DE69400052T2

DE69400052T2 - Mikrodosierverfahren für Flüssigkeiten zur Erzielung nanovolumetrischer Lösungen

Info

Publication number: DE69400052T2
Application number: DE69400052T
Authority: DE
Inventors: Bruno Colin
Original assignee: Biomerieux SA
Current assignee: Biomerieux SA
Priority date: 1993-07-28
Filing date: 1994-07-28
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2014-07-29
Also published as: CA2128971A1; EP0636874A1; CA2128971C; EP0636874B1; FR2708341A1; DK0636874T3; FR2708341B1; ES2082666T3; DE69400052D1; US5594183A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Dosieren, d.h. das Entnehmen und anschließend das Freisetzen einer vorbestimmten oder kontrollierten Menge einer Flüssigkeit oder eines Fluids. Genauer gesagt beschäftigt sich die Erfindung mit der Mikrodosierung einer Flüssigkeit, d.h. mit der Entnahme und anschließend der Freisetzung von Mikromengen, beispielsweise Volumina im Bereich von einigen Mikrolitern oder von einigen Bruchteilen von Mikrolitern einer Flüssigkeit.
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung, um infinitesimale, beispielsweise nanovolumetrische, kontrollierte Verdünnungen zu erhalten.
In der Tat ist man gegenwärtig nicht in der Lage, Mikromengen einer Flüssigkeit unter ausreichend genauen, wiederholbaren und zuverlässigen Bedingungen zu dosieren. Zu diesem Zweck setzt man allgemein Pipetten oder Mikropipetten ein, beispielsweise Pipetten, wie sie von der Firma GILSON unter der Handelsbezeichnung GILSON 90403 P1000 vertrieben werden, wobei diese dadurch eine Flüssigkeit entnehmen, daß durch einen Kolbenhub ein kalibrierter Unterdruck angewandt wird, und diese das entnommene Volumen dadurch freisetzen, daß über dem Kolben ein Überdruck angelegt wird.
Eine solche Mikropipette ist beispielsweise in dem Dokument DE-A-1 598 629 beschrieben.
Der Genauigkeit dieser Mikropipetten sind durch die Oberflächenspannung der entnommenen Flüssigkeit, die Kapillarkräfte, die an der Innenseite und an der Außenseite der Pipettenwand wirken, und durch Anhängen oder Zurückbehalten von Mikrotröpfchen am äußeren Ende der Pipette Grenzen gesetzt.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die gegenwärtigen Grenzen der existierenden unterschiedlichen Vorrichtungen oder Systeme zur Mikrodosierung zu überschreiten, indem es möglich wird, Volumina kleiner als Mikroliter zunächst zu entnehmen und anschließend freizusetzen, und zwar mit guter Genauigkeit, Zuverlässigkeit und Wiederholbarkeit.
In seiner allgemeinsten Form weist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Dosieren, insbesondere zum Mikrodosieren, die folgenden Schritte auf:
(a) es wird zumindest ein kapillarer Hohlraum vorgesehen, der die Flüssigkeit aufnehmen kann, der beispielsweise an einem Ende geschlossen oder verschlossen ist, wobei dessen Öffnung, die nach außen mündet, zugleich zum Einfüllen und zum Entleeren der Flüssigkeit dient, und dieser ist so dimensioniert, daß die Flüssigkeit nicht von selbst in den Hohlraum eintritt oder aus diesem austritt. Vorteilhafterweise ist der Querschnitt der Eintritts- und/oder der Austrittsöffnung so ausgewählt, daß dieser unter dem mittleren Querschnitt des kapillaren Hohlraumes liegt. Bezüglich des inneren Volumens des kapillaren Hohlraums, das zumindest gleich dem zu dosierenden Volumen ist, bestimmt der verbleibende Innendruck, wie er am Ende des nachfolgenden Schrittes (c) gesteuert wird, das Erhalten einer bestimmten Menge einer Flüssigkeit am Ende des nachfolgenden Schrittes (d), beispielsweise einer zu verdünnenden Flüssigkeit.
(b) Es wird ferner ein Bad an der zu dosierenden Flüssigkeit bereitgestellt, beispielsweise an einer zu verdünnenden Flüssigkeit.
(c) Man evakuiert den Hohlraum, der anfänglich frei von jeder Flüssigkeit ist, zumindest teilweise, derart, daß dessen verbleibender Innendruck auf einen Wert eingestellt wird, der unter dem Wert liegt, der in Schritt (d) über dem Flüssigkeitsbad herrscht, insbesondere der Atmosphärendruck.
(d) Man bringt den zumindest teilweise evakuierten Innenraum des kapillaren Hohlraumes über die Einfüll- und Entleeröffnung mit dem insbesondere unter Atmosphärendruck stehenden Flüssigkeitsbad in Verbindung, wodurch der Hohlraum mit der Flüssigkeit, beispielsweise mit der zu verdünnenden Flüssigkeit, gefüllt wird.
(e) Man trennt den mit der Flüssigkeit gefüllten kapillaren Hohlraum, oder genauer gesagt, den Träger, der diesen beinhaltet, vom Rest des Flüssigkeitsbades, sei es dadurch, daß man den Träger aus dem Flüssigkeitsbad entnimmt, sei es, daß man das Flüssigkeitsbad um den Träger herum entleert oder evakuiert.
(f) Man entleert mit jeglichem geeigneten Mittel, insbesondere durch Unterdruck, die Flüssigkeit, die den vom Flüssigkeitsbad getrennten kapillaren Hohlraum füllt, beispielsweise im oder in das Innere eines anderen Flüssigkeitsbades, insbesondere des Verdünnungsmittels.
Unter "kapillarem Hohlraum" versteht man jeglichen Hohlraum im Inneren eines festen Trägers, der nur aus einem oder aus zahlreichen kapillaren Kanälen gebildet wird, die sich über eine gewisse Länge erstrecken, und zwar mit jeglicher geeigneten Konformation, regelmäßig oder unregelmäßig, beispielsweise geradlinig oder in Schraubenlinienform, und deren Querschnitt (der beispielsweise kreisförmig sein kann) solche Maße (insbesondere im Durchmesser) aufweist, daß jede Flüssigkeit, die in einem solchen Kanal enthalten ist, wenn sie eingebracht oder entleert wird, einen Meniskus an der Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Gas ausbildet. Dieser kapillare Hohlraum ist von Natur aus auf einer Seite geschlossen und ist auf der anderen Seite über eine einzige oder mehrere Öffnungen offen, über die erf indungsgemäß sowohl das Einführen als auch das Entleeren der zu dosierenden Flüssigkeit bewerkstelligt wird; so ist insbesondere ein kapillarer Hohlraum im Sinne der vorliegenden Erfindung jegliche Leitung, die an einer Seite geschlossen und an der anderen Seite offen ist, in deren Innerem eine Flüssigkeit unter Kapillarbedingungen strömen kann, d.h. in der Art eines "Kolbens", ohne daß sich eine Flüssigkeit/Gas-Grenzfläche in Längsrichtung des kapillaren Hohlraumes ausbildet. Vorzugsweise weist der Hohlraum etwa denselben Querschnitt, von einem Ende zum anderen Ende über dessen Länge gesehen, auf, und zwar sowohl was die Form als auch was die Maße betrifft.
Die effektiven Dimensionen des kapillaren Hohlraums, d.h. diejenigen, die notwendig sind, um im Inneren ein kapillares Strömen zu erzielen, hängen von vielen Parametern ab, wie beispielsweise von der Viskosität der Flüssigkeit, die in den Hohlraum eindringt, von der Temperatur letzterer, der Oberflächenspannung dieser Flüssigkeit, dem Zustand und der Art der Innenfläche des Hohlraumes, also derart, daß es für den Fachmann durch Routineuntersuchungen und durch die vorgegebenen Arbeitsbedingungen einfach ist, die Dimensionen zu bestimmen, wie beispielsweise den Durchmesser, unter denen sich bei einer vorgegebenen zu verdünnenden Flüssigkeit Bedingungen des kapillaren Strömens einstellen. Vorzugsweise werden diese Routineuntersuchungen so durchgeführt, daß das Innere des Hohlraumes über die Einfüll/Entleeröffnung mit einem Bad der zu verdünnenden Flüssigkeit in Verbindung gebracht wird, und zwar unter etwa isobarem Verhältnis zwischen dem inneren Gasraum des Hohlraumes und dem Flüssigkeitsbad, und dies für unterschiedliche Quermaße (oder Durchmesser) des Hohlraumes.
Was den festen Träger betrifft, so kann es sich entweder um einen freien Träger, wie beispielsweise einen Block handeln, oder um einen fixen Träger, der beispielsweise an der Wand des Behältnisses angebracht ist, das zur Aufnahme des Flüssigkeitsbades dient.
Dank der Erfindung ist, falls das Volumen des kapillaren Hohlraumes zumindest gleich dem zu dosierenden Volumen ist, die Menge, die den Hohlraum während des Schrittes (d) füllt, einzig eine Funktion des verbleibenden Innendrucks am Ende des Schrittes (c) und kann durch diesen gesteuert werden. Das so entnommene Volumen kann auch unterhalb des Volumens des Hohlraumes liegen, so daß dies beherrschbar ist.
Diese Menge kann ohne rückständige Mikrotröpfchen auf seiten der Einfüll/Entleeröffnung entncmmen und wieder abgegeben werden.
Wie bereits erwähnt, kann das erf indungsgemäße Verfahren dazu durchgeführt werden, um kontrollierte Verdünnungen zu erhalten, insbesondere aufeinanderfolgende oder "als Kaskade", und zwar ausgehend von einer Probe, die durch den kapillaren Hohlraum dosiert entnommen und wieder abgegeben wird. Aufgrund der entsprechend der Erfindung erhaltenen Mikroproben kann man auf genaue Art und Weise infinitesimale Verdünnungen erhalten, und dies so, ohne daß große Mengen an Flüssigkeit oder Verdünnungsmittel gehandhabt werden müssen, was einen entscheidenden Vorteil der vorliegenden Erfindung darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch dazu herangezogen werden, um eine dosierte Menge, insbesondere eine Mikromenge, einer Flüssigkeit zu überbringen, und zwar in ein Behältnis oder in einen Träger, wie ein Plättchen, eine Folie, eine Sonde, eine Cuvette oder dergleichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann dazu herangezogen werden, eine dosierte Mikromenge einer Flüssigkeit einer wesentlich größeren Menge derselben Flüssigkeit, die ebenfalls dosiert ist, hinzuzufügen.
Schließlich kann das erfindungsgemäße Verfahren mit einer geeigneten Vorrichtung auch automatisch durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
- die Figuren 1 bis 5 schematisch und in allgemeiner Form die verschiedenen Schritte des erfindungsgemäßen Dosierverfahrens darstellen,
- die Figuren 6 bis 8 schematisch und für die automatische Verwendung ein erstes Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Mikrodosierverfahrens zeigen, beispielsweise im Rahmen einer automatischen Vorrichtung oder eines bakteriologischen Automaten,
- die Figuren 9 bis 13 ebenfalls schematisch und für die automatische Verwendung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Mikrodosierverfahrens zeigen, das dazu durchgeführt wird, um eine gesteuerte Verdünnung zu erhalten, auch im Rahmen eines bakteriologischen Automaten, und
- Figur 14 schematisch eine experimentelle Vorrichtung darstellt, mit der die Prinzipien der Erfindung getestet und quantifiziert werden können.
In den Figuren 1 bis 5 wurden die Maße des kapillaren Hohlraumes oder des Kapillarröhrchens 1 beliebig vergrößert, um die nachfolgenden Darlegungen detaillierter zu machen.
Ganz allgemein weist eine erf indungsgemäße Vorrichtung zum Dosieren, die es ermöglicht, zunächst eine bestimmte Menge einer Flüssigkeit zu entnehmen und anschließend zu entleeren, folgendes auf:
- ein Dosismittel oder einen Dosisträger 5, der in Figur 1 in Form eines Kapillarröhrchens mit einem geschlossenen Boden oder Ende 5a dargestellt ist, und der dazu dient, die Flüssigkeit zunächst aufzunehmen und anschließend abzugeben. Der Träger 5 bestimmt einen oder weist einen kapillaren Hohlraum 1 auf, der die Flüssigkeit aufnehmen kann, der über eine Einlaßöffnung 2, über die dann anschließend dieselbe Flüssigkeit entleert wird, nach außen mündet, wobei diese so dimensioniert ist, daß die Flüssigkeit nicht von selbst in den Hohlraum eintritt oder aus diesem austritt. Die Öffnung 2 weist vorzugsweise ein Quermaß, beispielsweise einen Durchmesser, auf, der wesentlich geringer ist als das Quermaß des kapillaren Hohlraumes 1 über dessen Länge gesehen,
- ein Behältnis oder eine Zelle 6, die dazu vorgesehen ist, das Bad 3 der zu dosierenden Flüssigkeit zu enthalten und die den Träger 5 aufnimmt, so daß das Innere des kapillaren Hohlraumes 1 aufgrund dieser Tatsache in der Lage ist, über die Öffnung 2 mit dem Inneren des Behältnisses 6 zu kommunizieren. Ein Deckel oder ein Verschluß 7 kann auf dichte Art und Weise das Behältnis 6 verschließen, so daß über dem Flüssigkeitsbad 3 ein Gasraum geschaffen wird, dessen Druck steuerbar ist; der Deckel oder Verschluß 7 ist mit einem Mittel 12 zum Erzeugen von Unterdruck oder Überdruck, beispielsweise mittels Umgebungsluft, und mit einem Mittel 13 zum Einführen oder Abführen von Flüssigkeit versehen, dessen unteres Ende bis auf Höhe des Bodens des Behältnisses 6 verlängert sein kann, so daß das Behältnis bis auf dessen unteres Niveau entleert werden kann.
Entsprechend der Figur 1 stellt man ausgänglich den kapillaren Hohlraum 1, der an einem Ende 5a geschlossen und an einem Ende 2 offen ist, und ein zu dosierendes Bad 3 an Flüssigkeit, beispielsweise eine zu verdünnende Flüssigkeit, zur Verfügung.
Entsprechend der Figur 2 wird der kapillare Träger 5, und demzufolge der kapillare Hohlraum 1, in das Innere des Flüssigkeitsbades 3 gebracht. Auf das Behältnis 6 wird der Deckel oder der Verschluß 7 gebracht, und über das Mittel 12, das mit einer nicht dargestellten Saugquelle verbunden ist, wird der Hohlraum 1 evakuiert, der ausgänglich frei von jeder Flüssigkeit ist, um dessen Innendruck auf einen Restwert einzustellen, der unter dem liegt, der über dem Flüssigkeitsbad 3 während des nachfolgenden, anhand der Figur 3 beschriebenen Schrittes herrscht, nämlich dem atmosphärischen Druck.
Entsprechend Figur 3 wird erneut über das Mittel 12 der Atmosphärendruck im Inneren des Behältnisses, das durch den Behälter 6 und den Deckel 7 umgrenzt ist, wieder hergestellt, wodurch der kapillare Hohlraum 1 gefüllt wird, indem das Innere des letzteren über die Öffnung 2 mit dem Flüssigkeitsbad 3 kommuniziert. Das Vordringen der Flüssigkeit in das Innere des Röhrchens 1 wird auf kapillare Art und Weise bewerkstelligt, und zwar mit einem Meniskus, der sich auf den Boden 5a des kapillaren Hohlraumes 5 hin verschiebt. Die Endposition des Meniskus hängt vom Restdruck ab, der am Ende des Schrittes entsprechend von Figur 3 erhalten wird. Somit hängt das durch den kapillaren Hohlraum 1 aufgenommene Volumen bezüglich eines Volumens des Hohlraumes über das zu entnehmende Volumen hinaus von dessen verbleibendem Innendruck vor dem Füllen ab.
Unter Bezugnahme auf Figur 4 wird der gefüllte Hohlraum 1 vom restlichen Flüssigkeitsbad 3 getrennt. Wie bereits zuvor erwähnt, kann dieses Trennen auch dadurch erhalten werden, daß das Innere des Behältnisses 6 entleert wird, und zwar durch das bis auf den Boden des Behältnisses 6 verlängerte Mittel 13.
Entsprechend Figur 5 wird der gefüllte Hohlraum 1, der vom Flüssigkeitsbad 3 getrennt ist, entleert, und zwar durch jegliche geeignete Verfahrensweise, beispielsweise durch:
- Anwenden einer Zentrifugalkraft, die durch die Öffnung 2 hindurchreicht;
- Anlegen eines Außendruckes an die Außenseite des Hohlraumes 1, der unter dem Innendruck in dem Hohlraum liegt;
- Beaufschlagen des Inneren des Hohlraumes 1 mit einem Druck, der über dessen Innendruck liegt,
- Ausüben einer Schubkraft auf das flüssige Volumen, das den Hohlraum 1 füllt, und zwar in Richtung Öffnungsseite desselben.
Das Fortschreiten der Flüssigkeit in Richtung Außenseite des Röhrchens 1 läuft ebenfalls auf kapillare Art und Weise ab, ünd zwar mit einem Meniskus, der sich in Richtung Öffnung 2 des kapillaren Hohlraumes 5 bewegt und diesen dann verläßt.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 ist zu entnehmen, daß das Evakuieren des kapillaren Hohlraumes 1 vor dessen Füllen mit der Flüssigkeit dadurch bewerkstelligt wird, daß der Hohlraum über seine Öffnung 2 mit dem Flüssigkeitsbad 3 in Kontakt gebracht wird, und daß über dem Bad 3 ein Druck angelegt wird, der geringer ist als der Druck, der über dem Bad 3 bei dem folgenden, im Zusammenhang mit Figur 3 beschriebenen Druck herrscht, nämlich dem atmosphärischen Druck. Es ist selbstverständlich, daß das Evakuieren auch außerhalb des Flüssigkeitsbades erhalten werden kann, beispielsweise indem der Träger 5 in den Inneraum des Behältnisses gebracht wird, das durch den Behälter 6 und den Deckel 7 umgrenzt wird, und man die Luft aus diesem Behältnis evakuiert und dann anschließend das Flüssigkeitsbad 3 einführt.
Aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt sich folgendes:
- das Mittel zum Entleeren des anfänglich frei von jeglicher Flüssigkeit befindlichen kapillaren Hohlraumes 1 der Dosiermittel 5 über dessen Öffnung 2 ist das Mittel 12 zum Erzeugen des Unterdruckes;
- das Mittel zum Trennen des mit Flüssigkeit gefüllten kapillaren Hohlraumes vom Rest des Flüssigkeitsbades 3 kann das Mittel 13 zum Abziehen der Flüssigkeit sein, dieses dient somit als Mittel zum Abpumpen des letzteren.
Um eine gesteuerte Verdünnung durchzuführen, insbesondere eine Mikroverdünnung, und zwar nach dem Schritt entsprechend Figur 4, wird der kapillare Hohlraum 1, der mit der zu verdünnenden Flüssigkeit gefüllt ist, mit einem anderen Flüssigkeitsbad in Berührung gebracht, nämlich mit dem Verdünnungsmittel, dies über die Öffnung 2, und man entleert den gefüllten Hohlraum 1 im oder in das andere Flüssigkeitsbad hinein, nämlich in eine vorbestimmte Menge, vorzugsweise dosiertes Verdünnungsmittel, indem beispielsweise, wie das nachfolgend beschrieben wird, über einem Bad des letzteren ein Druck angelegt wird, der unter dem Innendruck des Hohlraumes 1 liegt.
Dasselbe Behältnis oder derselbe Behälter 6, ausgestattet mit seinem Deckel oder Verschluß 7, kann zum Befüllen dienen, und zur Aufnahme der zu verdünnenden Flüssigkeit, und auch zum Aufnehmen des flüssigen Verdünnungsmittels.
Die Wirksamkeit des Dosierungsprinzipes und ggf. einer Verdünnung, wie zuvor beschrieben, wird mittels einer Vorrichtung, wie sie in Figur 14 dargestellt ist, getestet, die ein Dosieren mittels der Spektrophotometrie ermöglicht. In dieser Figur bezeichnen die Bezugsziffern, die identisch zu den bereits in den Figuren 1 bis 5 verwendeten Bezugsziffern sind, dieselben Bauteile oder funktionellen Bestandteile. Entsprechend der Figur 14 wird der kapillare Hohlraum 1 dadurch erhalten, daß über jegliche geeignete Mittel, beispielsweise durch eine spanabhebende Bearbeitung, auf der Außenseite eines zylindrischen Kernes 25, der dichtend im Boden der zylindrischen Wand eines Rohres 26 angeordnet ist, eine schraubenlinienförmige Nut ausgespart wird; die schraubenlinienförmige Nut öffnet in das Behältnis 6, das durch das freie Volumen in dem Rohr 26 bestimmt ist, und ist an dem gegenüberliegenden Ende geschlossen.
So weist beispielsweise das Behältnis 6 ein Volumen von 7 ml auf, und der kapillare Hohlraum 1 in Form einer Schraubenlinie weist ein Volumen von 55 ul auf. Die Wände des Rohres 26 sind transparent, so daß optische Messungen durchgeführt werden können, insbesondere optische Dichtemessungen.
Mit der Experimentiervorrichtung kann der folgende Verfahrensablauf durchgeführt werden:
- ausgänglich ist der schraubenlinienförmige kapillare Hohlraum 1 frei von jeder Flüssigkeit und steht insbesondere unter atmosphärischem Druck; sein Füllen ist durch einfache Kapillarkraft beim Berühren mit der zu dosierenden Flüssigkeit nicht möglich;
- das Behältnis 6 nimmt eine Lösung auf, die aus Tinte oder einem Farbmittel besteht, die in demineralisiertem Wasser verdünnt sind, und zwar in einem Verhältnis von einer Volumeneinheit Tinte zu hundert Volumeneinheiten Wasser; diese Lösung bildet das ausgängliche Flüssigkeitsbad;
- durch das Mittel 12, das durch eine einfache Spritze bewerkstelligt werden kann, die den Stopfen 7 durchstößt, kann das Behältnis 6 unter Unterdruck gesetzt werden, indem eine bestimmte Luftmenge abgesaugt wird; dadurch wird die Luft des kapillaren Hohlraumes 1 in dem Sinne evakuiert, daß letzterer ebenfalls unter Unterdruck gebracht wird, bis zu einem gesteuerten verbleibenden Innendruck;
- mit dem Mittel 12 wird weiterhin das Innere 6 auf den atmosphärischen Druck zurückgebracht, wodurch sich der kapillare Hohlraum 1 mit der Lösung füllt;
- der Überstand der Flüssigkeit wird aus dem Behältnis 6 extrahiert, beispielsweise durch Abpumpen oder einfaches Entleeren, und das Innere des Behältnisses 6 wird mit dem demineralisierten Wasser bei Atmosphärendruck so gewaschen, daß verhindert wird, daß Spülflüssigkeit in den kapillaren Hohlraum 1 eintritt und/oder daß Flüssigkeit aus dem Hohlraum austritt;
- 2 ml oder jegliches anderes Volumen eines Verdünnungsmittels, beispielsweise demineralsiertes Wasser, wird anschließend in das Behältnis 6 eingeführt, um das andere Flüssigkeitsbad im Sinne der allgemeinen zuvor gegebenen Definition zu bilden;
- das Behältnis 6 wird anschließend unter Unterdruck gesetzt, und zwar durch dasselbe Mittel 12, wodurch die ausgängliche Tintenlösung, die im kapillaren Hohlraum 1 gefangen ist, in das Behältnis 6 extrahiert wird, so daß dort eine Mischung des Verdünnungsmittels und dieser ausgänglichen Lösung erhalten wird;
- 1 ml dieser Mischung wird entnommen und auf einem Spektrometer "Reaction Rate Photometer", wie er von der Firma VITATRON vertrieben wird, dosiert, und zwar für eine optische Dichteuntersuchung bei 620 nm;
- der zuvor beschriebene Zyklus kann mehrfach wiederholt werden, wobei die am Ende eines vorangegangen Zyklus erhaltene Mischung das ausgängliche Flüssigkeitsbad für den folgenden Schritt bildet.
Durch Eichen des Spektrophotometers kann man die optische Dichte jeder Verdünnung oder Unterverdünnung und die Konzentration an Tinte dieser letzteren in Verbindung bringen. Für eine gegebene Verdünnung werden fünf unterschiedliche Vorgänge durchgeführt, um einen Mittelwert zu erhalten. Für die Gesamtheit dieser Untersuchungen erhält man die nachfolgende Tabelle 1, die folgendes enthält, nämlich:
- in der ersten Spalte, ausgedrückt in %, die theoretische Konzentration der Primär- oder Ausgangslösung der optisch dosierten Mischung, die aufgrund zahlreicher Verdünnungen und/oder eingesetzter Verdünnungsvolumina erhalten wird;
- die zweite Spalte enthält die optische Dichte der Mischung ausschließlich, ausgedrückt in mDO,
- die dritte Spalte zeigt die Standardabweichung,
- die vierte Spalte zeigt den Variationskoeffizienten. Tabelle Nr. 1 Konzentration

Optische Dichte in Abhängigkeit der Konzentration an Primärlösung

Beim Korrelieren dieser Werte, indem die Konzentrationen als Abszisse und die optischen Dichten als Ordinate aufgetragen werden, stellt man eine quasi lineare Korrelation zwischen der Konzentration und der optischen Dicht entsprechend der folgenden Gleichung fest:
mDO Konzentration (in %) x 46 + 3,5
mit einem linearen Korrelationskoeffizient r = 0,9992.
Anschließend wurde der Einfluß des verbleibenden Innendruckes am Ende des Entleerens des kapillaren Hohlraumes auf die Genauigkeit oder den Wert des entnommenen Flüssigkeitsvolumens und des anschließend von diesem Hohlraum freigegebenen Volumens untersucht.
Entsprechend der Tabelle 2 wird von einem Flüssigkeitsbad bzw. einer Primärlösung von Tinte in Wasser ausgegangen, deren Volumen in ml angegeben ist, wie das in der ersten Spalte ausgedrückt ist. Jede Untersuchung wird fünfmal bei einem bestimmten Druck durchgeführt, und die nachfolgend dargestellten Werte entsprechen dem Mittelwert. Tabelle Nr. 2 Verdünnung (%)

Optische Dichtung und Verdünnung in Abhängigkeit des Unterdruckes

Entsprechend der Tabelle 3 werden dieselben Untersuchungen, wie sie in Tabelle 2 dargestellt sind, durchgeführt, jedoch indem eine durch einen Manometer kontrollierte Unterdruckquelle eingesetzt wird, deren Regelwert, ausgedrückt in Millibar, in der ersten Spalte der nachfolgenden Tabelle 3 gegeben ist. [1mbar = 10² N/m²] Tabelle Nr. 3 Verdünnung

Optische Dichte und Verdünnung in Abhängigkeit des Unterdruckes (die Werte wurden anhand der zuvor gegebenen linearen Korrelation berechnet)

Bei der Auswertung der Tabellen 2 und 3 stellt man fest, daß, falls der verbleibende Innendruck vor dem Füllen unterhalb von 400 Millibar liegt, die Verdünnung proportional zum verbleibenden Druck ist. Jenseits dieses Wertes tendiert die Verdünnung gegen einen Grenzwert, der dem beim Annähern an das Totalvakuum im kapillaren Hohlraum entspricht.
In Zusammenhang mit den Figuren 6 bis 8 wird schematisch eine erste Art der Dosierung einer Flüssigkeit entsprechend der Erfindung beschrieben, und zwar mittels eines Röhrchens 61, das in einer Hohlnadel 51 endet, die durch ein Septum 55 verschlossen ist, die einen kapillaren Kanal 11 bestimmt, der zwei Öffnungen 21 und 22 aufweist, nämlich eine erste Öffnung 21 auf seiten des Röhrchens 61 und eine zweite Öffnung 22 auf seiten des Auslasses der Nadel 51; es ist selbstverständlich, daß der Durchmesser der Öffnung 22 in dem Maße variieren kann, solange kapillare Bedingungen beibehalten werden. Ein solches Röhrchen ist dazu bestimmt, mit einem hohlen Behältnis oder einer Kassette oder einer Kartusche 26 zusammenzuwirken, die über ein Einlaßventil 56 verschlossen ist, das einen viskoelastischen durchstechbaren Deckelverschluß aufweist. Ein Verschlußdeckel 7 verschließt den oberen Abschnitt des Röhrchens 61, und dieser ist mit einem Mittel 8 ausgestattet, das mit einer Vakuumquelle verbunden ist, ist außerdem mit einem Mittel 27 verbunden, das in Verbindung mit einer Versorgung der zu dosierenden und zu verdünnenden Flüssigkeit steht, und ist ferner mit Abpumpmittel 28 (diese sind ausschließlich in Fig. 10 dargestellt) für das Innere des Röhrchens 61 verbunden, und schließlich noch mit Mittel 45, um Luft in das Innere des Röhrchens 61 einströmen zu lassen. In einem Automaten für biologische Messungen, insbesondere bakteriologische Messungen, entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung werden die folgenden Schritte durchgeführt, und zwar um aufeinanderfolgend eine Kartusche mit der zu verdünnenden Flüssigkeit zu füllen und um eine andere Kartusche mit derselben verdünnten Flüssigkeit mit einem Verdünnungsmittel zu füllen, wobei folgendes durchgeführt wird:
- entsprechend der Figur 6 wird das Röhrchen 61 mit einer bestimmten Menge einer zu verdünnenden Flüssigkeit 31 in ml gefüllt;
- entsprechend der Figur 7 dringt die Nadel 51 in dichtender Weise in das Ventil 56 ein. Es wird das Innere des gefüllten Röhrchens 61 derart teilweise unter Vakuum gesetzt, daß einerseits die in dem kapillaren Kanal 11 der Hohlnadel 51 enthaltene Luft abgesaugt wird und andererseits zumindest teilweise die Luft aus der Kartusche 26 abgesaugt wird;
- entsprechend der Figur 8, nach wie vor mit der Nadel 51 in das Ventil 56 eindringend, wird der atmosphärische Druck im Inneren des Röhrchens 61 wieder hergestellt, und man füllt die Kartusche 26 mit einer bestimmten Menge der zu verdünnenden Flüssigkeit;
- ist das Füllen der Kartusche 26 beendet, wird das Röhrchen 61 von der Kartusche 26 abgezogen, und die Hohlnadel 51 wird wieder an einem Ende durch das Septum 55 verschlossen, dadurch hält der kapillare Kanal 11 eine bestimmte Menge einer zu verdünnenden Flüssigkeit gefangen;
- das rückständige Volumen 31 im Röhrchen 61 wird entfernt, beispielsweise mittels der in Figur 10 dargestellten Leitung 28, die mit einer Saugquelle verbunden ist;
- das Röhrchen 61 wird mit einer bestimmten Menge eines Verdünnungsmittels gefüllt, wie das beispielsweise im Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben worden ist;
- wie bereits im Zusammenhang mit Figur 7 beschrieben, dringt die Nadel 51 in das Ventil 56 einer neuen Kartusche ein, und man bringt den Innenraum des mit Verdünnungsmittel gefüllten Röhrchens 61 zumindest unter Teilvakuum, um zumindest teilweise die in der neuen Kartusche enthaltene Luft abzuziehen und um die in dem kapillaren Kanal 11 enthaltene Flüssigkeit abzuziehen, wodurch eine Verdünnung der letzteren bewirkt wird;
- wie bereits im Zusammenhang mit Figur 8 beschrieben, wird dann die neue Kartusche mit der so erhaltenen Verdünnung gefüllt.
Entsprechend den Figuren 9 bis 13 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung durchgeführt, wozu die zuvor im Zusammenhang mit den Figuren 6 bis 8 beschriebenen Teile modifiziert werden, wobei ein geradliniger und einseitig offener kapillarer Hohlraum im Inneren des Kernstückes 58 vorgesehen ist, das das Röhrchen 61 verschließt, wobei dieser Hohlraum mit dem oberen Abschnitt des Röhrchens kommuniziert.
Man geht aus von einem Zustand, wie er in den Figuren 9 oder 10 dargestellt ist, bei dem der Hohlraum 57 mit der zu verdünnenden Flüssigkeit gefüllt ist und eine Rückstandsmenge derselben Flüssigkeit im Röhrchen 61 vorhanden ist. Dieser Zustand kann erreicht werden, indem die zuvor im Zusammenhang mit den Figuren 6 und 8 beschriebenen Schritte durchgeführt worden sind.
Ausgehend von diesem Zustand werden die folgenden Schritte durchgeführt:
- entsprechend der Figur 9 wird die Hohlnadel 51 über ihr abströmseitiges Ende 22 unter Perforieren des Septums 55 entleert, und zwar mittels einer Saugquelle 29, die in dichter Weise an dem unteren Ende der Nadel 51 angewandt wird, bis das vollständige Entleeren des Röhrchens 61 und der Nadel 51 erzielt wird, dabei bleibt der Hohlraum 57 gefüllt;
- oder, alternativ entsprechend der Figur 10, ohne Perforation des Septums 55, wird die Flüssigkeit im Inneren des Röhrchens 61 abgepumpt, bis das Röhrchen 61 entleert ist&sub1; der Hohlraum 57 bleibt dabei gefüllt; es ist selbstverständlich, daß es bei dieser Ausführungsform nicht möglich ist, die Nadel 51 zu leeren; darüber hinaus ist es zwingend notwendig, um die Präzision der Verdünnung nicht beachtlich nachteilig zu beeinflussen, daß das Volumen der Nadel 51 etwa vergleichbar mit dem Volumen des Hohlraumes 57 ist; dies kann beispielsweise durch einen schraubenlinienförmigen Kapillarhohlraum entsprechend der in Figur 14 beschriebenen Ausführungsform erzielt werden; das Entleeren des Röhrchens 61 soll unter atmosphärischem Druck durchgeführt werden, um keinen Unterdruck zu schaffen, auch um keinen teilweisen oder temporären Unterdruck zu schaffen, der in der Lage wäre, auch nur teilweise den Hohlraum 57 zu entleeren, und zwar über die Leitung 28, die mit einer hier nicht dargestellten Unterdruckquelle verbunden ist;
- entsprechend der Figur 11 wird anschließend das Innere des Röhrchens 61 durch die Mittel 27 mit einem Verdünnungsmittel gefüllt;
- entsprechend der Figur 12 wird durch Kommunikation zwischen der Nadel 51 und dem Ventil 56 das Innere des Röhrchens 61 und der Kartusche 56 unter Unterdruck gebracht, wodurch der kapillare Hohlraum 57 die zu verdünnende Flüssigkeitsmenge in das Innere des Verdünnungsmittels abgibt, das zuvor in diesem Hohlraum gefangen war, es erfolgt somit Vermischung und Verdünnung;
- entsprechend der Figur 13 wird, indem man Umgebungsluft in das Innere des Röhrchens 61 einströmen läßt und indem eine Verbindung zwischen der Nadel 51 und dem Inneren der Kartusche 26 bewerkstelligt wird, das so enthaltene verdünnte Volumen in die Kartusche entleert.

Claims

1. Verfahren zum Dosieren einer bestimmten Menge einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet,

(a) daß zumindest ein kapillarer Hohlraum (1, 11, 57) vorgesehen wird, der die Flüssigkeit aufnehmen kann, dessen Öffnung (2, 21), die nach außen mündet, zugleich zum Einfüllen und zum Entleeren der Flüssigkeit dient, und die so dimensioniert ist, daß die Flüssigkeit nicht von selbst in den Hohlraum eintritt oder aus diesem austritt, wobei diese insbesondere einen Querschnitt aufweist, der kleiner als der des kapillaren Hohlraumes ist;

(b) daß ein Bad (3, 31) an dieser Flüssigkeit bereitgestellt wird;

(c) daß der Hohlraum (1, 11, 57), der anfänglich frei von jeder Flüssigkeit ist, zumindest teilweise evakuiert wird, so daß dessen verbleibender Innendruck auf einen Wert eingestellt wird, der unter dem Wert liegt, der in Schritt (d) über dem Flüssigkeitsbad (3, 31) herrscht, insbesondere der Atmosphärendruck;

(d) daß man über die Öffnung (2, 21) den zumindest teilweise evakuierten Innenraum des kapillaren Hohlraumes (1, 11, 57) mit dem Flüssigkeitsbad (3, 31), insbesondere unter Atmosphärendruck stehend, in Verbindung bringt, wodurch der Hohlraum gefüllt wird;

(e) daß der gefüllte kapillare Hohlraum (1, 11, 57) vom Rest des Flüssigkeitsbades (3, 31) getrennt wird; und

(f) daß der gefüllte kapillare Hohlraum (1, 11, 57), getrennt vom Flüssigkeitsbad (3, 31), entleert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (c) derart durchgeführt wird, daß der Hohlraum (1, 11, 57) im Flüssigkeitsbad (3, 31) vorgesehen ist, und daß über letzterem ein Druck angelegt wird, der unter dem liegt, der während des Schrittes (d) über dem Flüssigkeitsbad (3, 31) herrscht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt (f) nach einer der nachfolgend definierten Art und Weisen durchgeführt wird, nmlich

3.1) Anwenden einer Zentrifugalkraft, die durch die Einführöffnung (2) hindurch gerichtet ist;

3.2) Anlegen eines äußeren Druckes an der Außenseite des Hohlraumes (1, 11) der geringer ist als dessen Innendruck;

3.3) Anlegen eines Druckes im Inneren des Hohlraumes (1, 11), der über dessen Innendruck liegt;

3.4) Ausstoßen des Flüssigkeitsvolumens, das den Hohlraum (1, 11) füllt, aus letzterem.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem im Schritt (f) die Variante 3.2 eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (1, 11, 57) in ein anderes Flüssigkeitsbad (4) eingebracht wird, und daß über diesem Bad ein Druck angelegt wird, der unter dem Innendruck des Hohlraumes (1, 11, 57) liegt.

5. Verfahren zum gesteuerten Verdünnen einer Flüssigkeit, bei dem ein Dosierverfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4 eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum einen die zu verdünnende Flüssigkeit (1, 11, 57) das Flüssigkeitsbad der Schritte (a) bis (e) darstellt, und daß zum anderen beim Schritt (f) der gefüllte Hohlraum (31) in eine bestimmte Menge des flüssigen Verdünnungsmittels (4) entleert wird.

6. Verfahren zum Verdünnen nach den Ansprüchen 1, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmte Menge des flüssigen Verdünnungsmittels (4) beim Schritt (f) des Dosierverfahrens das andere Flüssigkeitsbad bildet.

7. Vorrichtung zum Dosieren einer bestimmten Menge einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgendes aufweist, nämlich

(A) ein Dosismittel oder einen Dosisträger (5, 51), der zum Aufnehmen und anschließend zum Abgeben der Flüssigkeit dient, und der einen kapillaren Hohlraum (1, 11, 57) aufweist, der die Flüssigkeit aufnehmen kann, wobei dessen Öffnung (2, 21), die nach außen mündet und die zugleich zum Einfüllen und zum Entleeren der Flüssigkeit dient, so dimensioniert ist, daß die Flüssigkeit nicht von selbst in den Hohlraum eintritt oder aus diesem austritt, wobei diese insbesondere einen Querschnitt aufweist, der kleiner als der des kapillaren Hohlraumes ist;

(B) ein Behältnis (6, 61), das ein Bad (3, 31) der Flüssigkeit aufnehmen kann, wobei der Innenraum des Behältnisses mit dem Inneren des Hohlraumes (1, 11, 57) des Dosismittels über die Öffnung (2, 21) des Hohlraumes (2, 21) kommuniziert;

(C) Mittel (8, 12) zum Evakuieren des anfänglich frei von jeglicher Flüssigkeit befindlichen Hohlraums (1, 11, 57) der Dosismittel über dessen Öffnung (2, 21);

(D) Mittel zum Trennen des gefüllten Hohlraumes der Dosismittel vom Rest des Flüssigkeitsbades (3, 31);

(E) Mittel zum Entleeren des mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraumes, jedoch getrennt vom Rest der Flüssigkeit.

8. Vorrichtung zum Dosieren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Entleeren ein Mittel (12) darstellen, die den Gasraum über dem Behältnis unter Unterdruck setzen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Trennen des gefüllten Hohlraumes vom Rest des Flüssigkeitsbades entweder Mittel zum Abpumpen des letzteren oder Mittel zum Absaugen des letzteren über eine Kalibrieröffnung des Hohlraumes darstellen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Entleeren des mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraumes ein Mittel zum Anlegen eines Druckes in dem Hohlraum unter dessen Innendruck ist.

11. Vorrichtung zum Dosieren nach einem der Ansprüche 7 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Einführ/Entleeröf fnung (2, 21) in Querrichtung ein Maß, wie beispielsweise den Durchmesser aufweist, das geringer als das mittlere Quermaß des kapillaren Hohlraumes, über dessen Länge gesehen, ist.

12. Vorrichtung zum gesteuerten Verdünnen einer Flüssigkeit, die eine Vorrichtung zum Dosieren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe Behältnis (6, 61) zur Aufnahme von sowohl der zu verdünnenden Flüssigkeit als auch des flüssigen Verdünnungsmittels dient.

13. Vorrichtung zum Verdünnen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Dosismittel oder der Dosisträger (5) eine Kanüle (51) ist, die den kapillaren Kanal (11) bestimmt, und die zwei Öffnungen (21, 22) aufweist, wobei eine mit dem Behältnis (61) in Verbindung steht und die andere mit der Außenseite oder einem Behälter.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Behältnis (61) mit einem Mittel (12), das dieses unter Unterdruck und/oder Überdruck setzen kann, und mit einem Mittel (13) zum Einführen und/oder Entleeren der zu verdünnenden Flüssigkeit in Verbindung steht.

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