken,
– eine Spülphase, in welcher das erste Magnetventil geschlossen ist, während das zweite geöffnet ist; das Motorisierungssystem setzt die beiden Schaft-/Kolben-Einheiten in Bewegung, um das Volumen der beiden Arbeitskammern zu mindern, die die Spülflüssigkeit ausstoßen und die sie für die Pipettiervorrichtungen enthalten.

Um die auf die mechanischen Spielräume zurückzuführenden Nachteile zu beheben, sieht die Erfindung ein zusätzliches Magnetventil vor, das im Schaltkreis angeordnet ist, wobei die zweite Pumpeinheit mit der Pipette verbunden wird und die Öffnung dieses Magnetventils nicht erfolgt, um die Entnahmephase und/oder die Entladungsphase nur dann auszuführen, wenn die Schaft-/Kolben-Einheiten in einer oder in der anderen Richtung laufen, nach den vorübergehenden Ingangsetzungs- oder Wendephasen und/oder den vorübergehenden Haltephasen.
Mit diesen Maßnahmen wird sichergestellt, dass die Verzahnungen der Ritzel und der Zahnstange der kinematischen Kette, die einander eingreifen, fest gegeneinander abgestützt sind und dass sich das mechanische Spiel (falls vorhanden) nicht während dieser Perioden zeigt.
Natürlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Zahl n von Pumpeinheiten umfassen, wobei die Schaft-/Kolben-Einheiten an dasselbe Antriebsorgan angeschlossen sind und deren Arbeitskammern entsprechend an einen Schaltkreis angeschlossen sind, der eine Zahl n einer in Reihe angeordneten, an die Teile des Schaltkreises angeschlossenen Magnetventile umfasst, die sichere Verbindungen zwischen den Magnetventilen herstellen, was die ersten n – 1 Magnetventile und die Arbeitskammer des n-ten Magnetventils mit kleinen Abmessungen anbelangt, wobei dieses diesbezüglich an die Pipettiervorrichtungen über einen Schaltkreis an ein n + 1tes Magnetventil angeschlossen ist. Die besagten Steuervorrichtungen sind dann so konzipiert, dass sich in den besagten Phasen eine bestimmte Zahl i von Magnetventilen in geschlossenem Zustand befinden, während sich die anderen Magnetventile, sei es eine Zahl n – i, in geöffnetem Zustand befinden.
Vorteilhaft kann die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Vielzahl von Modulen mit je einer Pumpeinheit obengenannter Art umfassen, deren Arbeitskammer mit einem Teil des Schaltkreises verbunden ist, der ein Magnetventil einschließt. Dieser Teil des Schaltkreises umfasst dann an jedem seiner Enden Vorrichtungen zum Anschluss an den Teil des Schaltkreises eines anderen Moduls und/oder an die in den Spülflüssigkeits-Reservebehälter führende Leitung und/oder in den an die Pipettiervorrichtungen angeschlossenen Schlauch. Die Kopplungselemente zwischen dem Motorisierungssystem und den Schaft-/Kolben-Einheiten sind so konzipiert, um die Kopplung der Zahl der erwünschten Module zu gestatten.
Die Ausführungsarten der Erfindung werden im Folgenden als nicht einschränkende Beispiele beschrieben, mit Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in welchen:
1 ist ein Prinzipschema einer erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung, in der zwei Spritzen benutzt werden;
2 ist ein Chronogramm einer vollständigen Betriebssequenz der in 1 dargestellten Pipettiervorrichtung;
3 ist das Chronogramm einer vereinfachten Variante einer Betriebssequenz der in 1 dargestellten Pipettiervorrichtung;
4 ist eine im schematischen Schnitt dargestellte Ansicht eines Ausführungsmodus der in 1 dargestellten Vorrichtung;
5 ist eine perspektive Explosionsdarstellung des in 4 veranschaulichten Ausführungsmodus;
6 ist eine Perspektivansicht der Vorrichtung von 5 im zusammengebauten Zustand;
7 ist ein schematischer Schnitt einer in einer erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung verwendbaren modularen Pumpeinheit;
8 ist eine schematische Darstellung der Pumpeinheit von 6.
In dem in 1 dargestellten Beispiel umfasst die Pipettiervorrichtung zwei Pumpeinheiten 1, 2, die je einen zylindrischen Körper C, C' umfassen, in welchem sich ein Kolben P, P' verschiebt, der mit einem Boden F, F' eine Arbeitskammer veränderlichen Volumens abgrenzt.
Dieser Kolben ist mit einem Schaft T, T' verbunden, der auf der dem Boden F gegenüberliegenden Seite aus dem Körper herausragt, und der an ein Vorschubantriebs-Mechanismus gekoppelt ist, unter Einschaltung von:

– einem Kopplungsteil AC, an welches die Schäfte T und T' befestigt werden (es besteht ein Spielraum zwischen den Schäften T, T' und des Kopplungsteils AC zur Behebung der Parallelitätsdefekte),
– eine mit dem Kopplungsteil AC kraftschlüssig verbundene Zahnstange CR, die parallel zur Achse der zylindrischen Körper C, C' verläuft,
– ein durch einen Schrittmotor MP angetriebener Ritzel PN, der in die Zahnstange CR eingreift.

Der Boden jedes Körpers C, C' ist mit einer Leitung CO, CO' versehen, wobei die entsprechende Arbeitskammer mit einem Schaltkreis kommuniziert, der in Reihe angeordnet folgendes umfasst: eine Leitung CP₁, die in eine Spülflüssigkeitsreserve RL führt, sowie drei aufeinander folgende Magnetventile EV₁, EV₂ und EV₃ und ein biegsamer Schlauch TS, wobei das Magnetventil EV₃ an eine bewegliche Pipettiernadel AP angeschlossen wird.
Diese Nadel AP wird so betätigt, um in verschiedene Behälter eingreifen zu können, wie zum Beispiel einen eine Probe oder eine Reagenz PR enthaltender Reservebehälter RE, einen Analyse-Behälter RA und einen Spülschacht.
In einer präziseren Art ist die Leitung CO an den Schaltkreis angeschlossen, wobei die Magnetventile EV₁, EV₂ verbunden werden. Die Leitung CO' führt ihrerseits in die Portion des Schaltkreises hinein und stellt die sichere Verbindung zwischen dem Magnetventil EV₂ und dem Magnetventil EV₃ her.
Die Steuerung der Magnetventile EV₁, EV₂, EV₃ und des Motors MP wird über einen Mikrocontroller MC, einen optischen Sensor, der die Position "Null" des Systems bringt, sicher hergestellt.
Der Betrieb der vorher erwähnten Pipettiervorrichtung wird im Folgenden bezüglich des Chronogramms von 2 beschrieben.
Gemäß diesem Chronogramm greift die Nadel AP im Anfangszustand in den Reservebehälter RE ein, die Magnetventile EV₁, EV₂ befinden sich in geöffneter Position, während sich das Magnetventil EV₃ in geschlossener Position befindet. Der Motor MP ist im Stillstand, wobei sich die Kolben in Ruhestellung (Position 0) befinden. Die beiden Arbeitskammern der Pumpeinheiten 1, 2 sind mit Spülflüssigkeit gefüllt.
Im Laufe einer vor der Pipettierphase vorübergehenden Phase wird der Motor MP unter Rotation in negativer Richtung angetrieben, um die beiden Kolben P, P' nach unten anzutreiben. Diese Verschiebung bewirkt eine Ansaugung der Spülflüssigkeit in den beiden Arbeitskammern. Das Vorliegen des Spielraums in der kinematischen Kette (die eine leichte Verlagerung in der Ansaugung bewirkt) hat keine Auswirkung auf den Betrieb der Vorrichtung.
Die Pipettierphase wird erreicht, indem das Magnetventil EV₂ geschlossen und das Magnetventil EV₃ geöffnet wird. In diesem Fall bewirkt der Kolben P' eine Ansaugung der im Reservebehälter RE, in der Nadel AP und in einem Teil des biegsamen Schlauchs TS enthaltenen Flüssigkeit, während der Kolben P die im Reservebehälter RL enthaltene Spülflüssigkeit ansaugt.
Am Pipettierende läuft die Vorrichtung eine zweite vorübergehende Phase durch, die durch das Schließen des Magnetventils EV₃ und die Öffnung des Magnetventils EV₂ markiert ist, so dass das Pipettieren beendet ist, während der Motor, der sich weiterhin dreht, die Ansaugung der aus dem Behälter RL stammenden Spülflüssigkeit durch die beiden Kammern bewirkt. Am Ende dieser zweiten vorübergehenden Phase wird der Motor MP angehalten und die Nadel AP wird zum Beispiel verschoben, um oberhalb des Analyse-Behälters RA angeordnet zu werden.
Nachdem diese Position erreicht ist, beginnt die Vorrichtung eine dritte vorübergehende Phase, in welcher sich der Motor MP in umgekehrter Richtung dreht (positive Richtung), um die Kolben P, P' in Richtung ihrer Ruhepositionen (Position 0) anzutreiben. Im Verlaufe dieser vorübergehenden Phase bleibt das Magnetventil EV₃ geschlossen, während die Magnetventile EV₁ und EV₂ geöffnet sind, um eine Entladung der Spülflüssigkeit in den Behälter RL zu gestatten.
Die Entladungsphase wird nun begonnen, indem das Magnetventil EV₃ geöffnet und das Magnetventil EV₂ geschlossen wird, wobei das Magnetventil EV₁ geöffnet bleibt. Im Verlaufe dieser Phase befördert der Kolben P' die vorher in der Nadel AP entnommenen Flüssigkeit in den Behälter RA hinein, während der Kolben P die Spülflüssigkeit in den Behälter RL befördert.
Die Entladungsphase endet mit dem Schließen des Magnetventils EV₃ und durch die Öffnung des Magnetventils EV₂, bleibt das Magnetventil EV₁ geöffnet.
Der Motor dreht sich während einer vierten vorübergehenden Phase weiter und wird dann angehalten.
Die Vorrichtung beginnt nun eine Phase, im Verlauf derer die Nadel AP zur rechten Seite des Spülschachts geführt wird, um die Ausführung einer Spülphase zu gestatten.
Zu Beginn dieser neuen Phase ist das Magnetventil EV₁ geschlossen, während die Magnetventile EV₂ und EV₃ geöffnet sind. Der Motor MP wird betätigt, um die in den beiden Spritzen enthaltene Spülflüssigkeit in Richtung Pipettiernadel zu fördern.
Diese Entladung erfolgt in der Tat in mehreren Lagern, die je einem oder mehreren Gängen des Motors MP entsprechen.
Nachdem die Spülphase erfolgt ist, beginnt die Vorrichtung eine Rückkehr-Phase auf Null mit der Einfüllung der Spülflüssigkeit in die Kammern. Hierzu sind die Magnetventile EV₁ und EV₂ geöffnet, während das Magnetventil EV₃ geschlossen ist. Der Motor dreht sich in umgekehrter Richtung (negative Richtung), um die Kolben leicht über die Ruhestellung (Position 0) aufzurufen, indem die aus dem Behälter RL stammende Spülflüssigkeit angesaugt wird.
Die Vorrichtung geht danach zu einer Luftablassungsphase der Nadel AP über, indem die Magnetventile EV₂ und EV₃ geöffnet und das Magnetventil EV₁ geschlossen werden und indem der Motor MP in positiver Richtung gedreht wird, um eine Entladung der Spülflüssigkeit zur Pipettiernadel AP hervorzurufen und die Kolben und TP₂ in Ruhestellung zu bringen.
Nachdem diese Luftablassphase erfolgt ist, kehrt die Vorrichtung in die Ruhestellung zurück. Das Magnetventil EV₃ ist nun geschlossen, während die Magnetventile EV₁ und EV₂ geöffnet sind.
Die Vorrichtung ist dann bereit, einen neuen Arbeitszyklus durchzuführen.
In der in 3 veranschaulichten vereinfachten Sequenz sind die Magnetventile EV₁ und EV₃ im Eingangszustand geöffnet, während das Magnetventil EV₂ geschlossen ist. In der Tat handelt es sich um Ruhepositionen (nicht erregter Zustand) dieser Magnetventile. Der Motor ist am Anhalten und seine winkelförmige Position liegt leicht unter ihrer Null-Position.
Von diesem Anfangszustand wird der Motor unter Rotation in negativer Richtung angetrieben, so dass der Kolben P' eine Ansaugung in der Pipette (Pipettieren einer Luftblase) bewirkt, während der Kolben P' eine Ansaugung der im Reservebehälter RL bestehenden Spülflüssigkeit bewirkt.
Die Pipette greift nun in die Reserve von Reagenzien ein, während die Rotation des Motors in negativer Richtung beschleunigt wird. Man erhält nun eine Pipettierphase, die während einer vorgegebenen Dauer verfolgt wird, im Verlauf derer die Reagenz in der Pipette durch die Betätigung des Kolbens P' angesaugt wird. Diese Pipettierphase endet mit dem Anhalten des Motors und durch das Schließen des Magnetventils EV₃ dann 30 ms später des Magnetventils EV₂. Der Motor beginnt eine vorübergehende Drehrichtungswendephase einer verhältnismäßig kurzen Dauer.
Die durch die Kolben beförderte Spülflüssigkeit kehrt nun zum Reservebehälter RL zurück.
Nachdem der Spielraumausgleich beendet ist, wird das Magnetventil EV₂ geschlossen und 30 ms später das Magnetventil EV₃ geöffnet.
Die Pipette wird dann verschoben, um zur rechten Seite des Analysebehälters RA geführt zu werden. Sobald diese Position erreicht ist, beginnt die Vorrichtung eine Entladungsphase des Produkts in den Analysebehälter RA, wobei die Rotation des Motors in positiver Richtung beschleunigt wird.
Diese Entladungsphase endet mit dem Anhalten des Motors.
Die Pipette wird dann zur rechten Seite des Spülschachts geführt, während eine Kontrolle der Null-Position des Motors durchgeführt wird.
Der Motor wird danach in positiver Richtung angetrieben, um die in der Pipette enthaltene Flüssigkeit in den Schacht abzufördern.
Die Vorrichtung beginnt danach eine Spülphase, in welcher die Magnetventile EV₂ und EV₃ geöffnet werden, während das Magnetventil EV₁ geschlossen ist.
Im Laufe dieser Phase führt der Motor eine Folge von Rotationsbewegungen in positiver Richtung durch, um eine Entladung in mehrere Lager, die je einem oder mehreren Motorgängen entsprechen, zu erreichen.
Am Ende der Spülung ist das Magnetventil EV₃ geschlossen, während die Magnetventile EV₁ und EV₂ geöffnet sind. Der Motor wird unter Rotation in der negativen Richtung angetrieben, um eine Spülflüssigkeitsansaugung durch die Kolben P und P' zu bewirken. Diese Phase wird verfolgt bis die Position des Motors leicht unterhalb des Niveaus Null liegt.
Diese Vorrichtung beginnt dann eine Nullkontrollphase, im Verlaufe derer der Motor unter Rotation in der positiven Richtung angetrieben wird, bis die Position Null erfasst wird.
Das Magnetventil EV₁ wird dann wieder geschlossen und der Motor wird unter Rotation in negativer Richtung angetrieben, bis dieser Motor wieder zu einer Position gelangt, die leicht unter dem Niveau Null (Spielraumausgleich) liegt.
Der Zyklus ist nun beendet und die Vorrichtung kehrt in den Eingangszustand zurück, wobei die Magnetventile EV₁ und EV₃ geöffnet und das Magnetventil EV₂ geschlossen sind und der Motor MP am Anhalten ist.
Vorteilhaft kann die vorher beschriebene Vorrichtung so bemessen sein, um mit dem derzeit benutzten Analyseautomaten vereinbar zu sein.
Als Beispiel, in dieser Vorrichtung, die in einem solchen Automaten benutzt wird, der im Patent FR 2 779 827 beschrieben ist:

– kann das mindeste zu pipettierende Volumen gleich 5 μl sein, wobei das Höchstvolumen gleich 250 μl beträgt, (wobei dieses Volumen bestimmt wird, indem die Zahl der Motorgänge nach den Ansaug- und Überlappungsphasen geregelt wird),
– zur Wiederaufbaufunktion der Reagenzien kann das maximale zu pipettierende Volumen gleich 8 ml sein,
– der Startdurchsatz kann zwischen 24,4 μl/s oder 73,2 μl/s liegen, wobei der hohe Durchsatz bei ungefähr 366 μl/s liegt,
– die Vorrichtung kann gleichzeitig 10 aufeinander folgende Reinigungsgänge mit einem Volumen von 150 μl mit einer Dauer von 100 ms pro Spülgang durchführen, wobei der Druck der Spüllager von 3 bar sein kann,
– der benutzte Motor MP kann aus einem Elektroschrittmotor mit Übersetzungsgetriebe bestehen, der 200 Gänge pro Drehung umfasst,
– der Durchmesser des Kolbens des Körpers der Pipettiereinheit 1 kann gleich 14 mm sein, während der Durchmesser des Kolbens des Körpers der Pipettiereinheit 2 von 3 mm sein kann,
– die Länge der beiden Ausnehmungen kann 55 mm betragen.

In dem in den 4, 5 und 6 veranschaulichten Beispiel sind die Körper der beiden Pipettiereinheiten 1, 2 in demselben Block BL aus Kunststoffmaterial, zum Beispiel aus Plexiglas (Schutzmarke), mit einer im wesentlichen quaderförmigen Form, integriert.
Dieser Körper umfasst zwei parallel zur senkrechten Symmetrieachse des Blockes liegende Ausnehmungen AL₁ und AL₂, die auf dem Niveau der unteren Seite des Blocks nach außen auslaufen. In deren Oberteilen enden diese beiden Ausnehmungen durch je zwei konische Abschnitte PC₁, PC₂, die auf einem vorbestimmen Abstand von der oberen Seite liegen.
Im Volumen zwischen den beiden Ausnehmungen AL₁, AL₂ ist ein Hohlraum CA vorgesehen, der auf der unteren Seite und auf der Vorderseite ausläuft, sowie ein senkrechter Durchgang PV, der zwischen der Oberseite des Hohlraums CA und der Oberseite des Blocks verläuft.
Auf der unteren Seite des Blocks ist ein Unterteil EM befestigt, das zwei senkrechte Querdurchgänge umfasst, in denen zwei abgedichtete Schaft/Kolben TP₁, TP₂, zum Beispiel aus rostfreiem Stahl, gleitend montiert sind und jeweils in die Ausnehmungen AL₁, AL₂ eingreifen, wobei hier die gleitende Abdichtung mit Hilfe von dynamischen Dichtungen erhalten wird.
Die oberen Enden dieser Schaft/Kolben sind konisch, während deren untere Enden je zwei Rillen umfassen, wodurch deren lösbare Befestigung an den Enden des waagrechten Armes eines Antriebsteils PA in Form eines umgekehrten T ermöglicht ist.
Der senkrechte Arm dieses Antriebsteils PA ist am unteren Ende einer senkrecht beweglichen Schiene RV befestigt, der in den Hohlraum durch eine Öffnung, die im Unterteil vorgesehen ist, und dann durch den Durchgang PV führt.
Diese Schiene RV trägt eine Zahnstange CR, auf welche ein Ritzel PN eingreift, der durch einen Elektromotor mit Übersetzungsgetriebe (Block in unterbrochenen Punkten MP) angetrieben wird und der im Hohlraum untergebracht ist.
Außerdem sind drei Magnetventile EV₁, EV₂, EV₃ auf der vorderen Seite des Körpers montiert, in Verbindung mit den im Block B erstellten Leitungen, gemäß dem in 1 dargestellten Schaltkreis.
Eine optische Abzweigung FO ist außerdem vorgesehen, um die Ermittlung der "Null"-Position der Schiene RV durchzuführen.
Der Betrieb dieser Vorrichtung ist identisch mit dem vorher beschriebenen und wird somit nicht neu erwähnt.
Nichtsdestoweniger erweist es sich, dass diese Lösung besonders vorteilhaft ist, aufgrund ihrer Dichtheit, ihrer leichten Integration, ihrer Fähigkeit, die Blasen wegen der konischen Formen zu beseitigen, ihrer Präzision, die von der des Schaftes/Kolbens TP₁, TP₂, die mit einer sehr hohen Präzision bearbeitbar sind, und von deren Zuverlässigkeit abhängt.
Insbesondere ist die Beseitigung der Blasen auf die konischen Formen des Schaftes/Kolbens TP₁, TP₂ und die zylindrischen Ausnehmungen AL₁, AL₂ sowie auf den Oberflächenzustand dieser Elemente zurückzuführen. Außerdem ist der Durchgang der Blasen erleichtert aufgrund der Tatsache, dass die konische Form PC₁ der zylindrischen Ausnehmung AL₂ kleineren Durchmessers direkt mit der Leitung verbunden ist, die an die Pipettiervorrichtungen AP angeschlossen ist.
Natürlich ist die Erfindung nicht auf eine solche Lösung eingeschränkt.
Sie schlägt ebenfalls eine modulare Vorrichtung vor und setzt hier Pumpmodule ein, wobei die einen mit den anderen, wie in den 7 und 8 angegeben, zusammengebaut werden können.
In diesem Beispiel umfasst jedes Modul M₁ bis M₄ einen zylindrischen Hohlraum CC₁, CC₂, in welchem ein Schaft/Kolben TP'₁, TP'₂ dicht gleiten kann, der durch ein gemeinsames Motorisierungssystem (Block MO) für alle Schäfte/Kolben TP'₁, TP'₂ angetrieben wird.
Dieses Modul umfasst einen Körper, der zwei parallele Zusammenbauseiten FA₁, FA₂ aufweist, in welche eine Querleitung CT in Verbindung mit dem zylindrischen Hohlraum CC₁ führt, und wobei eine Portion durch ein Nadelventil verschließbar ist, das von einem Elektromagneten betätigt wird (die Einheit bildet ein Magnetventil EV'₁).
Auf der Ebene der Zusammenbauseiten sind die Öffnungen dieser Leitung CT mit Anschlussvorrichtungen ausgestattet, wodurch ein sicherer dichter Anschluss der Leitungsstränge CT mehrerer Module ermöglicht ist, wenn letztere durch deren Zusammenbauseiten zusammengebaut und in dieser Position, zum Beispiel durch Zugstangen TR, befestigt sind.
Analog zur vorangehenden Art wird die durch den Anschluss der verschiedenen Querleitungen CT erhaltene Leitung einerseits an den Spülflüssigkeitsbehälter RL und andererseits an eine Pipettiernadel AP über ein Magnetventil EV'₃ angeschlossen.
Die Magnetventile EV'₁, EV'₂ und EV'₃ sowie das Motorisierungssystem MO sind, was diese anbetrifft, an einen Steuerschaltkreis mit Mikroprozessor MC angeschlossen.
Außerdem umfasst jeder der Module M₁ bis M₄ außerdem eine Leitung CP in Verbindung mit dem zylindrischen Hohlraum CC₁ und der auf der Oberseite des Moduls durch eine Öffnung führt, die einen parallelen Ausgang SP bildet. Diese Leitung CP ist durch ein von einem Elektromagneten gesteuertes Nadelventil verschließbar, wobei die Einheit ein Magnetventil EV'₂ ähnlich wie die Magnetventile EV'₁ bildet und die durch den Steuerschaltkreis gesteuert wird.
Diese parallelen Ausgänge SP können an die Pipettiernadel AP über einen gemeinsamen Kollektor angeschlossen sein.
Es ist eindeutig, dass diese modulare Struktur den Vorteil einer sehr großen Flexibilität hat und sich an sehr zahlreiche Situationen anpassen kann, indem die Zahl der Module variiert werden kann, indem Module gewählt werden, die Hohlräume mit geeignetem Durchmesser aufweisen und die Module wieder eingruppiert werden, deren Magnetventile dieselben Zustände aufweisen und wobei die Ausgänge gewählt werden, die den Funktionen, die man ausführen will, am besten angepasst sind usw... Natürlich kann diese Auswahl durch ein über den Steuerschaltkreis MC implementiertes Programm gesichert sein.

Claims

Automatische Präzisions-Pipettiervorrichtung mit Spülung der Pipette, wobei diese Vorrichtung mindestens zwei Pumpeinheiten verschiedener Kapazitäten umfasst, mit je einem zylindrischen Hohlraum (AL₁, AL₂) an dessen Innenseite sich eine Schaft-/Kolben-Anordnung (TP₁, TP₂) bewegt, die mit besagtem Hohlraum eine Arbeitskammer abgrenzt, deren Volumen in Funktion der axialen Position der Schaft-/Kolben-Anordnung (TP₁, TP₂) die Enden der Schaft-/Kolben-Anordnung (TP₁, TP₂) variiert, die aus den beiden Hohlräumen herausragen und an ein über einen gemeinsamen Motor (MO und MP) in Rotation angetriebenes Antriebsorgan angekoppelt sind, wobei die Arbeitskammer jeder Pumpeinheiten (1, 2) an ein Leitungsrohr angeschlossen ist und dann eine in eine Spülflüssigkeitsreserve (RL) mündende Leitung umfasst, wobei zwei aufeinanderfolgende Magnetventile (EV₁, EV₂) und ein Teil des Leitungsrohrs das zweite Magnetventil (EV₂) mit Pipettierinstrumenten (AP) verbindet, wobei die größte Arbeitskammer mit dem Leitungsteil verbunden ist, welches die Verbindung zwischen den beiden Magnetventilen (EV₁, EV₂) sichert, da die zweite Arbeitskammer mit dem besagten Leitungsteil mittels eines Anschlusses verbunden ist, gekennzeichnet dadurch, dass dieses Leitungsteil ein Magnetventil (EV₃) umfasst, das zwischen besagtem Anschluss und besagten Pipettierinstrumenten liegt, wobei besagte Magnetventile und besagter Motor über Steuerelemente angesteuert werden, die so ausgebildet sind, um einen Pipettierzyklus mit mindestens einer Ansaugsequenz zu erreichen, in welcher sich der Motor kontinuierlich in negativer Richtung dreht, um eine Ansaugung der Spülflüssigkeit in den zwei Kammern zu bewirken, wobei diese Sequenz mindestens folgende aufeinanderfolgende Stufen umfassen: – Eine Übergangsstufe, in welcher sich das erste Magnetventil (EV₁) in geöffneter Position befindet, – eine Probeentnahmestufe, in welcher das zweite Magnetventil (EV₂) geschlossen und das dritte Magnetventil (EV₃) geöffnet sind, – eine Probeendentnahmestufe, die das Schließen des dritten Magnetventils (E°V₃) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die zwei ersten Magnetventile (EV₁, EV₂) während des besagten Pipettierzyklus nach der besagten Übergangsstufe geöffnet sind, während das dritte Magnetventil (EV₃) sich in geschlossener Position befindet und das dritte Magnetventil (EV₃) nach der besagten Endmusterentnahmestufe geschlossen ist und das zweite Magnetventil (EV₂) geöffnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, dass besagter Pipettierzyklus eine Entladungssequenz umfasst, in welcher sich der Motor in positiver Richtung dreht, um eine Entladung der Spülflüssigkeit in die beiden Kammern zu bewirken, wobei diese Sequenz folgende aufeinanderfolgende Stufen umfasst: – eine Übergangsstufe, in welcher das dritte Magnetventil (EV₃) geschlossen ist, während die zwei ersten Magnetventil (EV₁, EV₂) geöffnet sind, um eine Entladung der in den Kammern enthaltenen Spülflüssigkeit in den Behälter (RL) zu gestatten. – eine Entladungsphase, in welcher das dritte Magnetventil (EV₃) geöffnet ist, während das zweite Magnetventil (EV₂) geschlossen ist, wobei das erste Magnetventil (EV₁) geöffnet bleibt, um die Entladung des Produktes in den Analysebehälter zu gestatten, wobei eine Endentladungsstufe das Schließen des dritten Magnetventils (EV₃) und das Öffnen des zweiten Magnetventils (EV₂) umfasst, wobei das Magnetventil (EV₁) geöffnet bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet dadurch, dass besagter Pipettierzyklus eine Spülstufe umfasst, im Verlaufe derer das erste Magnetventil (EV₁) geschlossen ist, während das zweite und dritte Magnetventil (EV₂ und EV₃) geöffnet sind, wobei der Motor (MP) schrittweise betätigt ist, um die in den beiden Spritzen enthaltene Spülflüssigkeit in Richtung der Pipettierinstrumente zu entladen.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet dadurch, dass der besagte Pipettierzyklus eine Rückkehrphase auf Null umfasst, mit der Füllung der Kammern mit der Spülflüssigkeit, wobei die zwei ersten Absperrschieber (EV₁, EV₂) geöffnet sind, während der dritte Absperrschieber (EV₃) geschlossen ist, sich der Motor in der negativen Richtung dreht, um die Kolben darunter von der Null-Position abzurufen, dann eine Luftabfuhrphase der Pipettierinstrumente, indem das zweite und dritte Magnetventil (EV₂ und EV₃) öffnet und das erste Magnetventil (EV₁) schließt und sich der Motor in positiver Richtung dreht, so dass dieser eine Entladung der Spülflüssigkeit in die Pipettierinstrumente (AP) bewirkt und die Kolben (TP₁, TP₂) in die Ruhestellung bringt, wobei das dritte Magnetventil (EV₃) danach geschlossen ist, während die ersten Magnetventile (EV₁ und EV₂) geöffnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass das zweite und dritte Magnetventil (EV₁, EV₃) während des besagten Pipettierzyklus nach der besagten Übergangsphase geöffnet sind und das zweite Magnetventil (EV₂) geschlossen ist, dass das Magnetventil nach der besagten Probenendentnahmephase EV₃ geschlossen ist und der Motor eine Übergangsphase der Drehrichtungswende einleitet.
Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, dass der besagte Pipettierzyklus eine Entladungssequenz umfasst, einerseits mit einer Entladung der Spülflüssigkeit in beide Kammern und, andererseits mit einer Entladung der Probe in den Analysebehälter, wobei diese Sequenz folgende aufeinanderfolgende Phasen umfasst: – eine Phase, in der das erste und zweite Magnetventil (EV₁, EV₂) geöffnet sind und das dritte Magnetventil (EV₃) geschlossen ist, um eine Entladung der in den Kammern enthaltenen Spülflüssigkeit in den Behälter (RL) zu gestatten, – eine Spaltausgleichs-Übergangsphase, in welcher das zweite Magnetventil (EV₂) geschlossen ist, das erste Magnetventil (EV₁) geöffnet bleibt und das dritte Magnetventil geschlossen ist, – eine Phase, in welcher das dritte Magnetventil (EV₃) geöffnet ist, während das erste Magnetventil (EV₁) geöffnet und das zweite Magnetventil (EV₂) geschlossen bleibt, um zu gestatten, das Produkt in den Analysebehälter (RA) zu entladen, – eine Kontrollphase der Null-Position des Motors.
Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass der besagte Pipettierzyklus eine Spülsequenz umfasst, im Verlauf derer die in der Pipette enthaltene Flüssigkeit in den Spülschacht entladen wird, dass das zweite und das dritte Magnetventil (EV₂, EV₃) geöffnet sind, während das erste Magnetventil (EV₁) geschlossen ist, der Motor schrittweise angetrieben wird, so dass eine Entladung in mehrere Kammern bewirkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass besagter Pipettierzyklus eine Rücklaufphase in den Anfangszustand umfasst, die folgendes einschließt: – Befüllung der Kammern mit der Spülflüssigkeit, wobei das erste und zweite Magnetventil (EV₁, EV₂) geöffnet sind und das dritte Magnetventil (EV₃) geschlossen ist, sich der Motor in negativer Richtung dreht bis er eine Position fast unterhalb des Nullniveaus erreicht, – eine Nullkontrollphase, im Verlaufe derer der Motor in positiver Richtung unter Rotation angetrieben wird, bis die Nullposition ermittelt wird, – eine Spaltausgleichsphase, in welcher das erste Magnetventil (EV₁) geschlossen ist und der Motor unter Rotation in negativer Richtung angetrieben wird, bis dieser wieder in eine Position fast unterhalb der Null-Ebene zurückkehrt, – eine Rücklaufendphase in den Anfangszustand, in welchem das erste und dritte Magnetventil (EV₁, EV₃) geöffnet sind, während das zweite Magnetventil (EV₂) geschlossen ist, wobei der Motor kurz vor dem Anhalten ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die zylindrischen Hohlräume (AL₁, AL₂) der beiden Pumpeinheiten (1, 2) in demselben Materialblock (B) verwirklicht sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass besagter Hydrauikantrieb einen Motor (MP) umfasst, der einen Ritzel (PN) antreibt, der kraftschlüssig in die Zahnführung (CR) des besagten Antriebsorgans eingreift.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass die oberen Enden der zylindrischen Hohlräume (AL₁, AL₂) und der Schaft-/Kolben-Anordnung (TP₁, TP₂) konisch sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet dadurch, dass die konische Form (PC₁) des kleinsten zylindrischen Hohlraums (AL₁) direkt mit der an die Pipettierinstrumente (AP) angeschlossenen Leitung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass die besagten Pumpeinheiten aus Modulen (M₁ bis M₄) mit je einem Körper bestehen, der zwei parallele Verbindungsseiten (FA₁, FA₂) aufweist, in welche eine Querleitung (CT) mündet in Verbindung mit dem besagten zylindrischen Hohlraum (CC₁, CC₂) und wo eine Portion durch ein Magnetventil (EV₁) absperrbar ist, wobei die Öffnungen der genannten Leitung mit Verbindungsmitteln versehen sind, wodurch es möglich ist, einen dichten Anschluss mit einer einem anderen Modul (M₁ bis M₄) entsprechenden Öffnung zu sichern, da die beiden Module miteinander durch ihre Verbindungsseiten verbunden sind und in dieser Position mit Hilfe von Befestigungsmitteln (TR) befestigt werden, wobei besagte Öffnungen außerdem entweder mit der Spülflüssigkeits-Einlassleitung oder mit der an die Pipettierinstrumente angeschlossenen Leitung (AP) verbunden werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 14, gekennzeichnet dadurch, dass jeder der Module (M₁ bis M₄) eine Leitung (CP) umfasst, die mit der zylindrischen Ausnehmung (CC₁) verbunden ist und nach außen hin durch eine Öffnung mündet und so einen parallelen Ausgang (SP) bildet, wobei besagte Leitung (CC₁) durch ein Magnetventil (EV₂) verschließbar ist.
Vorrichtung gemäß einer der vorangehenden Patentansprüchen, gekennzeichnet dadurch, dass besagte Magnetventile (EV₁, EV₂–EV'₁, EV'₂) und besagter Hydraulikantrieb (MO und MP) über einen Prozessor (MC) gesteuert werden, um somit Informationen über die Position der Schaft-/Kolben-Anordnung (TP₁, TP₂–TP'₁, TP'₂) zu empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet dadurch, dass die besagten Informationen mittels einer der besagten Zahnführung (CR) zugeordneten optischen Abzweigung verbunden erhalten werden.