EP1017497A1 - Micrometering system - Google Patents

Micrometering system

Info

Publication number
EP1017497A1
EP1017497A1 EP98946328A EP98946328A EP1017497A1 EP 1017497 A1 EP1017497 A1 EP 1017497A1 EP 98946328 A EP98946328 A EP 98946328A EP 98946328 A EP98946328 A EP 98946328A EP 1017497 A1 EP1017497 A1 EP 1017497A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
metering
reservoir
liquid
free jet
dosing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP98946328A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Dieter Husar
Rüdiger HUHN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf Netheler Hinz GmbH
Eppendorf Geraetebau Netheler and Hinz GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eppendorf Netheler Hinz GmbH, Eppendorf Geraetebau Netheler and Hinz GmbH filed Critical Eppendorf Netheler Hinz GmbH
Publication of EP1017497A1 publication Critical patent/EP1017497A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241Drop counters; Drop formers
    • B01L3/0268Drop counters; Drop formers using pulse dispensing or spraying, eg. inkjet type, piezo actuated ejection of droplets from capillaries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/02Identification, exchange or storage of information
    • B01L2300/025Displaying results or values with integrated means
    • B01L2300/027Digital display, e.g. LCD, LED
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B01L2400/0439Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces ultrasonic vibrations, vibrating piezo elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027General features of the devices
    • G01N2035/1034Transferring microquantities of liquid
    • G01N2035/1039Micropipettes, e.g. microcapillary tubes
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027General features of the devices
    • G01N2035/1034Transferring microquantities of liquid
    • G01N2035/1041Ink-jet like dispensers

Definitions

  • the invention relates to a microdosing system for dosing liquid volumes in the range from about one nanoliter to a few microliters
  • Piston stroke pipettes can be designed as fixed or adjustable pipettes and operate in a volume range of less than 1 ⁇ l up to 10 ml.
  • the sample is drawn into a plastic tip, whereby it is separated from the piston in the pipette by an air cushion as the weight of the liquid column a pipetting error to be corrected "hangs" on the air cushion
  • Pipettes or dispensers that work on the principle of direct displacement do not have these errors. They are used in particular when dispensing liquid with high vapor pressures, high viscosities, high densities and in molecular biology - e.g. in the polymerase chain reaction - You have tips or syringes with an integrated piston , which is coupled to a drive device of the pipette Multi-channel pipettes, dispensers and electronic dosing systems work according to the above principles. Multi-channel pipettes can significantly reduce the number of necessary pipetting processes by using several doses of the same type. This is also the case for dispensers that gradually dispense a quantity of liquid that has been taken in, and which are also available in multi-channel versions. Electronic pipettes and Dosing systems allow pipetting with high reproducibility and have a wide range of applications due to the integrated dispensing function. They work in a volume range from 1 ⁇ l to 50 ml
  • the object of the invention is to create an accurate and simple microdosing system with a dosing volume in the range from a few nanoliters to a few microliters
  • the object is achieved by various microdosing systems, the features of which are specified in claims 1, 13, 21, 25, 36, 43, 60, 67, 72 and 74.
  • Advantageous configurations of these systems are specified in the subclaims
  • the first solution concerns a microdosing system
  • a reservoir a micromembrane pump, the input of which is connected to the reservoir, a free-jet metering device, the input of which is connected to the output of the micromembrane pump, a metering opening connected to the output of the free-jet metering device, and
  • a metering control that is operatively connected to the micro diaphragm pump and free jet metering device
  • the reservoir Before or after integration into the microdosing system, the reservoir can be pre-filled with liquid by means of external devices or filled with liquid by means of the micromembrane pump.
  • the liquid can be a reagent, for example an enzyme.
  • the micromembrane pump can also be liquid from the reservoir or from the outside into the free-jet metering device Pumping
  • the free jet dispenser can dispense the pumped liquid in the free jet.
  • the free jet capability enables dosing quantities in the range from one nanoliter to a few microliters with high dosing accuracies without carry-over. that on a sub- Strate dosing can also be carried out here. Larger dosing quantities can also be dispensed.
  • the micromembrane pump can drive an auxiliary liquid column (e.g. water), which can come from the reservoir or can be sucked in from the outside, the auxiliary liquid column being a pipette piston of an air cushion or seal - Verdrangersystems acts
  • an auxiliary liquid column e.g. water
  • the metered quantity can be controlled via the displacement volume of the free jet device and, moreover, via the stroke volume or several stroke volumes of the micromembrane pump
  • the second solution concerns a microdosing system with a compressible reservoir from which liquid can be compressed by
  • a free jet dosing device can be required, the input of which is connected to the reservoir, a metering opening connected to the output of the free jet metering device and a metering control that is operatively connected to the free jet metering device
  • the reservoir can be filled with liquid (e.g. reagent, enzyme) using external devices before or after integration into the microdosing system.
  • the free-jet dosing device is filled by simply or repeatedly compressing the reservoir.
  • the reservoir can have an externally accessible, movable wall
  • the free-jet dispensing of the liquid from the metering opening can be carried out for this purpose.
  • the metering control controls the free-jet metering device in free-jet mode
  • the dosing quantity can be controlled via the displacement volume of the free jet dosing device
  • the third solution concerns a microdosing system with a single reservoir
  • a free jet dosing device the pressure chamber of which is the aforementioned reservoir, the
  • a metering control that is operatively connected to the free jet metering device
  • the pressure chamber of the free jet dosing device can be filled with liquid before or after integration into the system by means of external devices.
  • the metering control controls the free jet device in free jet mode.
  • the metering quantity can be controlled via the displacement volume of the free jet metering device, i.e. via the Volume displaced when the diaphragm of the free jet dispenser moves
  • the displacement volume of the diaphragm can be controlled in several steps
  • the fourth solution relates to a microdosing system with a reservoir, a micromembrane pump, the input of which is connected to the reservoir,
  • a metering opening connected to the outlet of the micromembrane pump and a metering control that is operatively connected to the micromembrane pump
  • Micro-diaphragm pump and reservoir in microsystem technology or hybrid technology are combined to form a component which can be exchanged and connected to an actuation module
  • the reservoir can be filled with liquid (e.g. reagent, enzyme) from outside or after integration into the system or filled with the micro membrane pump, which can be controlled accordingly by the dosing control.
  • the dosing control controls the dispensing of liquid from the dosing opening the micromembrane pump in pump mode
  • the dosing quantity can be controlled via the stroke volume of the micromembrane pump
  • the actuation module has, in particular, the function of a holder for the component and can in particular be a handle (in the case of a hand-held device) or a stationary device.
  • the actuation module can in principle have all of the system components that are not part of the replaceable component. A connection or coupling of such components to the Component can in particular be done mechanically, via electrical plug connections, optocouplers etc.
  • the actuation module can in particular include actuation devices (switches, buttons, fastening elements etc) and / or display devices (LCD display etc) and / or drive devices and / or the metering control. This also applies for all other solutions that may have an actuation module
  • the fifth solution concerns a microdosing system with a reservoir
  • a micromembrane pump the inlet of which is connected to the reservoir
  • the reservoir can be filled with auxiliary liquid before or after integration into the system.
  • the auxiliary liquid forms a piston which - like a pipette piston - draws or drives liquid through the metering opening.
  • the metered quantity can be controlled via the stroke volume of the micromembrane pump. which is known or can be determined on the basis of a calibration along a measuring section.
  • the metering quantity can also be controlled by moving the auxiliary liquid column along a predetermined section which corresponds to the metering of the desired quantity
  • the sixth solution relates to a microdosing system with a reservoir having a capillary compensation system, a free jet metering device, the input of which is connected to the capillary compensation system, a metering opening connected to the output of the free jet metering device, and a metering control which is operatively connected to the free jet metering device
  • the capillary compensation system is used to store and capillary transport the liquid from the reservoir into the free jet dispenser.It can also compensate for fluctuations in ambient conditions such as air pressure and temperature and the liquid volume consumed by the free jet dispenser.
  • the capillary compensation system comprises one or more connected capillaries that hold the storage volume of the reservoir. It can have at least one capillary with a meandering or preferably spiral shape
  • the capillary compensation system can only transport liquid from the reservoir into the free-jet metering device, due to the fact that capillary forces take effect, to the inlet of which it is connected. In principle, this does not require any additional suction or pressure forces, which had to be applied, for example, by means of an additional pump or a compressible reservoir
  • the metering control controls the free jet meter into the free jet mode.
  • the capillary forces can effect a uniform liquid transport into the free jet meter.
  • Laral compensation system prevent liquid from being pressed back into the reservoir
  • the capillary compensation system prevents bubbles from appearing in the stored liquid volume during acceleration, for example when the reservoir falls, which can disrupt the metering process. This is particularly the case with a meandering and spiral course of the capillary, since when accelerating essentially forces are perpendicular to the Occurrence of the capillary wall A corner and edge-free or low-profile course of the capillary, as is possible in particular with a meandering or spiral-shaped course of the capillary, furthermore favors filling of the reservoir without the inclusion of bubbles
  • the capillary compensation system can be ventilated at at least one point away from the connection to the free jet dispenser, so that the outflow of liquid is compensated for by the inflow of air.
  • the capillary forces then simultaneously prevent the reservoir from leaking out.
  • the capillary compensation system can also be caused by a migrating with the liquid Be plugged closed, the environmental contact of the liquid prevents and additionally counteracts leakage
  • the reservoir with the capillary compensation system can also be designed to be compressible
  • a reservoir with a capillary compensation system can also advantageously be used in the other solutions for a microdosing system.
  • the patent application includes these variants
  • the seventh solution concerns a microdosing system a plastic reservoir
  • a metering control that is operatively connected to the delivery device
  • this microdosing system is based on a hybrid component, which comprises the plastic reservoir and the microsystem-technical delivery device.
  • This favors relatively large-volume reservoirs, unlike a microdosing system in which the reservoir and delivery device are designed as a microsystem-technical component.
  • this configuration enables the construction of the microdosing system favored, especially if the hybrid component is replaceably connected to an actuation module
  • a corresponding hybrid component can advantageously also be present in the other solutions for a microdosing system.
  • the patent application includes these variants
  • the eighth solution relates to a microdosing system with a reservoir, a delivery device with a micromembrane pump and / or a free-jet metering device, the input of which is connected to the reservoir, a metering opening connected to the output of the delivery device, a metering control in operative connection with the delivery device, an actuation module with which the component comprising the reservoir is exchangeably connected, and a temperature-controlled carrier in which the component removed from the actuation module can be inserted
  • the component which comprises the reservoir can comprise at least one further component of the microdosing system, for example at least part of the delivery device and / or the dosing control.It can be designed as a hybrid component or as a whole microsystem technology by inserting the component into one Temperature-adjustable carrier before and / or after dosing enables a targeted and thus energetically favorable temperature control of the dosing liquid.
  • the carrier can be used to store one or more components in a laboratory refrigerator. However, it can also be used to transport at least one component between a refrigerator and the workplace Furthermore, the wearer can temper the components at the workplace. In particular, passive temperature control systems come into consideration for the wearer, for example with a cow battery filled with brine. However, it can also be an active temp erier system, especially with a Peltier element.
  • the system is particularly suitable for the dosing of enzymes
  • the ninth solution concerns a microdosing system with a reservoir
  • a delivery device with a micromembrane pump and / or a free-jet metering device, the inlet of which is connected to the reservoir, a metering opening connected to the outlet of the delivery device,
  • a component comprising the reservoir and / or the conveying device is interchangeably connected to an actuation module, has a coding and the actuation module has a scanning device for coding the component
  • the coding can relate to information about a full substance and / or one or more dosing properties of the interchangeable component.It can contain information about which enzyme is in a reservoir, when the reservoir was filled, an expiration date, what amount or residual amount of liquid
  • the reservoir contains the dosing quantity which the delivery device delivers when a certain actuation or control is carried out, etc.
  • the actuation module can scan the coding by means of the scanning device, so that the information, if necessary after processing by an evaluation device, can be used as a basis for the dosing, displayed or otherwise used
  • the other solutions for a microdosing system can also be equipped with a coding and a scanning device, provided that they have a component that is interchangeably connected to an actuation module.
  • the patent application includes these variants
  • the tenth solution concerns a microdosing system with a reservoir
  • a light source for a light beam the emission axis of which is aligned with the metering opening in such a way that the light beam characterizes the axis of movement and / or the point of impact of the liquid dispensed from the metering opening
  • the microdosing system can eject drops or fluid jets, the total liquid volume of which is typically in the range from 10 to 200 nl. These cannot be seen with the naked eye, which impairs precise dosing.
  • the light source characterizes the path of movement and / or the impact of the Liquid and thereby enables a safe supply of the metered quantity to the desired location.
  • This "light pointer" is preferably used as a hand-held device when the microdosing system is implemented. It can be integrated into the microdosing system by means of a laser diode The light beam can take place directly, via light guides or via an integrated light guide structure of a microsystem component of the microdosing system
  • Such a light pointer can advantageously also be present in the other solutions for a microdosing system which have a free-jet dosing device.
  • the patent application includes these variants
  • a “microdosing system” is a dosing system that comprises at least one microsystem component
  • a “microsystem technology” component is a preferably micromechanical component that is at least partially manufactured in semiconductor technology, preferably silicon technology
  • Micromembrane pump, free-jet metering device and / or other components of the microdosing systems according to the invention can be produced in microsystem technology from a semiconductor chip compactly or from several semiconductor chips in hybrid construction.
  • Microsystem technology components can also be combined with conventional components, for example a plastic reservoir, to form a hybrid component
  • a “micromembrane pump” is a microsystem-technical diaphragm pump with a pump chamber having inlet and outlet, a pump membrane assigned to it and an electrostatic, piezoelectric, thermo-mechanical or similar drive or actuator assigned to it It is characteristic of a micromembrane pump that it pumps the liquid against a counterpressure which is limited with regard to overcoming capillary forces, viscosity forces and surface tensions.
  • the pump pressure is not sufficient to expel the liquid from a metering opening, ie to dispense it in the free jet, rather it runs or drips Liquid from the metering opening driven by the acceleration of gravity
  • a micromembrane pump can typically - compared to a free jet meter - pump large volume flows.It is particularly suitable for continuous operation and, depending on the design, can pump in different directions.Typical - but not absolutely necessary - is furthermore the presence of active or passive valves at the inlet and / or outlet of the pumping chamber
  • a “free jet metering device” is a metering element with a pressure chamber, to which a pressure pulse can be exerted on the liquid contained therein by means of a membrane and an actuator acting thereon, which leads to the ejection of liquid from a metering opening.
  • the metering opening of the free jet metering device is typically - but not absolutely necessary Executed on a nozzle
  • a free jet dosing device is therefore able to accelerate a liquid volume in such a way that the interfacial tension is liquid / solid at the metering opening and the liquid volume is thrown off.
  • drops or jets are formed is preferably a microsystem element, but does not necessarily have to be microsystem technology
  • Dispenser / diluter with inert flask and calibration section in a schematic block diagram
  • FIG. 9 another reservoir in snap connection with a dosing chip in front view (FIG. 8) and in longitudinal section (FIG. 9),
  • FIG. 10 another reservoir in snap connection with a dosing chip in side view with cutout, 1 and 12 foot area of an actuation module with inserted fluid module according to FIG. 10 in a side view (FIG. 11) and in a front view (FIG. 12),
  • the microdosing system according to FIG. 1 has a reservoir 1, which has a filter 2 at the top for pressure equalization with the surroundings and is connected at the bottom via a line 3 to the input of a micromembrane pump 4, the output of which is connected via a line 5 to the input of a free jet meter 6 , which has a nozzle 7 with a metering opening 8 on the outlet side
  • the second shows an example of the microsystem design of the micromembrane pump 4 and free jet meter 6 in a single component. These components are made up of several semiconductor layers.
  • the lines 3 and 5 are formed in the bottom layer 9.
  • the pressure chamber is located in the layer 9a above 10 of the free jet meter 6 and the outlet valve 14 of the micromembrane pump 4 Furthermore, it has a membrane 13 assigned to the pressure chamber 10.
  • the layer 11 arranged above it has the end sections of the lines 3 and 5.
  • a fourth layer 18 forms the inlet valve 14a of the micromembrane pump 4 and the counter bearing for the piezoelectric actuating element 17 for the membrane 13
  • the layer 15a arranged above forms the pump chamber 12 of the micromembrane pump 4 with the associated membrane 15.
  • An actuating element 16 acts on the membrane 15 and is supported on the layer 15a via a bridge-shaped counter bearing 18a
  • a metering controller 19 which has a microcontroller 20, a control panel (including volume input) 21, a display 22 and an energy supply in the form of a battery 23.
  • the microcontroller 20 is connected to the micro diaphragm pump 4 via a level adjustment 24 and the free jet dosing device 6.
  • the system can be operated as follows using the dosing control 9
  • the free jet meter 6 can be filled with liquid by means of the micromembrane pump 4. The filled liquid is then thrown out of the nozzle 7 in a free jet by the free jet meter 6
  • the system can also be filled by the micro-diaphragm pump 4 working in the opposite direction and sucking liquid through the nozzle 7 of the free jet meter 6 and pumping it into the reservoir 1
  • liquid 25 can be pumped out of the reservoir 1 by the micromembrane pump 4 through the stationary free-jet metering device 6, so that it runs out of the nozzle 7.
  • This metering method enables metering onto a substrate with a larger volume flow.
  • the metering quantity can be controlled via the known stroke volume of the micromembrane pump 4 become
  • a column of an auxiliary liquid 25 is driven by the micromembrane pump 4.
  • the column acts as an inert pipette piston which draws in or ejects external liquid through the nozzle 7.
  • An exchangeable pipette tip 26 with a metering opening 8 ′ can be plugged onto the nozzle 7
  • the liquid column can be pressed into the pipette tip 26. After dosing, part of the auxiliary liquid 25 can be discarded by pumping it out of the nozzle 7
  • a reservoir 1 'with a filter 2' and a capillary compensation system 1 '' can also be used, which replenishes liquid evenly and prevents it from leaking
  • the microdosing system according to FIG. 3 has a dosing and reagent unit 27 which is implemented in microsystem technology. This has a reservoir 1 with a filter 2 for pressure equalization with the environment and a micromembrane pump 4 connected to it via a line 3. Instead or in addition, it can also have a free jet dosing device Furthermore, it has an externally protruding delivery tube 28 with a metering opening 8. Finally, there is an electrical contact 29 for coupling the micromembrane pump 4 to a metering control 19
  • the dosing and reagent unit 27 has a receptacle 30 on the side in the foot region 31 of a housing 32, so that the dispensing tube 28 protrudes axially beyond the foot region.
  • the dosing control 19 is arranged on a printed circuit board 34, which controller 20, control panel 21, display 22 and level adjustment 24 has the dosing control 19 is connected to a counter contact 35 in the receptacle 30, which interacts with the contact 29 of the dosing and reagent unit 27.
  • the dosing control 19 is arranged with a fixed base 31 in the housing Optical sensor 36 connected to the dispensing tube 27 of the dosing and reagent unit 27 that can be used. Then the dosing control 19 is also connected to a dispenser button 37, which is located on the side of the housing foot 31. Finally, it has a connection to a battery 23 in the head area 38 of the Housing 1
  • This dosing system is prepared for operation by inserting a dosing and reagent unit 27 pre-filled with a reagent (e.g. an enzyme) into the receptacle 30.
  • a reagent e.g. an enzyme
  • Operating mode or dosing quantity can be specified via the keyboard 21.
  • the micromembrane pump 4 pumps liquid 25 out of the Reservoir 1 until the sensor 36 detects the meniscus and thus reaches a defined zero position.
  • the metered quantity is then controlled via the known stroke volume of the micromembrane pump 4.
  • the metering control 19 can assume that the liquid column is present at the end of the dispensing tube 28 To avoid carryover, small amounts of reagent are discarded.
  • the dosing and reagent unit 27 is emptied, it is replaced by a new, prefilled unit. Instead, it can be filled up through the delivery tube 28 by the micromembrane pump 4 in reverse Ric is operated
  • the microdosing system according to FIG. 4 has a reservoir 1 with a pressure equalization to the environment via a filter 2, which via a line 3 with a Micromembrane pump 4 is connected to reservoir 1 and micromembrane pump 4 are combined to form an interchangeable pump unit 39, the reservoir being pre-filled with an auxiliary liquid 25
  • a dosing control 19 with a microcontroller 20, control panel 21, display 22, power supply 23, which is connected to the micro-diaphragm pump 4 via a level adjustment 24 (and separable contacts) .
  • Microcontroller 20 also has a connection to an optical sensor 40, which is one dispensing line 41 connected to the outlet of the micro-diaphragm pump 4 is assigned to the end of the dispensing line 41, an exchangeable pipette tip 42 is attached which has an aerosol filter 43 at its plug-in opening and a metering opening 8 'at its end
  • This system works as an air cushion pipette.
  • the auxiliary liquid 25 is shifted by the micromembrane pump 4 so that the liquid column is detected by the sensor 40. Then the system has reached its zero position.
  • the micromembrane pump 4 shifts the liquid column so that it closes like a pipette piston Dosing liquid is sucked into or ejected from the pipette tip 42.
  • the desired dosing volume is achieved via the control of the known stroke volume of the micromembrane pump 4. After a dosing process, the pipette tip 40 and part of the liquid column can be discarded.
  • a new pump unit is used 39 used
  • the control of the metering quantity is also based on the reproducible and therefore calibratable stroke volume of the micromembrane pump 4.
  • the auxiliary fluid column for a calibration of the stroke volume is shifted between the two optical sensors 40 ', 40 "if a diluter 44 ', several liquid quantities Vi, V 2 to V n can be sucked in separately from each other by air bubbles and mixed in the desired quantity ratio when dispensed
  • FIG. 6 differs from the embodiment according to FIG. 4 in that a second sensor 40 "is present, which is also connected to the metering control 19 and is displaceable along the discharge line 41.
  • the sensor 40" is fastened to a nut 46 which is fastened by means of a spindle 47 is displaceable, which is held in rotary bearings 48, 49.
  • the spindle 47 has a rotary wheel 50 for manual adjustment. It also carries an encoder 51, which is read by the metering control 19
  • the distance between the sensors 40 ', 40 is set so that it corresponds to the desired metering volume. speaks The dosing control 19 then shifts the auxiliary liquid column between the positions of the sensors 40 ', 40 "in order to draw liquid into the pipette tip 42 or to eject it from the latter
  • a reservoir 52 has an essentially plate-shaped plastic body 53, in which an essentially spiral, capillary liquid channel 54 is formed, which has straight and interconnected channel sections.
  • the liquid channel 54 is in the plastic body of an upwardly open, U-shaped groove It is delimited at the top by a cover plate 55, which can also be made of plastic.
  • the cover plate can advantageously be welded without a gap using a laser method, ultrasonically jointed or heat-sealed as a film
  • the design of the reservoir 52 made of plastic favors a large storage volume
  • the outer end of the liquid channel 54 opens into a front side of the plastic body 53 in a filling opening 56. This can be closed by means of a filter 57, which is slightly pressed into the liquid channel 54.
  • the filter 57 enables air compensation when emptying the reservoir 52, but prevents contamination of the liquid in the liquid channel and the environment through the liquid. Wetting properties of the filter 57 can also prevent liquid from escaping to the outside
  • a capillary passage opening 58 extends through the plastic body 53.
  • the passage opening 58 opens out above the entrance of a microsystem technology nically designed delivery device 59
  • This is a plate-shaped semiconductor chip (dosing chip) which is inserted in a step 60 on the underside of the plastic body 53.
  • the delivery device 59 can be a free-jet metering device in particular
  • Capillary forces acting on the filled liquid in the liquid channel 54 force the liquid through the passage opening 58 into the delivery device 59, from which it is released.
  • the capillary forces also counteract an unintentional leakage of the liquid from the filling opening 56.
  • the spiral arrangement of the liquid channel prevents that the liquid thread in the liquid channel 54 tears due to accelerations that can occur during handling, for example due to a fall. Such accelerations essentially result in forces perpendicular to the wall of the liquid channel 54, which in turn causes bubbles to occur which can interfere with the metering process, is prevented
  • a reservoir can also have two wound foils, which are at a short distance from one another and form a spiral liquid channel.
  • An embodiment with a wound capillary e.g. with a wound hose
  • a reservoir 61 has a base plate 62 and an associated receiving body 63, in which a rectangular storage space 64 is formed. From the storage space 64, liquid is supplied through a supply capillary 65 to a conical nozzle 66 on the other side of the base plate 62
  • Hook-shaped snap elements 67 protrude from the sides of the base plate 62.
  • a delivery device in the form of a semiconductor chip 68 (dosing chip) is held with respect to the base plate 62 in such a way that the connecting piece 66 presses against a sealing surface around an inlet 69 of the delivery device 68, reservoir 61 and dosing chip 68 together form a fluid module
  • the reservoir 61 can be made entirely of plastic.
  • the configuration of the feed capillary 65 is favored by its formation from two parts 62, 63
  • FIG. 10 shows a fluid module 70 of a similar design, but with the reservoir 61 'projecting laterally beyond the dosing chip 68.
  • the storage space 64 'for liquid is formed, which extends into the base plate 62' as well extends into the receiving body 63 '
  • the semiconductor chip 68 has its metering opening at 71, from which liquid is dispensed in the dispensing direction (arrow A).
  • the fluid module 70 is directed downward so that the storage space 64 'is always arranged above the supply capillary 65' care of the dosing chip 68 by gravity and the action of the feed capillary 65 '
  • an actuation module 72 has a receiving shaft 73 at the lower end, into which a fluid module 70 according to FIG. 10 is inserted. It is held on the projecting section of its reservoir 61 '. In the case shown, between elastic pressure elements 74, 75, one of which against the base plate 62 'and the other against the receiving body 63'. Furthermore, the actuation module 72 has assigned an actuator 76 to the receiving shaft 73, which rests without a gap on a membrane of the dosing chip 68.
  • holding tongs 77, 78 print the dosing chip 68 with the membrane against the Actuator 76
  • the holding tongs 77, 78 are closed at the end of the axial insertion movement of the fluid module 70 in direction E into the receiving shaft 73.
  • FIG. 13 shows a section of a fluid module 70 'consisting of a dosing chip 68' and a reservoir 61 ', the storage space 64 "of which is connected at one end to a supply capillary 65" to the dosing chip 68' and on the other side is open to the atmosphere.
  • a piston 79 is inserted in a sealing manner. This seals off the storage space 64 "from the atmosphere and brings about a pressure equalization by adding pressure through the supply capillary 65" when the liquid is withdrawn.
  • the piston 79 can also be used to actuate liquid from the outside into the supply capillary 65 "and to print into the dosing chip 68 '.
  • the piston 79 can be pulled out in order to refill the reservoir 61'
  • FIG. 14 shows a section of another fluid module 70 ", the reservoir 61" of which also has a storage space 64 '", the opening to the atmosphere of which is closed by a bag or balloon 80 made of flexible material (for example silicone).
  • the reservoir 61" is transverse to Storage space 64 '"divided and the balloon 80 is clamped on the edge in the division plane between the two molded part halves of the reservoir 61"
  • the balloon 80 also shields the liquid in the storage space 64 '"from the atmosphere. However, if liquid is discharged from the storage space 64'" through the supply capillary 65 '"to the dosing chip 68', the flexible balloon 80 adapts to the respective liquid volume by deformation. as indicated in the drawing for two situations in thin lines 80 ', 80 ". If the restoring force of the balloon 80 is negligible, refilling is facilitated.
  • a balloon 80 made of elastic material can support the liquid requirement to the dosing chip 68'
  • the balloon 80 can also consist of a material which can be pierced by the hollow needle of a filling device and which heals itself after the hollow needle has been pulled out at the puncture site
  • the fluid modules 70 ′ ′′ shown in FIGS. 15 to 19 can fundamentally have a structure as is shown in particular in FIGS. 7 to 10. They all have a reservoir, but they essentially have one box-shaped housing 81, which has a dispensing head 82 at the bottom, which has the metering opening at the lower end
  • a temperature-adjustable carrier 83 which is box-shaped and has a plurality of receptacles 84 for fluid modules 70'" which are open towards the top and have a cross section corresponding to the box-shaped part of the housing 81.
  • the receptacles 84 have a wall which tightly surrounds the fluid modules 70 '"used.
  • the walls of the receptacles 84 are surrounded by at least one cavity of the carrier 83, into which a temperature fluid can be filled in order to form a cow battery.
  • the temperature fluid can be act as a brine
  • the salt concentration in the cow's accumulators can be adjusted, which influences the melting temperature.
  • the concentration is adjusted so that the melting temperature is minus 10 ° C in order to cool the fluid modules 70 '"accordingly. to be reached
  • the set temperature is on a label t 85 noted, which is glued to the outside of the carrier 83
  • the fluid modules 70 ''' can be color-coded and / or labeled, for example on an outer surface 86.
  • Corresponding color tabs or plug-in elements 87 can be arranged in corresponding receptacles 88 or places next to the receptacles 84 in which the correspondingly encoded fluid modules 70'"are located or to which they are to be assigned. This prevents confusion between different fluid modules 70 ′ ′′
  • Such a temperature control system can be used to store filled fluid modules 70 ′′ in the laboratory refrigerator, at the workplace and for transport
  • a fluid module 70 is inserted into an actuation module 72 ', from which, however, in contrast to FIG. 11, it protrudes.
  • the fluid module 70' "is aligned with an actively tempered carrier 83 '.
  • This has a single receptacle 84' with a complementary cross section to that of the housing 81 of the fluid module 70 '"and a downwardly projecting housing section 72" of the actuation module 72', which will be discussed in connection with FIG. 19.
  • the carrier 83 ' Have Peltier elements These are supplied with power via a connecting cable 89.
  • the carrier 83 ′ can have a heat sink 90 on the outside
  • This cooling system is particularly suitable for stationary arrangement at the workplace.
  • the heat sink 90 also favors use for transport purposes and charging in a laboratory refrigerator
  • a fluid module 70' By attaching an actuation module 72 ', a fluid module 70' "can be removed from the respective carrier 83 or 83 '
  • FIG. 17 and 18 show a fluid module 70 '"which has a coding 91 on the housing 81, more precisely on an upper edge thereof.
  • the coding 91 is formed by the fact that at certain locations 92, 92', 92", 92 '"there is a depression 93 or no depression
  • an actuation module has a scanning device 94 which, at the places 92, 92 ', 92 ", 92'", corresponds to probe pins 95 or other sensors which can detect the absence and / or the presence of a recess 93 the actuation module can recognize the fluid module 70 '' used in each case
  • FIG. 19 again shows the lower part of the actuation module 72 'with the fluid module 70' "inserted, in order to explain a further peculiarity of this system.
  • the actuation module 72' has a housing section 72 projecting laterally and downwards ", in which a laser diode 96 is arranged. It is aligned in such a way that it characterizes the movement axis and the impact point of the liquid emitted by the fluid module 70 '". As can be seen better from FIG.
  • the radiation axis 98 of the laser diode 96 intersects the movement axis 99 for this purpose of the liquid emerging from the dispensing head 82 at an acute angle ⁇ and is focused on the point of intersection with the movement axis 99. If a substrate 100 with its surface is exactly in the point of intersection, the light beam 98 marks the point of impact exactly in the event of deviations in the position of the substrate 100 in a focus area 101 around the intersection The marking is only in a target area 102 on the surface of the substrate, which is very small due to the acute cutting angle ⁇
  • the housing section 72 ′′ can also house an optical fiber that aligns the light of a laser diode with the radiation axis 98
  • the dosing chip 68 is rectangular, but has a beveled one Corner 103 on In a lower layer 104, a delivery device, which is a free jet meter and possibly a micro-diaphragm pump, is formed in semiconductor technology.This has its metering opening in the lower section 103 'of the beveled corner. The movement axis 99' of the liquid jet is perpendicular to the bevel of the Corner 103 aligned
  • the layer 104 there is a glass layer 105 which has a light-guiding structure.
  • the light-guiding structure guides light from an external light source 106, which is assigned to one side of the glass layer 105, to an upper section 103 "of the chamfered corner 103.
  • an external light source 106 which is assigned to one side of the glass layer 105
  • an upper section 103 "of the chamfered corner 103 there is the glass layer 105 a micromechanically manufactured lens 107 is integrated.
  • the bundled light emerges perpendicular to the bevel of the corner 103 along the radiation axis 98 ', which is parallel to the movement axis 99' of the liquid
  • the outside of the glass layer can have a light-tight cover 108 in order to avoid light losses
  • a reservoir for liquid can be integrated in the layer 104 or 105.
  • the reservoir can also be formed by an additional layer in microsystem technology, or it can be superimposed in a conventional design or arranged externally
  • liquid delivery can be indicated by a perceptible signal, for example an acoustic signal, a “flickering” of the light pointer or simply by a marked pressure point on an actuation button

Abstract

A micrometering system has a reservoir (1), a micromembrane pump the inlet of which is connected to the reservoir (1), a free jet meter (6) the inlet of which is connected to the outlet of the micromembrane pump (4), a metering hole (8) connected to the outlet of the free jet meter (6) and a metering control (19) which co-operates with the micromembrane pump (4) and free jet meter.

Description

Mikrodosiersystem Microdosing system
Die Erfindung bezieht sich auf ein Mikrodosiersystem zum Dosieren von Flussigkeitsvolumina im Bereich von etwa einem Nanoliter bis zu einigen MikroliternThe invention relates to a microdosing system for dosing liquid volumes in the range from about one nanoliter to a few microliters
Bei den bekannten Dosiersystemen wird grob zwischen Pipetten, Dispensern und Multifunktionsdosierern unterschieden Alle drei Gruppen können nach zwei unterschiedlichen physikalischen Prinzipien arbeiten Entweder wird die Dosierung der Flüssigkeit durch ein Luftpolster vermittelt, oder es findet eine Direktverdrangung der Flüssigkeit ohne zwischenliegendes Luftpolster statt Ferner werden Festvolumenpipetten von Pipetten mit einstellbarem Volumen unterschieden Die Dosiermengen liegen zwischen 0,5 μl und 2500 μlIn the known dosing systems, a rough distinction is made between pipettes, dispensers and multifunctional dosing devices.All three groups can work according to two different physical principles.Either the dosing of the liquid is mediated by an air cushion, or the liquid is directly displaced without an air cushion in between differentiated with adjustable volume The dosing quantities are between 0.5 μl and 2500 μl
Kolbenhubpipetten können als feste oder einstellbare Pipetten ausgeführt sein und arbeiten in einem Volumenbereich von weniger als 1 μl bis zu 10 ml Die Probe wird in eine Kunststoffspitze eingesogen, wobei sie durch ein Luftpolster vom Kolben in der Pipette getrennt ist Da das Gewicht der Flus- sigkeitssaule an dem Luftpolster „hangt" entsteht ein zu korrigierender Pi- pettierfehlerPiston stroke pipettes can be designed as fixed or adjustable pipettes and operate in a volume range of less than 1 μl up to 10 ml. The sample is drawn into a plastic tip, whereby it is separated from the piston in the pipette by an air cushion as the weight of the liquid column a pipetting error to be corrected "hangs" on the air cushion
Nach dem Prinzip der Direktverdrangung arbeitende Pipetten oder Dispenser haben diese Fehler nicht Sie kommen insbesondere beim Dosieren von Flüssigkeit mit hohen Dampfdrucken, hohen Viskositäten, hohen Dichten und in der Molekularbiologie - z B bei der Polymerasekettenreaktion - zum Einsatz Sie haben Spitzen oder Spritzen mit integriertem Kolben, der mit einer Antriebseinrichtung der Pipette gekoppelt wird Mehrkanalpipetten, Dispenser und elektronische Dosiersysteme arbeiten nach den vorstehenden Prinzipien Mehrkanalpipetten können durch mehrere gleichartige Dosierungen die Anzahl notwendiger Pipettiervorgange erheblich reduzieren Das ist auch bei Dispensern der Fall, die eine aufgenommene Flussigkeitsmenge schrittweise abgeben, und die es auch in Mehr- kanalausfuhrung gibt Elektronische Pipetten und Dosiersysteme erlauben Pipettierungen mit hoher Reproduzierbarkeit und haben aufgrund integrierter Dispensierfunktion ein breites Anwendungsgebiet Sie arbeiten in einem Volumenbereich von 1 μl bis 50 mlPipettes or dispensers that work on the principle of direct displacement do not have these errors. They are used in particular when dispensing liquid with high vapor pressures, high viscosities, high densities and in molecular biology - e.g. in the polymerase chain reaction - You have tips or syringes with an integrated piston , which is coupled to a drive device of the pipette Multi-channel pipettes, dispensers and electronic dosing systems work according to the above principles. Multi-channel pipettes can significantly reduce the number of necessary pipetting processes by using several doses of the same type. This is also the case for dispensers that gradually dispense a quantity of liquid that has been taken in, and which are also available in multi-channel versions. Electronic pipettes and Dosing systems allow pipetting with high reproducibility and have a wide range of applications due to the integrated dispensing function. They work in a volume range from 1 μl to 50 ml
Eine genaue, einfache und kostengünstige Dosierung geringerer Flussigkeitsvolumina wäre wünschenswert Dann konnten chemische Analysen genauer, schneller und kostengünstiger durchgeführt werden, letzteres auch wegen des geringeren Medienverbrauchs Hierdurch konnten neue Routinediagnosen, z B im Bereich der medizinischen Versorgung oder im Umweltschutz ermöglicht werden, die bisher nur schwer zu realisieren oder zu teuer waren Bei Anwendungen im Bereich der Biotechnologie (z B Sequenzierung von Genen, Genomanalyse) konnte durch eine Verbesserung der Do- sierqualitat der Informationsgehalt der Untersuchungen vergrößert werden Eine wesentliche Verbesserung der Dosiersysteme im Bereich der Biotechnologie konnte u a zu Fortschritten in der Nutztier- und Nutzpflanzenentwicklung und der Bekämpfung pilzartiger, bakterieller und viraler Infektionskrankheiten führenAccurate, simple and inexpensive dosing of smaller liquid volumes would be desirable. Chemical analyzes could then be carried out more precisely, faster and more cost-effectively, the latter also because of the lower media consumption.This enabled new routine diagnoses, e.g. in the area of medical care or environmental protection, which were previously only possible difficult to implement or too expensive In applications in the field of biotechnology (eg sequencing of genes, genome analysis), the information content of the investigations could be increased by improving the dosing quality. A substantial improvement in the dosing systems in the field of biotechnology could, among other things, lead to advances in the development of livestock and crops and the control of fungal, bacterial and viral infectious diseases
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein genaues und einfaches Mikrodosiersystem mit einem Dosiervolumen im Bereich von wenigen Nanoliter bis wenigen Mikroliter zu schaffen Die Aufgabe wird durch verschiedene Mikrodosiersysteme gelost, deren Merkmale in den Ansprüchen 1, 13, 21, 25, 36, 43, 60, 67, 72 und 74 angegeben sind Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Systeme sind in den Un- teranspruchen angegebenBased on this, the object of the invention is to create an accurate and simple microdosing system with a dosing volume in the range from a few nanoliters to a few microliters The object is achieved by various microdosing systems, the features of which are specified in claims 1, 13, 21, 25, 36, 43, 60, 67, 72 and 74. Advantageous configurations of these systems are specified in the subclaims
Die erste Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mitThe first solution concerns a microdosing system
- einem Reservoir, einer Mikromembranpumpe, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist, einem Freistrahldosierer, dessen Eingang mit dem Ausgang der Mikromembranpumpe verbunden ist, einer mit dem Ausgang des Freistrahldosierers verbundenen Dosieroff- nung unda reservoir, a micromembrane pump, the input of which is connected to the reservoir, a free-jet metering device, the input of which is connected to the output of the micromembrane pump, a metering opening connected to the output of the free-jet metering device, and
- einer mit Mikromembranpumpe und Freistrahldosierer in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A metering control that is operatively connected to the micro diaphragm pump and free jet metering device
Das Reservoir kann vor oder nach Integration in das Mikrodosiersystem mittels externer Einrichtungen mit Flüssigkeit vorbefüllt sein oder mittels der Mikromembranpumpe mit Flüssigkeit befullt werden Die Flüssigkeit kann ein Reagenz sein, z B ein Enzym Die Mikromembranpumpe kann ferner Flüssigkeit aus dem Reservoir oder von außen in den Freistrahldosierer pumpen Der Freistrahldosierer kann die eingepumpte Flüssigkeit im Freistrahl abgeben Die Freistrahlfahigkeit ermöglicht ein verschleppungsfreies Dosieren von Dosiermengen im Bereich von einem Nanoliter bis zu einigen Mikrolitern bei hohen Dosiergenauigkeiten Wenn die Mikromembranpumpe arbeitet und der Freistrahldosierer ruht, kann das System eine Flussigkeitsmenge aus der Dosieroffnung ablaufen lassen, die auf ein Sub- strat dosiert werden kann Hierbei können auch größere Dosiermengen abgegeben werden Ferner kann die Mikromembranpumpe bei ruhendem Freistrahldosierer eine Hilfsflussigkeitssaule (z B Wasser) antreiben, die aus dem Reservoir stammen oder von außen angesaugt sein kann, wobei die Hilfsflussigkeitssaule als Pipettenkolben eines Luftpolster- oder eines Dicht- verdrangersystems fungiertBefore or after integration into the microdosing system, the reservoir can be pre-filled with liquid by means of external devices or filled with liquid by means of the micromembrane pump. The liquid can be a reagent, for example an enzyme. The micromembrane pump can also be liquid from the reservoir or from the outside into the free-jet metering device Pumping The free jet dispenser can dispense the pumped liquid in the free jet. The free jet capability enables dosing quantities in the range from one nanoliter to a few microliters with high dosing accuracies without carry-over. that on a sub- Strate dosing can also be carried out here. Larger dosing quantities can also be dispensed. Furthermore, when the free-jet dosing device is at rest, the micromembrane pump can drive an auxiliary liquid column (e.g. water), which can come from the reservoir or can be sucked in from the outside, the auxiliary liquid column being a pipette piston of an air cushion or seal - Verdrangersystems acts
Die Dosiermenge kann bei Frei Strahlabgabe über das Verdrangungsvolumen der Freistrahleinrichtung und im übrigen über das Schlagvolumen oder mehrere Schlagvolumina der Mikromembranpumpe gesteuert werdenIn the case of free jet delivery, the metered quantity can be controlled via the displacement volume of the free jet device and, moreover, via the stroke volume or several stroke volumes of the micromembrane pump
Die zweite Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem kompressiblen Reservoir, aus dem Flüssigkeit durch Komprimieren inThe second solution concerns a microdosing system with a compressible reservoir from which liquid can be compressed by
- einen Freistrahldosierer beforderbar ist, dessen Eingang mit dem Reservoir verbunden ist, einer mit dem Ausgang des Freistrahldosierers verbundenen Dosieroff- nung und einer mit dem Freistrahldosierer in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A free jet dosing device can be required, the input of which is connected to the reservoir, a metering opening connected to the output of the free jet metering device and a metering control that is operatively connected to the free jet metering device
Das Reservoir kann vor oder nach der Integration in das Mikrodosiersystem mittels externer Einrichtungen mit Flüssigkeit (z B Reagenz, Enzym) befullt werden Der Freistrahldosierer wird durch einfaches oder mehrfaches Komprimieren des Reservoirs befullt Hierfür kann das Reservoir eine von außen zugangliche, bewegliche Wand aufweisen Nach dem Befullen kann die Freistrahlabgabe der Flüssigkeit aus der Dosieroffnung erfolgen Dafür steuert die Dosiersteuerung den Freistrahldosierer in den Freistrahlbetrieb Die Dosiermenge kann über das Verdrangungsvolumen des Freistrahldosierers gesteuert werdenThe reservoir can be filled with liquid (e.g. reagent, enzyme) using external devices before or after integration into the microdosing system. The free-jet dosing device is filled by simply or repeatedly compressing the reservoir. For this purpose, the reservoir can have an externally accessible, movable wall The free-jet dispensing of the liquid from the metering opening can be carried out for this purpose. The metering control controls the free-jet metering device in free-jet mode The dosing quantity can be controlled via the displacement volume of the free jet dosing device
Die dritte Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem einzigen Reservoir,The third solution concerns a microdosing system with a single reservoir,
- einem Freistrahldosierer, dessen Druckkammer das vorgenannte Reservoir ist, das- A free jet dosing device, the pressure chamber of which is the aforementioned reservoir, the
- zu einer Dosieroffnung hin geöffnet ist und- is open to a metering opening and
- einer mit dem Freistrahldosierer in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A metering control that is operatively connected to the free jet metering device
Die Druckkammer des Freistrahldosierers kann vor oder nach Integration in das System mittels externer Einrichtungen mit Flüssigkeit befüllt werden Für eine Freistrahlabgabe der Flüssigkeit aus der Dosieroffnung steuert die Dosiersteuerung die Freistrahleinrichtung in den Frei strahlbetrieb Die Dosiermenge kann über das Verdrangungsvolumen des Freistrahldosierers gesteuert werden, d h über das bei Bewegung der Membran des Freistrahldosierers verdrängte Volumen Zwecks Abgabe von mehreren Dosiermengen kann das Verdrangungsvolumen der Membran in mehreren Schritten gesteuert werdenThe pressure chamber of the free jet dosing device can be filled with liquid before or after integration into the system by means of external devices. For free jet delivery of the liquid from the metering opening, the metering control controls the free jet device in free jet mode. The metering quantity can be controlled via the displacement volume of the free jet metering device, i.e. via the Volume displaced when the diaphragm of the free jet dispenser moves For the purpose of dispensing several dosing quantities, the displacement volume of the diaphragm can be controlled in several steps
Die vierte Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem Reservoir, einer Mikromembranpumpe, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist,The fourth solution relates to a microdosing system with a reservoir, a micromembrane pump, the input of which is connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang der Mikromembranpumpe verbundenen Dosieroffnung und - einer mit der Mikromembranpumpe in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung,- A metering opening connected to the outlet of the micromembrane pump and a metering control that is operatively connected to the micromembrane pump,
- wobei Mikromembranpumpe und Reservoir in Mikrosystemtechnik oder Hybridtechnik zu einem auswechselbar mit einem Betatigungsmodul verbundenen Bauteil zusammengefaßt sind- Micro-diaphragm pump and reservoir in microsystem technology or hybrid technology are combined to form a component which can be exchanged and connected to an actuation module
Das Reservoir kann vor der Integration in das System oder danach von außen mit Flüssigkeit (z B Reagenz, Enzym) befullt werden oder mittels der Mikromembranpumpe befullt werden, die entsprechend von der Dosiersteuerung gesteuert werden kann Für die Abgabe von Flüssigkeit aus der Dosieroffnung steuert die Dosiersteuerung die Mikromembranpumpe in den Pumpbetrieb Die Dosiermenge kann über das Schlagvolumen der Mikromembranpumpe gesteuert werden Nach Entleerung des Systems können Mikromembranpumpe und Reservoir, die in Mikrosystemtechnik oder Hybridtechnik zu einem auswechselbaren Bauteil zusammengefaßt sind, gegen ein anderes Bauteil ausgetauscht werden, das bereits vorbefüllt sein kannThe reservoir can be filled with liquid (e.g. reagent, enzyme) from outside or after integration into the system or filled with the micro membrane pump, which can be controlled accordingly by the dosing control. The dosing control controls the dispensing of liquid from the dosing opening the micromembrane pump in pump mode The dosing quantity can be controlled via the stroke volume of the micromembrane pump After the system has been emptied, the micromembrane pump and reservoir, which are combined in microsystem technology or hybrid technology to form an interchangeable component, can be exchanged for another component that can already be pre-filled
Das Betatigungsmodul hat insbesondere die Funktion eines Halters für das Bauteil und kann insbesondere ein Handgriff (bei einem Handgerat) oder eine stationäre Vorrichtung sein Das Betatigungsmodul kann grundsatzlich samtliche Komponenten des Systems aufweisen, die nicht zum auswechselbaren Bauteil gehören Eine Verbindung oder Kopplung solcher Komponenten mit dem Bauteil kann insbesondere mechanisch, über elektrische Steckverbindungen, Optokoppler etc erfolgen Das Betatigungsmodul kann insbesondere Betatigungseinrichtungen (Schalter, Taster, Befestigungselemente etc ) und/oder Anzeigeeinrichtungen (LCD-Display etc ) und/oder Antriebseinrichtungen und/oder die Dosier Steuerung umfassen Das gilt auch bei samtlichen anderen Losungen, die ein Betatigungsmodul aufweisen könnenThe actuation module has, in particular, the function of a holder for the component and can in particular be a handle (in the case of a hand-held device) or a stationary device. The actuation module can in principle have all of the system components that are not part of the replaceable component. A connection or coupling of such components to the Component can in particular be done mechanically, via electrical plug connections, optocouplers etc. The actuation module can in particular include actuation devices (switches, buttons, fastening elements etc) and / or display devices (LCD display etc) and / or drive devices and / or the metering control. This also applies for all other solutions that may have an actuation module
Die fünfte Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem Reservoir,The fifth solution concerns a microdosing system with a reservoir,
- einer Mikromembranpumpe, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist,a micromembrane pump, the inlet of which is connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang der Mikromembranpumpe verbundenen Dosieroffnung und einer mit der Mikromembranpumpe in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung, die die Verschiebung einer Hilfsflussigkeitssaule aus dem Reservoir für ein Ansaugen von Flüssigkeit durch die Dosieroffnung oder ein Austreiben von Flüssigkeit aus der Dosieroffnung durch Steuern der Mikromembranpumpe in den Pumpbetrieb in der einen oder anderen Richtung steuert- A metering opening connected to the outlet of the micromembrane pump and a metering control that is operatively connected to the micromembrane pump, which controls the displacement of an auxiliary liquid column from the reservoir for a suction of liquid through the metering opening or an expulsion of liquid from the metering opening by controlling the micromembrane pump into pumping operation steers in one direction or the other
Das Reservoir kann vor oder nach Integration in das System mit Hilfsflus- sigkeit befullt werden Auch bei dieser Variante bildet die Hilfsflussigkeit einen Kolben, der - entsprechend einem Pipettenkolben - Flüssigkeit durch die Dosieroffnung ansaugt oder austreibt Die Dosiermenge kann über das Schlagvolumen der Mikromembranpumpe gesteuert werden, das bekannt ist oder auf Grundlage einer Kalibrierung entlang einer Meßstrecke ermittelt werden kann Auch kann die Dosiermenge gesteuert werden, indem die Hilfsflussigkeitssaule entlang einer vorgegebenen Strecke verschoben wird, die der Dosierung der gewünschten Menge entsprichtThe reservoir can be filled with auxiliary liquid before or after integration into the system. In this variant, too, the auxiliary liquid forms a piston which - like a pipette piston - draws or drives liquid through the metering opening. The metered quantity can be controlled via the stroke volume of the micromembrane pump. which is known or can be determined on the basis of a calibration along a measuring section. The metering quantity can also be controlled by moving the auxiliary liquid column along a predetermined section which corresponds to the metering of the desired quantity
Die sechste Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem ein Kapillarausgleichssystem aufweisenden Reservoir, einem Freistrahldosierer, dessen Eingang mit dem Kapillarausgleichssystem verbunden ist, einer mit dem Ausgang des Freistrahldosierers verbundenen Dosieroffnung und einer mit dem Freistrahldosierer in Wirkverbindung stehenden DosiersteuerungThe sixth solution relates to a microdosing system with a reservoir having a capillary compensation system, a free jet metering device, the input of which is connected to the capillary compensation system, a metering opening connected to the output of the free jet metering device, and a metering control which is operatively connected to the free jet metering device
Das Kapillarausgleichssystem dient der Speicherung und dem kapillaren Transport der Flüssigkeit aus dem Reservoir in den Freistrahldosierer Darüber hinaus kann es dem Ausgleich von Schwankungen der Umgebungsbedingungen wie Luftdruck und Temperatur und des vom Freistrahldosierer verbrauchten Flussigkeitsvolumens dienen Das Kapillarausgleichssystem umfaßt eine oder mehrere zusammenhangende Kapillaren, die das Speichervolumen des Reservoirs bilden Es kann mindestens eine Kapillare mit ma- anderformigem oder vorzugsweise spiralförmigem Verlauf aufweisenThe capillary compensation system is used to store and capillary transport the liquid from the reservoir into the free jet dispenser.It can also compensate for fluctuations in ambient conditions such as air pressure and temperature and the liquid volume consumed by the free jet dispenser.The capillary compensation system comprises one or more connected capillaries that hold the storage volume of the reservoir. It can have at least one capillary with a meandering or preferably spiral shape
Das Kapillarausgleichssystem kann ausschließlich aufgrund des Wirksamwerdens von Kapillarkraften Flüssigkeit aus dem Reservoir in den Freistrahldosierer transportieren, mit dessen Eingang es verbunden ist Hierzu bedarf es grundsatzlich keiner zusatzlichen Saug- oder Druckkräfte, die beispielsweise mittels einer zusatzlichen Pumpe oder eines kompres- siblen Reservoirs aufzubringen warenThe capillary compensation system can only transport liquid from the reservoir into the free-jet metering device, due to the fact that capillary forces take effect, to the inlet of which it is connected. In principle, this does not require any additional suction or pressure forces, which had to be applied, for example, by means of an additional pump or a compressible reservoir
Für eine Freistrahlabgabe der Flüssigkeit aus der Dosieroffnung steuert die Dosiersteuerung den Freistrahldosierer in den Freistrahlbetrieb Dabei können die Kapillarkrafte einen gleichmaßigen Flussigkeitstransport in den Freistrahldosierer bewirken Bei Freistrahlabgabe kann überdies das Kapil- larausgleichssystem verhindern, das Flüssigkeit in das Reservoir zuruckge- druckt wirdFor a free jet delivery of the liquid from the metering opening, the metering control controls the free jet meter into the free jet mode. The capillary forces can effect a uniform liquid transport into the free jet meter. Laral compensation system prevent liquid from being pressed back into the reservoir
Das Kapillarausgleichssystem verhindert, daß bei Beschleunigung, beispielsweise bei einem Sturz des Reservoirs, im gespeicherten Flussigkeits- volumen Blasen auftreten, die den Dosierprozeß stören können Dies ist insbesondere bei maanderformigem und spiralförmigem Verlauf der Kapillare der Fall, da bei einer Beschleunigung im wesentlichen Kräfte senkrecht zur Wandung der Kapillare auftreten Ein ecken- und kantenfreier oder -armer Verlauf der Kapillare, wie er insbesondere bei maanderformigem oder spiralförmigem Kapillarverlauf möglich ist, begünstigt überdies ein Befüllen des Reservoirs ohne BlaseneinschlußThe capillary compensation system prevents bubbles from appearing in the stored liquid volume during acceleration, for example when the reservoir falls, which can disrupt the metering process. This is particularly the case with a meandering and spiral course of the capillary, since when accelerating essentially forces are perpendicular to the Occurrence of the capillary wall A corner and edge-free or low-profile course of the capillary, as is possible in particular with a meandering or spiral-shaped course of the capillary, furthermore favors filling of the reservoir without the inclusion of bubbles
Das Kapillarausgleichssystem kann an zumindest einem, von der Verbindung mit dem Freistrahldosierer entfernten Punkt belüftet sein, damit ein Ausstromen von Flüssigkeit durch Nachstromen von Luft ausgeglichen wird Die Kapillarkrafte verhindern dann zugleich, daß das Reservoir auslauft Das Kapillarausgleichssystem kann aber auch von einem mit der Flüssigkeit wandernden Pfropfen verschlossen sein, der Umgebungskontakt der Flüssigkeit verhindert und zusatzlich einem Auslaufen entgegenwirkt Naturlich kann das Reservoir mit dem Kapillarausgleichssystem auch kompressibel ausgeführt seinThe capillary compensation system can be ventilated at at least one point away from the connection to the free jet dispenser, so that the outflow of liquid is compensated for by the inflow of air.The capillary forces then simultaneously prevent the reservoir from leaking out.The capillary compensation system can also be caused by a migrating with the liquid Be plugged closed, the environmental contact of the liquid prevents and additionally counteracts leakage Of course, the reservoir with the capillary compensation system can also be designed to be compressible
Ein Reservoir mit einem Kapillarausgleichssystem kann vorteilhaft auch bei den übrigen Losungen für ein Mikrodosiersystem zum Einsatz kommen Das Patentbegehren bezieht diese Varianten einA reservoir with a capillary compensation system can also advantageously be used in the other solutions for a microdosing system. The patent application includes these variants
Die siebte Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem Reservoir aus Kunststoff,The seventh solution concerns a microdosing system a plastic reservoir,
- einer im wesentlichen plattenformigen, als mikrosystemtechnisches Bauteil ausgeführten Fordereinrichtung mit einer Mikromembranpumpe und/oder einem Freistrahldosierer, wobei das Reservoir und das Bauteil in überdeckender Beziehung aneinander befestigt sind der Eingang der Fordereinrichtung mit dem Reservoir verbunden ist, einer mit dem Ausgang der Fordereinrichtung verbundenen Dosieroffnung und- An essentially plate-shaped, designed as a microsystem component delivery device with a micromembrane pump and / or a free jet dispenser, the reservoir and the component being fastened to one another in an overlapping relationship, the input of the delivery device being connected to the reservoir, a metering opening connected to the outlet of the delivery device and
- einer mit der Fordereinrichtung in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A metering control that is operatively connected to the delivery device
Somit basiert dieses Mikrodosiersystem auf einem Hybridbauteil, welches das Reservoir aus Kunststoff und die mikrosystemtechnische Fordereinrichtung umfaßt Hierdurch werden verhältnismäßig großvolumige Reservoirs begünstigt, anders als bei einem Mikrodosiersystem, bei dem Reservoir und Fordereinrichtung als mikrosystemtechnisches Bauteil ausgeführt sind Zugleich wird durch diese Ausgestaltung der Aufbau des Mikrodosiersystems begünstigt, insbesondere wenn das Hybridbauteil auswechselbar mit einem Betatigungsmodul verbunden istThus, this microdosing system is based on a hybrid component, which comprises the plastic reservoir and the microsystem-technical delivery device. This favors relatively large-volume reservoirs, unlike a microdosing system in which the reservoir and delivery device are designed as a microsystem-technical component. At the same time, this configuration enables the construction of the microdosing system favored, especially if the hybrid component is replaceably connected to an actuation module
Ein entsprechendes Hybridbauteil kann vorteilhaft auch bei den übrigen Losungen für ein Mikrodosiersystem vorhanden sein Das Patentbegehren bezieht diese Varianten einA corresponding hybrid component can advantageously also be present in the other solutions for a microdosing system. The patent application includes these variants
Die achte Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem Reservoir, einer Fordereinrichtung mit einer Mikromembranpumpe und/oder einem Freistrahldosierer, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist, einer mit dem Ausgang der Fordereinrichtung verbundenen Dosieroffnung, einer in Wirkverbindung mit der Fordereinrichtung stehenden Dosiersteuerung, einem Betatigungsmodul, mit dem das das Reservoir umfassende Bauteil auswechselbar verbunden ist, und - einem temperierbaren Trager, in den das aus dem Betatigungsmodul entnommene Bauteil einsetzbar istThe eighth solution relates to a microdosing system with a reservoir, a delivery device with a micromembrane pump and / or a free-jet metering device, the input of which is connected to the reservoir, a metering opening connected to the output of the delivery device, a metering control in operative connection with the delivery device, an actuation module with which the component comprising the reservoir is exchangeably connected, and a temperature-controlled carrier in which the component removed from the actuation module can be inserted
Dieses Mikrodosiersystem begünstigt die Dosierung temperaturempfindlicher Substanzen Das Bauteil, welches das Reservoir umfaßt, kann mindestens eine weitere Komponente des Mikrodosiersystems umfassen, beispielsweise zumindest einen Teil der Fordereinrichtung und/oder die Dosiersteuerung Es kann als Hybridbauteil oder insgesamt mikrosystemtechnisch ausgeführt sein Durch Einsetzen des Bauteils in einen temperierbaren Trager vor und/oder nach dem Dosieren wird eine gezielte und damit energetisch gunstige Temperierung der Dosierflussigkeit ermöglicht Der Trager kann der Aufbewahrung eines oder mehrerer Bauteile in einem Laborkuhl- schrank dienen Er kann aber auch zum Transportieren mindestens eines Bauteiles zwischen einem Kühlschrank und dem Arbeitsplatz dienen Ferner kann der Trager die Bauteile am Arbeitsplatz temperieren Für den Trager kommen insbesondere passive Temperiersysteme in Betracht, beispielsweise mit einem mit Sole gefülltem Kuhlakku Er kann aber auch ein aktives Temperiersystem haben, insbesondere mit einem Peltierelement Das System ist insbesondere für die Dosierung von Enzymen geeignetThis microdosing system favors the dosing of temperature-sensitive substances.The component which comprises the reservoir can comprise at least one further component of the microdosing system, for example at least part of the delivery device and / or the dosing control.It can be designed as a hybrid component or as a whole microsystem technology by inserting the component into one Temperature-adjustable carrier before and / or after dosing enables a targeted and thus energetically favorable temperature control of the dosing liquid. The carrier can be used to store one or more components in a laboratory refrigerator. However, it can also be used to transport at least one component between a refrigerator and the workplace Furthermore, the wearer can temper the components at the workplace. In particular, passive temperature control systems come into consideration for the wearer, for example with a cow battery filled with brine. However, it can also be an active temp erier system, especially with a Peltier element. The system is particularly suitable for the dosing of enzymes
Soweit die übrigen Losungen für ein Mikrodosiersystem ein auswechselbares Bauteil aufweisen, welches das Reservoir umfaßt, können sie ebenfalls einen temperierbaren Trager aufweisen Das Patentbegehren bezieht diese Varianten einIf the other solutions for a microdosing system have an interchangeable component that includes the reservoir, they can also have a temperature-adjustable carrier The patent application includes these variants
Die neunte Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem Reservoir,The ninth solution concerns a microdosing system with a reservoir,
- einer Fordereinrichtung mit einer Mikromembranpumpe und/oder einem Freistrahldosierer, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist, einer mit dem Ausgang der Fordereinrichtung verbundenen Dosieroffnung,a delivery device with a micromembrane pump and / or a free-jet metering device, the inlet of which is connected to the reservoir, a metering opening connected to the outlet of the delivery device,
- einer in Wirkverbindung mit der Fordereinrichtung stehenden Dosiersteuerung,- a metering control in operative connection with the delivery device,
- wobei ein das Reservoir und/oder die Fordereinrichtung umfassendes Bauteil auswechselbar mit einem Betatigungsmodul verbunden ist, eine Codierung aufweist und das Betatigungsmodul eine Abtasteinrichtung für die Codierung des Bauteiles aufweist- Wherein a component comprising the reservoir and / or the conveying device is interchangeably connected to an actuation module, has a coding and the actuation module has a scanning device for coding the component
Die Codierung kann eine Information über eine Fullsubstanz und/oder eine oder mehrere Dosiereigenschaften des auswechselbaren Bauteiles betreffen So kann sie eine Information darüber enthalten, welches Enzym sich in einem Reservoir befindet, wann das Reservoir befullt worden ist, ein Verfallsdatum, welche Menge oder Restmenge Flüssigkeit im Reservoir enthalten ist, welche Dosiermenge die Fordereinrichtung bei einer bestimmten Betätigung oder Ansteuerung abgibt etc Das Betatigungsmodul kann die Codierung mittels der Abtasteinrichtung abtasten, so daß die Information, gegebenenfalls nach Verarbeitung durch eine Auswerteeinrichtung, der Dosierung zugrunde gelegt, angezeigt oder sonstwie verwertet werden kann Entsprechend können auch die übrigen Losungen für ein Mikrodosiersystem mit einer Codierung und einer Abtasteinrichtung ausgestattet sein, sofern sie ein auswechselbar mit einem Betatigungsmodul verbundenes Bauteil aufweisen Das Patentbegehren bezieht diese Varianten einThe coding can relate to information about a full substance and / or one or more dosing properties of the interchangeable component.It can contain information about which enzyme is in a reservoir, when the reservoir was filled, an expiration date, what amount or residual amount of liquid The reservoir contains the dosing quantity which the delivery device delivers when a certain actuation or control is carried out, etc. The actuation module can scan the coding by means of the scanning device, so that the information, if necessary after processing by an evaluation device, can be used as a basis for the dosing, displayed or otherwise used Correspondingly, the other solutions for a microdosing system can also be equipped with a coding and a scanning device, provided that they have a component that is interchangeably connected to an actuation module. The patent application includes these variants
Die zehnte Losung betrifft ein Mikrodosiersystem mit einem Reservoir,The tenth solution concerns a microdosing system with a reservoir,
- einer Fordereinrichtung mit einem Freistrahldosierer und gegebenenfalls einer Mikromembranpumpe, wobei der Eingang der Fordereinrichtung mit dem Reservoir verbunden ist, einer mit dem Ausgang der Fordereinrichtung verbundenen Dosieroffnung, einer in Wirkverbindung mit der Fordereinrichtung stehenden Dosiersteuerung und- A delivery device with a free jet dosing device and possibly a micromembrane pump, the input of the delivery device being connected to the reservoir, a metering opening connected to the outlet of the delivery device, a dosing control in operative connection with the delivery device and
- einer Lichtquelle für einen Lichtstrahl, deren Abstrahlachse so zur Dosieroffnung ausgerichtet ist, daß der Lichtstrahl die Bewegungsachse und/oder den Auftreffort der aus der Dosieroffnung abgegebenen Flüssigkeit kennzeichnet- A light source for a light beam, the emission axis of which is aligned with the metering opening in such a way that the light beam characterizes the axis of movement and / or the point of impact of the liquid dispensed from the metering opening
Bei Freistrahlabgabe kann das Mikrodosiersystem Tropfen bzw Fluidstrah- len ausstoßen, deren gesamtes Flussigkeitsvolumen typischerweise im Bereich von 10 bis 200 nl liegt Diese können nicht mit bloßem Auge erkannt werden, wodurch eine zielgenaue Dosierung beeinträchtigt wird Die Lichtquelle kennzeichnet die Bewegungsbahn und/oder den Auftreffort der Flüssigkeit und ermöglicht hierdurch eine sichere Zufuhr der Dosiermenge an den gewünschten Ort Dieser „Lichtzeiger" kommt bevorzugt bei Ausfuhrung des Mikrodosiersystems als Handgerat zum Einsatz Er kann mittels Laserdiode in das Mikrodosiersystem integriert werden Die Ausrichtung des Lichtstrahles kann direkt, über Lichtleiter oder über eine integrierte Lichtleiterstruktur eines mikrosystemtechnischen Bauteils des Mikrodosiersystems erfolgenWhen dispensing free jet, the microdosing system can eject drops or fluid jets, the total liquid volume of which is typically in the range from 10 to 200 nl. These cannot be seen with the naked eye, which impairs precise dosing. The light source characterizes the path of movement and / or the impact of the Liquid and thereby enables a safe supply of the metered quantity to the desired location. This "light pointer" is preferably used as a hand-held device when the microdosing system is implemented. It can be integrated into the microdosing system by means of a laser diode The light beam can take place directly, via light guides or via an integrated light guide structure of a microsystem component of the microdosing system
Ein solcher Lichtzeiger kann vorteilhaft auch bei den übrigen Losungen für ein Mikrodosiersystem vorhanden sein, die einen Freistrahldosierer aufweisen Das Patentbegehren bezieht diese Varianten einSuch a light pointer can advantageously also be present in the other solutions for a microdosing system which have a free-jet dosing device. The patent application includes these variants
Nachfolgend werden einige Begriffe dieser Anmeldung naher erläutertSome terms of this application are explained in more detail below
Ein „Mikrodosiersystem" ist ein Dosiersystem, das mindestens eine mikro- systemtechnische Komponente umfaßtA “microdosing system” is a dosing system that comprises at least one microsystem component
Eine „mikrosystemtechnische" Komponente ist eine vorzugsweise mikromechanische Komponente, die zumindest teilweise in Halbleitertechnologie, vorzugsweise Siliziumtechnologie hergestellt istA “microsystem technology” component is a preferably micromechanical component that is at least partially manufactured in semiconductor technology, preferably silicon technology
Mikromembranpumpe, Freistrahldosierer und/oder andere Bauteile der er- findungsgemaßen Mikrodosiersysteme können in Mikrosystemtechnik aus einem Halbleiterchip kompakt oder aus mehreren Halbleiterchips in Hybridbauweise hergestellt sein Auch können mikrosystemtechnische Komponenten mit konventionellen Komponenten, z B einem Reservoir aus Kunststoff, zu einem Hybridbauteil kombiniert seinMicromembrane pump, free-jet metering device and / or other components of the microdosing systems according to the invention can be produced in microsystem technology from a semiconductor chip compactly or from several semiconductor chips in hybrid construction. Microsystem technology components can also be combined with conventional components, for example a plastic reservoir, to form a hybrid component
Eine „Mikromembranpumpe" ist eine mikrosystemtechnische Membranpumpe mit Einlaß und Auslaß aufweisender Pumpkammer, einer dieser zugeordneten Pumpmembran und einem dieser zugeordneten elektrostatischem, piezoelektrischem, thermo mechanischem o dgl Antrieb oder Aktor Charakteristisch für eine Mikromembranpumpe ist, daß sie die Flüssigkeit gegen einen im Hinblick auf die Überwindung von Kapillarkraften, Vis- kositatskraften und Oberflachenspannungen begrenzten Gegendruck pumpt Der Pumpdruck reicht nicht dazu, die Flüssigkeit aus einer Dosieroffnung auszustoßen, d h im Freistrahl abzugeben Vielmehr lauft oder tropft die Flüssigkeit aus der Dosieroffnung durch die Erdbeschleunigung getrieben ab Eine Mikromembranpumpe kann jedoch typischerweise - im Vergleich zu einem Freistrahldosierer - große Volumenstrome pumpen Sie ist insbesondere für einen kontinuierlichen Betrieb geeignet und kann je nach Konstruktion in verschiedenen Richtungen pumpen Typisch - aber nicht zwingend erforderlich - ist ferner das Vorhandensein aktiver oder passiver Ventile am Einlaß und/oder Auslaß der PumpkammerA “micromembrane pump” is a microsystem-technical diaphragm pump with a pump chamber having inlet and outlet, a pump membrane assigned to it and an electrostatic, piezoelectric, thermo-mechanical or similar drive or actuator assigned to it It is characteristic of a micromembrane pump that it pumps the liquid against a counterpressure which is limited with regard to overcoming capillary forces, viscosity forces and surface tensions. The pump pressure is not sufficient to expel the liquid from a metering opening, ie to dispense it in the free jet, rather it runs or drips Liquid from the metering opening driven by the acceleration of gravity However, a micromembrane pump can typically - compared to a free jet meter - pump large volume flows.It is particularly suitable for continuous operation and, depending on the design, can pump in different directions.Typical - but not absolutely necessary - is furthermore the presence of active or passive valves at the inlet and / or outlet of the pumping chamber
Ein „Freistrahldosierer" ist ein Dosierelement mit einer Druckkammer, auf die mittels einer Membran und eines darauf wirkenden Aktors ein Druckimpuls auf enthaltene Flüssigkeit ausgeübt werden kann, der zum Ausstoß von Flüssigkeit aus einer Dosieroffnung führt Typischerweise - aber nicht zwingend - ist die Dosieroffnung des Freistrahldosierers an einer Düse ausgeführt Ein Freistrahldosierer ist also dazu in der Lage, ein Flussigkeits- volumen derart zu beschleunigen, daß an der Dosieroffnung die Grenzflächenspannung flüssig/fest überwunden und das Flussigkeitsvolumen abgeschleudert wird Je nach beschleunigtem Volumen kommt es zu einer Tropfen- oder Strahlbildung Der Freistrahldosierer ist vorzugsweise ein mikrosystemtechnisches Element, muß allerdings nicht zwingend mikrosystem- technisch ausgeführt seinA “free jet metering device” is a metering element with a pressure chamber, to which a pressure pulse can be exerted on the liquid contained therein by means of a membrane and an actuator acting thereon, which leads to the ejection of liquid from a metering opening. The metering opening of the free jet metering device is typically - but not absolutely necessary Executed on a nozzle A free jet dosing device is therefore able to accelerate a liquid volume in such a way that the interfacial tension is liquid / solid at the metering opening and the liquid volume is thrown off. Depending on the accelerated volume, drops or jets are formed is preferably a microsystem element, but does not necessarily have to be microsystem technology
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden Zeichnung einiger Ausführungsbeispiele naher erläutert In den Zeichnungen zeigen ein kombiniertes Mikrodosiersystem für Dosierung im Freistrahl, auf ein Substrat oder zum Pipettieren im schematischen Blockbild,The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawing of some exemplary embodiments. Show in the drawings a combined microdosing system for dosing in free jet, onto a substrate or for pipetting in a schematic block diagram,
mikrosystemtechnischer Aufbau der Mikromembranpumpe und des Freistrahldosierers desselben Systems im schematischen Längsschnitt,Microsystem-technical construction of the micro-diaphragm pump and the free jet meter of the same system in a schematic longitudinal section,
Dispenser mit austauschbarer Dosier- und Reagenzeinheit in schema- tischer Blockdarstellung,Dispenser with exchangeable dosing and reagent unit in a schematic block diagram,
ipette mit Inertkolben im schematischen Blockbild,ipette with inert flask in a schematic block diagram,
Dispenser/Diluter mit Inertkolben und Kalibrierstrecke im schematischen Blockbild,Dispenser / diluter with inert flask and calibration section in a schematic block diagram,
ipette mit Inertkolben und verstellbarem Verschiebeweg in schemati- schem Blockbild,ipette with inert flask and adjustable displacement in a schematic block diagram,
ein Reservoir mit spiralförmiger Kapillare auf einem Dosierchip in perspektivischem Sprengbild,a reservoir with a spiral capillary on a dosing chip in a perspective exploded view,
nd 9 ein anderes Reservoir in Schnappverbindung mit einem Dosierchip in Vorderansicht (Fig 8) und im Längsschnitt (Fig 9),9 another reservoir in snap connection with a dosing chip in front view (FIG. 8) and in longitudinal section (FIG. 9),
ein anderes Reservoir in Schnappverbindung mit einem Dosierchip in Seitenansicht mit Ausbruch, 1 und 12 Fußbereich eines Betatigungsmoduls mit eingesetztem Fluidmodul gemäß Fig 10 in einer Seitenansicht (Fig 11) und in einer Vorderansicht (Fig 12),another reservoir in snap connection with a dosing chip in side view with cutout, 1 and 12 foot area of an actuation module with inserted fluid module according to FIG. 10 in a side view (FIG. 11) and in a front view (FIG. 12),
ein Reservoir mit Ausgleichskolben an einem Dosierchip im Teilschnitt,a reservoir with compensation piston on a dosing chip in partial section,
ein Reservoir mit Ausgleichsbeutel an einem Dosierchip im Teilschnitt,a reservoir with compensation bag on a dosing chip in partial section,
passiver Kuhltrager mit Fluidmodulen in Perspektivansicht,passive cooling carrier with fluid modules in perspective view,
aktiver Kuhltrager mit einsteckbereitem Fluidmodul in einem Betatigungsmodul in Perspektivansicht,active cooling carrier with fluid module ready for insertion in an actuation module in perspective view,
und 18 Fluidmodul mit Codierung und darauf ausgerichteter Abtasteinrichtung in Perspektivansicht von vorn (Fig 17) und die Codierung aufweisender Abschnitt des Fluidmoduls in Perspektivansicht von hinten (Fig 18),and 18 fluid module with coding and aligned scanning device in perspective view from the front (FIG. 17) and the coding section of the fluid module in perspective view from the rear (FIG. 18),
und 20 ein Fluidmodul in einem Betatigungsmodul mit Lichtzeiger über einem Substrat in Perspektivansicht (Fig 19) und Fluidstrahl und Lichtstrahl derselben Module in Seitenansicht (Fig 20),and 20 a fluid module in an actuation module with light pointer over a substrate in perspective view (FIG. 19) and fluid jet and light beam of the same modules in side view (FIG. 20),
Dosierchip mit integrierter lichtleitender Struktur in einer Perspektivansicht Bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen sind übereinstimmende Elemente mit denselben Bezugsziffern bezeichnetDosing chip with integrated light-guiding structure in a perspective view In the various exemplary embodiments, corresponding elements are designated with the same reference numbers
Das Mikrodosiersystem gemäß Fig 1 hat ein Reservoir 1, das oben einen Filter 2 für einen Druckausgleich mit der Umgebung hat und unten über eine Leitung 3 mit dem Eingang einer Mikromembranpumpe 4 verbunden ist Deren Ausgang ist über eine Leitung 5 an den Eingang eines Freistrahldosierers 6 angeschlossen, der ausgangsseitig eine Düse 7 mit einer Dosieroffnung 8 aufweistThe microdosing system according to FIG. 1 has a reservoir 1, which has a filter 2 at the top for pressure equalization with the surroundings and is connected at the bottom via a line 3 to the input of a micromembrane pump 4, the output of which is connected via a line 5 to the input of a free jet meter 6 , which has a nozzle 7 with a metering opening 8 on the outlet side
In Fig 2 ist ein Beispiel der mikrosystemtechnischen Ausführung von Mikromembranpumpe 4 und Freistrahldosierer 6 in einem einzigen Bauteil gezeigt Diese Komponenten sind aus mehreren Halbleiterschichten aufgebaut In der untersten Schicht 9 sind die Leitungen 3 und 5 ausgebildet In der dar- uberliegenden Schicht 9a befindet sich die Druckkammer 10 des Freistrahldosierers 6 sowie das Auslaßventil 14 der Mikromembranpumpe 4 Ferner hat sie eine der Druckkammer 10 zugeordnete Membran 13 Die darüber angeordnete Schicht 11 weist die Endabschnitte der Leitungen 3 und 5 auf Eine vierte Schicht 18 bildet das Einlaßventil 14a der Mikromembranpumpe 4 sowie das Gegenlager für das piezoelektrische Stellelement 17 für die Membran 13 Die hierüber angeordnete Schicht 15a bildet die Pumpkammer 12 der Mikromembranpumpe 4 mit der zugeordneten Membran 15 Auf die Membran 15 wirkt ein Stellelement 16, das sich über ein bruckenformiges Gegenlager 18a an der Schicht 15a abstutzt2 shows an example of the microsystem design of the micromembrane pump 4 and free jet meter 6 in a single component. These components are made up of several semiconductor layers. The lines 3 and 5 are formed in the bottom layer 9. The pressure chamber is located in the layer 9a above 10 of the free jet meter 6 and the outlet valve 14 of the micromembrane pump 4 Furthermore, it has a membrane 13 assigned to the pressure chamber 10. The layer 11 arranged above it has the end sections of the lines 3 and 5. A fourth layer 18 forms the inlet valve 14a of the micromembrane pump 4 and the counter bearing for the piezoelectric actuating element 17 for the membrane 13 The layer 15a arranged above forms the pump chamber 12 of the micromembrane pump 4 with the associated membrane 15. An actuating element 16 acts on the membrane 15 and is supported on the layer 15a via a bridge-shaped counter bearing 18a
Wenn sich die Membran 15 der Mikromembranpumpe 4 nach oben aus- wolbt, saugt diese Flüssigkeit durch die Leitung 3 und das Ruckschlagventil 14a an Danach wird die Membran 15 in die gezeigte Ausgangslage zurück- bewegt und die Flüssigkeit durch das Ruckschlagventil 14 in die Leitung 5 und die Druckkammer 10 gedruckt (dabei ist der Flussigkeitsaustritt in die Leitung 3 gesperrt) Danach bewirkt der Piezoaktor 17 eine schlagartige Verkleinerung der Druckkammer 10 und die Flüssigkeit wird durch die Düse 7 ausgestoßenWhen the membrane 15 of the micromembrane pump 4 bulges upwards, this liquid sucks through the line 3 and the check valve 14a. The membrane 15 is then returned to the starting position shown. moved and the liquid is printed through the check valve 14 into the line 5 and the pressure chamber 10 (the liquid outlet into the line 3 is blocked). The piezo actuator 17 then causes a sudden reduction in the pressure chamber 10 and the liquid is expelled through the nozzle 7
Gemäß Fig 1 ist eine Dosiersteuerung 19 vorhanden, die einen Mikrocon- troller 20, ein Bedienfeld (inkl Volumeneingabe) 21, ein Display 22 und eine Energieversorgung in Form einer Batterie 23 aufweist Der Mikrocon- troller 20 ist über eine Pegelanpassung 24 mit der Mikromembranpumpe 4 und dem Freistrahldosierer 6 verbunden Das System kann mit Hilfe der Dosiersteuerung 9 folgendermaßen betrieben werdenAccording to FIG. 1, a metering controller 19 is present, which has a microcontroller 20, a control panel (including volume input) 21, a display 22 and an energy supply in the form of a battery 23. The microcontroller 20 is connected to the micro diaphragm pump 4 via a level adjustment 24 and the free jet dosing device 6. The system can be operated as follows using the dosing control 9
Bei bereits mit Flüssigkeit 25 vorbefulltem Reservoir 1 kann der Freistrahldosierer 6 mittels der Mikromembranpumpe 4 mit Flüssigkeit befüllt werden Die eingefüllte Flüssigkeit wird dann vom Freistrahldosierer 6 im Freistrahl aus der Düse 7 hinausgeschleudert Die Dosiermenge wird über die Ansteuerung des Freistrahldosierers 6 bestimmt, die insbesondere dessen Verdrangungsvolumen beeinflußt Das System kann aber auch befüllt werden, indem die Mikromembranpumpe 4 in umgekehrter Richtung arbeitet und Flüssigkeit durch die Düse 7 des Freistrahldosierers 6 ansaugt und in das Reservoir 1 pumptIf the reservoir 1 has already been filled with liquid 25, the free jet meter 6 can be filled with liquid by means of the micromembrane pump 4. The filled liquid is then thrown out of the nozzle 7 in a free jet by the free jet meter 6 The system can also be filled by the micro-diaphragm pump 4 working in the opposite direction and sucking liquid through the nozzle 7 of the free jet meter 6 and pumping it into the reservoir 1
Ferner kann Flüssigkeit 25 aus dem Reservoir 1 von der Mikromembranpumpe 4 durch den ruhenden Freistrahldosierer 6 abgepumpt werden, so daß sie aus der Düse 7 ablauft Diese Dosierweise ermöglicht bei größerem Volumenstrom eine Dosierung auf ein Substrat Die Dosiermenge kann über das bekannte Schlagvolumen der Mikromembranpumpe 4 gesteuert werden Bei einer weiteren Betriebsweise wird eine Säule einer Hilfsflussigkeit 25 von der Mikromembranpumpe 4 angetrieben Die Säule wirkt als inerter Pipettenkolben, der durch die Düse 7 externe Flüssigkeit ansaugt oder ausstoßt Zur Aufnahme der Flüssigkeit kann eine austauschbare Pipettenspitze 26 mit Dosieroffnung 8' auf die Düse 7 gesteckt werden Zur Minimierung des Luftpolsters zwischen Flussigkeitssaule und zu dosierender Flüssigkeit kann die Flussigkeitssaule bis in die Pipettenspitze 26 hineingedruckt werden Nach dem Dosieren kann ein Teil der Hilfsflussigkeit 25 durch Herauspumpen aus der Düse 7 verworfen werdenFurthermore, liquid 25 can be pumped out of the reservoir 1 by the micromembrane pump 4 through the stationary free-jet metering device 6, so that it runs out of the nozzle 7. This metering method enables metering onto a substrate with a larger volume flow. The metering quantity can be controlled via the known stroke volume of the micromembrane pump 4 become In a further mode of operation, a column of an auxiliary liquid 25 is driven by the micromembrane pump 4. The column acts as an inert pipette piston which draws in or ejects external liquid through the nozzle 7. An exchangeable pipette tip 26 with a metering opening 8 ′ can be plugged onto the nozzle 7 To minimize the air cushion between the liquid column and the liquid to be dosed, the liquid column can be pressed into the pipette tip 26. After dosing, part of the auxiliary liquid 25 can be discarded by pumping it out of the nozzle 7
Statt des Reservoirs 1 kann auch ein Reservoir 1 ' mit Filter 2' und Kapillarausgleichssystem 1 ' ' verwendet werden, welches Flüssigkeit gleichmaßig nachfuhrt und ein Auslaufen derselben verhindertInstead of the reservoir 1, a reservoir 1 'with a filter 2' and a capillary compensation system 1 '' can also be used, which replenishes liquid evenly and prevents it from leaking
Das Mikrodosiersystem gemäß Fig 3 hat eine in Mikrosystemtechnik ausgeführte Dosier- und Reagenzeinheit 27 Diese hat ein Reservoir 1 mit einem Filter 2 für einen Druckausgleich mit der Umgebung und eine damit über eine Leitung 3 verbundene Mikromembranpumpe 4 Statt dessen oder zusatzlich kann sie auch einen Freistrahldosierer aufweisen Ferner hat sie ein außen vorstehendes Abgaberohrchen 28 mit Dosieroffnung 8 Schließlich ist ein elektrischer Kontakt 29 für die Kopplung der Mikromembranpumpe 4 mit einer Dosiersteuerung 19 vorhandenThe microdosing system according to FIG. 3 has a dosing and reagent unit 27 which is implemented in microsystem technology. This has a reservoir 1 with a filter 2 for pressure equalization with the environment and a micromembrane pump 4 connected to it via a line 3. Instead or in addition, it can also have a free jet dosing device Furthermore, it has an externally protruding delivery tube 28 with a metering opening 8. Finally, there is an electrical contact 29 for coupling the micromembrane pump 4 to a metering control 19
Die Dosier- und Reagenzeinheit 27 ist seitlich eine Aufnahme 30 im Fußbereich 31 eines Gehäuses 32 einsetzbar, so daß das Abgaberohrchen 28 axial über den Fußbereich hinaussteht Im Mitt elbereich 33 des Gehäuses 32 ist auf einer Leiterplatte 34 die Dosiersteuerung 19 angeordnet, die über Mikro- controller 20, Bedienfeld 21, Display 22 und Pegelanpassung 24 verfügt Die Dosiersteuerung 19 ist mit einem Gegenkontakt 35 in der Aufnahme 30 verbunden, der mit dem Kontakt 29 der Dosier- und Reagenzeinheit 27 zusammenwirkt Ferner ist die Dosiersteuerung 19 mit einem fest im Gehausefuß 31 angeordneten optischen Sensor 36 verbunden, der dem Abgaberohrchen 27 der einsetzbaren Dosier- und Reagenzeinheit 27 zugeordnet ist Dann ist die Dosiersteuerung 19 noch mit einer Dispensertaste 37 verbunden, die sich seitlich am Gehausefuß 31 befindet Schließlich hat sie eine Verbindung zu einer Batterie 23 im Kopfbereich 38 des Gehäuses 1The dosing and reagent unit 27 has a receptacle 30 on the side in the foot region 31 of a housing 32, so that the dispensing tube 28 protrudes axially beyond the foot region. In the middle region 33 of the housing 32, the dosing control 19 is arranged on a printed circuit board 34, which controller 20, control panel 21, display 22 and level adjustment 24 has the dosing control 19 is connected to a counter contact 35 in the receptacle 30, which interacts with the contact 29 of the dosing and reagent unit 27. Furthermore, the dosing control 19 is arranged with a fixed base 31 in the housing Optical sensor 36 connected to the dispensing tube 27 of the dosing and reagent unit 27 that can be used. Then the dosing control 19 is also connected to a dispenser button 37, which is located on the side of the housing foot 31. Finally, it has a connection to a battery 23 in the head area 38 of the Housing 1
Dieses Dosiersystem wird durch Einsetzen einer mit einem Reagenz (z B einem Enzym) vorgefüllten Dosier- und Reagenzeinheit 27 in die Aufnahme 30 für den Betrieb vorbereitet Betriebsweise bzw Dosiermenge können über die Tastatur 21 vorgegeben werden Beim ersten Dosierschritt pumpt die Mikromembranpumpe 4 Flüssigkeit 25 aus dem Reservoir 1 bis der Sensor 36 den Meniskus detektiert und damit eine definierte Nullstellung erreicht Danach wird die Dosiermenge über das bekannte Schlagvolumen der Mikromembranpumpe 4 gesteuert Bei weiteren Dosierungen kann die Dosiersteuerung 19 davon ausgehen, daß die Flussigkeitssaule am Ende des Abgaberohrchens 28 ansteht Zwischen den Dosierungen können zur Vermeidung von Verschleppungen kleine Reagenzmengen verworfen werden Wenn die Dosier- und Reagenzeinheit 27 geleert ist, wird sie durch eine neue, vorbefullte Einheit ausgetauscht Statt dessen kann sie durch das Abgaberohrchen 28 aufgefüllt werden, indem die Mikromembranpumpe 4 in umgekehrter Richtung betrieben wirdThis dosing system is prepared for operation by inserting a dosing and reagent unit 27 pre-filled with a reagent (e.g. an enzyme) into the receptacle 30. Operating mode or dosing quantity can be specified via the keyboard 21. In the first dosing step, the micromembrane pump 4 pumps liquid 25 out of the Reservoir 1 until the sensor 36 detects the meniscus and thus reaches a defined zero position. The metered quantity is then controlled via the known stroke volume of the micromembrane pump 4. With further metering, the metering control 19 can assume that the liquid column is present at the end of the dispensing tube 28 To avoid carryover, small amounts of reagent are discarded. When the dosing and reagent unit 27 is emptied, it is replaced by a new, prefilled unit. Instead, it can be filled up through the delivery tube 28 by the micromembrane pump 4 in reverse Ric is operated
Das Mikrodosiersystem gemäß Fig 4 hat ein Reservoir 1 mit einem Druckausgleich zur Umgebung über ein Filter 2, das über eine Leitung 3 mit einer Mikromembranpumpe 4 verbunden ist Reservoir 1 und Mikromembranpumpe 4 sind zu einer auswechselbaren Pumpeneinheit 39 zusammengefaßt, wobei das Reservoir mit einer Hilfsflussigkeit 25 vorbefüllt istThe microdosing system according to FIG. 4 has a reservoir 1 with a pressure equalization to the environment via a filter 2, which via a line 3 with a Micromembrane pump 4 is connected to reservoir 1 and micromembrane pump 4 are combined to form an interchangeable pump unit 39, the reservoir being pre-filled with an auxiliary liquid 25
Ferner ist eine Dosiersteuerung 19 mit MikroController 20, Bedienfeld 21, Display 22, Energieversorgung 23 vorhanden, die über eine Pegelanpassung 24 (und trennbare Kontakte) mit der Mikromembranpumpe 4 verbunden ist Der Mikrocontroller 20 hat überdies eine Verbindung zu einem optischen Sensor 40, der einer mit dem Ausgang der Mikromembranpumpe 4 verbundenen Abgabeleitung 41 zugeordnet ist Am Ende der Abgabeleitung 41 ist eine austauschbare Pipettenspitze 42 befestigt, die an ihrer Aufsteckoffnung ein Aerosolfilter 43 und an deren Ende eine Dosieroffnung 8' aufweistThere is also a dosing control 19 with a microcontroller 20, control panel 21, display 22, power supply 23, which is connected to the micro-diaphragm pump 4 via a level adjustment 24 (and separable contacts) .Microcontroller 20 also has a connection to an optical sensor 40, which is one dispensing line 41 connected to the outlet of the micro-diaphragm pump 4 is assigned to the end of the dispensing line 41, an exchangeable pipette tip 42 is attached which has an aerosol filter 43 at its plug-in opening and a metering opening 8 'at its end
Dieses System arbeitet als Luftpolsterpipette Hierzu wird die Hilfsflussigkeit 25 von der Mikromembranpumpe 4 verschoben, so daß die Flussigkeitssaule vom Sensor 40 detektiert ist Dann hat das System seine Nullstellung erreicht Entsprechend der gewünschten Dosiermenge verschiebt die Mikromembranpumpe 4 die Flussigkeitssaule, so daß sie wie ein Pipettenkolben zu dosierende Flüssigkeit in die Pipettenspitze 42 einsaugt bzw aus dieser ausstoßt Das gewünschte Dosiervolumen wird über die Steuerung des bekannten Schlagvolumens der Mikromembranpumpe 4 erreicht Nach einem Dosiervorgang kann die Pipettenspitze 40 und ein Teil der Flussigkeitssaule verworfen werden Wenn die Hilfsflussigkeit 25 verbraucht ist, wird eine neue Pumpeneinheit 39 eingesetztThis system works as an air cushion pipette. For this purpose, the auxiliary liquid 25 is shifted by the micromembrane pump 4 so that the liquid column is detected by the sensor 40. Then the system has reached its zero position. According to the desired metering quantity, the micromembrane pump 4 shifts the liquid column so that it closes like a pipette piston Dosing liquid is sucked into or ejected from the pipette tip 42. The desired dosing volume is achieved via the control of the known stroke volume of the micromembrane pump 4. After a dosing process, the pipette tip 40 and part of the liquid column can be discarded. When the auxiliary liquid 25 is used up, a new pump unit is used 39 used
Auch die Ausfuhrung gemäß Fig 5 arbeitet nach dem Luftpolsterprinzip Im Unterschied zur vorstehenden Ausfuhrung sind zwei Sensoren 40', 40", die in einem Abstand x voneinander der Abgabeleitung 41 mit dem Durchmes- ser d zugeordnet sind, mit der Dosiersteuerung 19 verbunden Außerdem sind mit der Abgabeleitung 41 Verdunnungsrohrchen (Diluter) 44' oder Verteilrohrchen (Dispenser) 44" verbindbar, die jeweils im Verbindungsbereich einen Aerosolfilter 45', 45" und am anderen Ende Dosieroffnungen 8', 8" aufweisen5 also works according to the air cushion principle. In contrast to the above embodiment, there are two sensors 40 ′, 40 ″, which are at a distance x from one another of the discharge line 41 with the diameter ser d are connected to the dosing control 19. In addition, thinning tubes (diluter) 44 'or distribution tubes (dispenser) 44 "can be connected to the discharge line 41, each having an aerosol filter 45', 45" in the connection area and metering openings 8 'at the other end, 8 "
Bei diesem System basiert die Steuerung der Dosiermenge ebenfalls auf dem reproduzierbaren und daher kalibrierbaren Schlagvolumen der Mikromembranpumpe 4 Zu Beginn einer Dosierung (oder einer Dosierreihe) wird die Hilfsflussigkeitssaule für eine Kalibrierung des Schlagvolumens zwischen den beiden optischen Sensoren 40', 40" verschoben Falls ein Diluter 44' angesetzt ist, können mehrere Flussigkeitsmengen Vi, V2 bis Vn jeweils durch Luftblasen voneinander getrennt angesaugt und bei Abgabe in dem gewünschten Mengenverhältnis vermischt werdenIn this system, the control of the metering quantity is also based on the reproducible and therefore calibratable stroke volume of the micromembrane pump 4. At the beginning of a metering (or a metering series) the auxiliary fluid column for a calibration of the stroke volume is shifted between the two optical sensors 40 ', 40 "if a diluter 44 ', several liquid quantities Vi, V 2 to V n can be sucked in separately from each other by air bubbles and mixed in the desired quantity ratio when dispensed
Bei angesetztem Dispenserrohrchen 44" kann eine Gesamtfiussigkeitsmenge n x V, angesaugt werden, die in n Einzelschritten V, abgegeben wirdWhen the dispenser tube 44 "is attached, a total liquid quantity n x V, which is dispensed in n individual steps V, can be drawn in
Fig 6 unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Fig 4 dadurch, daß ein zweiter Sensor 40" vorhanden ist, der ebenfalls mit der Dosiersteuerung 19 verbunden ist und entlang der Abgabeleitung 41 verschieblich ist Hierzu ist der Sensor 40" an einer Mutter 46 befestigt, die mittels einer Spindel 47 verschiebbar ist, die in Drehlagern 48, 49 gehalten ist Die Spindel 47 hat ein Drehradehen 50 für eine manuelle Verstellung Außerdem tragt sie einen Encoder 51, der von der Dosiersteuerung 19 gelesen wirdFIG. 6 differs from the embodiment according to FIG. 4 in that a second sensor 40 "is present, which is also connected to the metering control 19 and is displaceable along the discharge line 41. For this purpose, the sensor 40" is fastened to a nut 46 which is fastened by means of a spindle 47 is displaceable, which is held in rotary bearings 48, 49. The spindle 47 has a rotary wheel 50 for manual adjustment. It also carries an encoder 51, which is read by the metering control 19
Durch Drehen des Radchens 50 wird der Abstand zwischen den Sensoren 40', 40" so eingestellt, daß dieser dem gewünschten Dosiervolumen ent- spricht Die Dosiersteuerung 19 verschiebt dann die Hilfsflussigkeitssaule zwischen den Positionen der Sensoren 40', 40", um Flüssigkeit in die Pipettenspitze 42 einzusaugen bzw aus dieser auszustoßenBy turning the wheel 50, the distance between the sensors 40 ', 40 "is set so that it corresponds to the desired metering volume. speaks The dosing control 19 then shifts the auxiliary liquid column between the positions of the sensors 40 ', 40 "in order to draw liquid into the pipette tip 42 or to eject it from the latter
Gemäß Fig 7 hat ein Reservoir 52 einen im wesentlichen plattenformigen Kunststoffkorper 53, in dem ein im wesentlichen spiralförmiger, kapillarer Flussigkeitskanal 54 ausgebildet ist, der gerade und miteinander verbundene Kanalabschnitte aufweist Der Flussigkeitskanal 54 ist im Kunststoffkorper von einer nach oben offenen, U-formigen Nut gebildet Oben ist er von einer Deckplatte 55 begrenzt, die ebenfalls aus Kunststoff bestehen kann Die Deckplatte kann vorteilhaft mit einem Laserverfahren ohne Spalt verschweißt, ultraschallgefugt oder als Folie heißgesiegelt werdenAccording to FIG. 7, a reservoir 52 has an essentially plate-shaped plastic body 53, in which an essentially spiral, capillary liquid channel 54 is formed, which has straight and interconnected channel sections. The liquid channel 54 is in the plastic body of an upwardly open, U-shaped groove It is delimited at the top by a cover plate 55, which can also be made of plastic. The cover plate can advantageously be welded without a gap using a laser method, ultrasonically jointed or heat-sealed as a film
Die Ausfuhrung des Reservoirs 52 aus Kunststoff begünstigt ein großes SpeichervolumenThe design of the reservoir 52 made of plastic favors a large storage volume
Das äußere Ende des Flussigkeitskanals 54 mundet in einer Vorderseite des Kunststoffkorpers 53 in einer Befülloffnung 56 Diese kann mittels eines Filters 57 verschlossen sein, der etwas in den Flussigkeitskanal 54 eingedruckt ist Der Filter 57 ermöglicht einen Luftausgleich beim Entleeren des Reservoirs 52, verhindert jedoch eine Kontamination der Flüssigkeit im Flussigkeitskanal und der Umgebung durch die Flüssigkeit Auch können Benetzungseigenschaften des Filters 57 verhindern, daß Flüssigkeit nach außen trittThe outer end of the liquid channel 54 opens into a front side of the plastic body 53 in a filling opening 56. This can be closed by means of a filter 57, which is slightly pressed into the liquid channel 54. The filter 57 enables air compensation when emptying the reservoir 52, but prevents contamination of the liquid in the liquid channel and the environment through the liquid. Wetting properties of the filter 57 can also prevent liquid from escaping to the outside
Vom Zentrum des spiralförmigen Flussigkeitskanals 54 aus geht eine kapillare Durchtrittsoffnung 58 quer durch den Kunststoffkorper 53 hindurch Die Durchtrittsoffnung 58 mundet über dem Eingang einer mikrosystemtech- nisch ausgebildeten Fordereinrichtung 59 Diese ist ein plattenformiger Halbleiterchip (Dosierchip), der in eine Stufe 60 an der Unterseite des Kunststoffkorpers 53 eingesetzt ist Bei der Fordereinrichtung 59 kann es sich insbesondere um einen Freistrahldosierer handelnFrom the center of the spiral liquid channel 54, a capillary passage opening 58 extends through the plastic body 53. The passage opening 58 opens out above the entrance of a microsystem technology nically designed delivery device 59 This is a plate-shaped semiconductor chip (dosing chip) which is inserted in a step 60 on the underside of the plastic body 53. The delivery device 59 can be a free-jet metering device in particular
In dem Flussigkeitskanal 54 auf die eingefüllte Flüssigkeit wirkende Kapillarkrafte befordern die Flüssigkeit durch die Durchtrittsoffnung 58 in die Fordereinrichtung 59, von der sie abgegeben wird Die Kapillarkrafte wirken auch einem unbeabsichtigten Auslaufen der Flüssigkeit aus der Befülloff- nung 56 entgegen Die spiralförmige Anordnung des Flussigkeitskanals verhindert, daß der Flussigkeitsfaden im Flussigkeitskanal 54 aufgrund von Beschleunigungen zerreißt, die bei der Handhabung auftreten können, beispielsweise aufgrund eines Sturzes Solche Beschleunigungen haben nämlich im wesentlichen Kräfte senkrecht zur Wandung des Flussigkeitskanals 54 zur Folge, wodurch das Auftreten von Blasen, die den Dosierprozeß stören können, verhindert wirdCapillary forces acting on the filled liquid in the liquid channel 54 force the liquid through the passage opening 58 into the delivery device 59, from which it is released. The capillary forces also counteract an unintentional leakage of the liquid from the filling opening 56. The spiral arrangement of the liquid channel prevents that the liquid thread in the liquid channel 54 tears due to accelerations that can occur during handling, for example due to a fall. Such accelerations essentially result in forces perpendicular to the wall of the liquid channel 54, which in turn causes bubbles to occur which can interfere with the metering process, is prevented
Anstatt des Filters 57 kann auch ein bei Flussigkeitsentnahme mitwandernder Pfropf vorhanden sein, der keine Ruckstande an der Wand des Flussigkeitskanals 54 hinterlaßt Dabei kann es sich insbesondere um einen hochviskosen Fluidpfropf handelnInstead of the filter 57, there can also be a plug which moves with the liquid and does not leave any residues on the wall of the liquid channel 54. This can in particular be a highly viscous fluid plug
Ein Reservoir kann auch - ahnlich einem Wickelkondensator - zwei aufgewickelte Folien haben, die einen geringen Abstand voneinander aufweisen und einen spiralförmigen Flussigkeitskanal bilden Auch ist eine Ausfuhrung mit aufgewickelter Kapillare (z B mit aufgewickeltem Schlauch), insbesondere mit raumlicher Anordnung der Spirale, möglich Gemaß Fig 8 und 9 hat ein Reservoir 61 eine Grundplatte 62 und einen damit verbundenen Aufnahmekorper 63, in dem ein rechteckiger Speicherraum 64 ausgebildet ist Vom Speicherraum 64 wird Flüssigkeit durch eine Zufuhrkapillare 65 einem kegelförmigen Stutzen 66 auf der anderen Seite der Grundplatte 62 zugeführtSimilar to a winding capacitor, a reservoir can also have two wound foils, which are at a short distance from one another and form a spiral liquid channel. An embodiment with a wound capillary (e.g. with a wound hose), in particular with a spatial arrangement of the spiral, is also possible 8 and 9, a reservoir 61 has a base plate 62 and an associated receiving body 63, in which a rectangular storage space 64 is formed. From the storage space 64, liquid is supplied through a supply capillary 65 to a conical nozzle 66 on the other side of the base plate 62
Von den Seiten der Grundplatte 62 ragen hakenförmige Schnappelemente 67 empor Mittels dieser Schnappelemente 67 ist eine Fordereinrichtung in Form eines Halbleiterchips 68 (Dosierchip) so bezuglich der Grundplatte 62 gehalten, daß der Stutzen 66 gegen eine Dichtflache um einen Eingang 69 der Fordereinrichtung 68 druckt Reservoir 61 und Dosierchip 68 bilden gemeinsam ein FluidmodulHook-shaped snap elements 67 protrude from the sides of the base plate 62. By means of these snap elements 67, a delivery device in the form of a semiconductor chip 68 (dosing chip) is held with respect to the base plate 62 in such a way that the connecting piece 66 presses against a sealing surface around an inlet 69 of the delivery device 68, reservoir 61 and dosing chip 68 together form a fluid module
Das Reservoir 61 kann insgesamt aus Kunststoff hergestellt sein Durch seine Ausbildung aus zwei Teilen 62, 63 wird die formtechnische Realisierung der Zuführkapillare 65 begünstigtThe reservoir 61 can be made entirely of plastic. The configuration of the feed capillary 65 is favored by its formation from two parts 62, 63
Fig 10 zeigt ein ahnlich aufgebautes Fluidmodul 70, bei dem jedoch das Reservoir 61' seitlich etwas über den Dosierchip 68 hinaussteht In dem überstehenden Abschnitt des Reservoirs 61' ist der Speicherraum 64' für Flüssigkeit ausgebildet, der sich sowohl in die Grundplatte 62' als auch in den Aufnahmekorper 63 ' hinein erstrecktFIG. 10 shows a fluid module 70 of a similar design, but with the reservoir 61 'projecting laterally beyond the dosing chip 68. In the protruding section of the reservoir 61', the storage space 64 'for liquid is formed, which extends into the base plate 62' as well extends into the receiving body 63 '
Der Halbleiterchip 68 hat bei 71 seine Dosieroffnung, aus der Flüssigkeit in Abgaberichtung (Pfeil A) abgegeben wird Dabei ist das Fluidmodul 70 nach unten gerichtet, so daß der Speicherraum 64' stets oberhalb der Zuführkapillare 65' angeordnet ist Somit ist über den Stutzen 66 die Versorgung des Dosierchips 68 durch Schwerkraft und die Wirkung der Zuführkapillare 65' sichergestelltThe semiconductor chip 68 has its metering opening at 71, from which liquid is dispensed in the dispensing direction (arrow A). The fluid module 70 is directed downward so that the storage space 64 'is always arranged above the supply capillary 65' care of the dosing chip 68 by gravity and the action of the feed capillary 65 '
Gemäß Fig 11 und 12 hat ein Betatigungsmodul 72 am unteren Ende einen Aufnahmeschacht 73, in den ein Fluidmodul 70 gemäß Fig 10 eingesteckt ist Dabei wird es am überstehenden Abschnitt seines Reservoirs 61 ' gehalten Im gezeigten Fall zwischen elastischen Andruckelementen 74, 75 von denen das eine gegen die Grundplatte 62' und das andere gegen den Aufnahmekorper 63' druckt Ferner hat das Betatigungsmodul 72 dem Aufnahmeschacht 73 zugeordnet einen Aktor 76, der spaltfrei an einer Membran des Dosierchips 68 anliegt Dafür drucken Haltezangen 77, 78 den Dosierchip 68 mit der Membran gegen den Aktor 76 Die Haltezangen 77, 78 werden am Ende der axialen Einfugebewegung des Fluidmoduls 70 in Richtung E in den Aufnahmeschacht 73 geschlossen Durch Betatigen des Aktors 76 kann Flussigkeitsausstoß bewirkt werdenAccording to FIGS. 11 and 12, an actuation module 72 has a receiving shaft 73 at the lower end, into which a fluid module 70 according to FIG. 10 is inserted. It is held on the projecting section of its reservoir 61 '. In the case shown, between elastic pressure elements 74, 75, one of which against the base plate 62 'and the other against the receiving body 63'. Furthermore, the actuation module 72 has assigned an actuator 76 to the receiving shaft 73, which rests without a gap on a membrane of the dosing chip 68. For this purpose, holding tongs 77, 78 print the dosing chip 68 with the membrane against the Actuator 76 The holding tongs 77, 78 are closed at the end of the axial insertion movement of the fluid module 70 in direction E into the receiving shaft 73. By actuating the actuator 76, liquid can be ejected
Die Fig 13 zeigt einen Abschnitt eines Fluidmoduls 70' aus einem Dosierchip 68' und einem Reservoir 61 ', dessen Speicherraum 64" einenends an eine Zufuhrkapillare 65" zum Dosierchip 68' angeschlossen und ande- renends zur Atmosphäre hin geöffnet ist In den Speicherraum 64" ist abdichtend ein Kolben 79 eingesetzt Dieser schließt den Speicherraum 64"gegenuber Atmosphäre ab und bewirkt einen Druckausgleich, indem er bei Flussigkeitsentnahme durch die Zuführkapillare 65" nachruckt Der Kolben 79 kann auch dafür benutzt werden, durch Betatigen von außen Flüssigkeit in die Zufuhrkapillare 65" und in den Dosierchip 68' zu drucken Außerdem kann der Kolben 79 herausgezogen werden, um das Reservoir 61' erneut zu befüllen Statt eines Kolbens kann ein hochviskoser Fluidpfropf vorhanden sein, der nahezu widerstandsfrei bei Entnahme der Flüssigkeit mitwandert13 shows a section of a fluid module 70 'consisting of a dosing chip 68' and a reservoir 61 ', the storage space 64 "of which is connected at one end to a supply capillary 65" to the dosing chip 68' and on the other side is open to the atmosphere. In the storage space 64 " a piston 79 is inserted in a sealing manner. This seals off the storage space 64 "from the atmosphere and brings about a pressure equalization by adding pressure through the supply capillary 65" when the liquid is withdrawn. The piston 79 can also be used to actuate liquid from the outside into the supply capillary 65 "and to print into the dosing chip 68 '. In addition, the piston 79 can be pulled out in order to refill the reservoir 61' Instead of a piston, there can be a highly viscous fluid plug that moves with almost no resistance when the liquid is removed
Fig 14 zeigt einen Abschnitt eines anderen Fluidmoduls 70", dessen Reservoir 61" ebenfalls einen Speicherraum 64'" aufweist, dessen Öffnung zur Atmosphäre von einem Beutel oder Ballon 80 aus flexiblem Material (z B Silikon) verschlossen ist Das Reservoir 61 " ist quer zum Speicherraum 64' " geteilt und der Ballon 80 ist randseitig in der Teilungsebene zwischen den beiden Formteilhalften des Reservoirs 61 " eingeklemmt14 shows a section of another fluid module 70 ", the reservoir 61" of which also has a storage space 64 '", the opening to the atmosphere of which is closed by a bag or balloon 80 made of flexible material (for example silicone). The reservoir 61" is transverse to Storage space 64 '"divided and the balloon 80 is clamped on the edge in the division plane between the two molded part halves of the reservoir 61"
Auch der Ballon 80 schirmt die Flüssigkeit im Speicherraum 64' " zur Atmosphäre hin ab Wenn jedoch aus dem Speicherraum 64'" durch die Zufuhrkapillare 65'" Flüssigkeit zum Dosierchip 68' abgeführt wird, paßt sich der flexible Ballon 80 durch Verformung dem jeweiligen Flussigkeitsvolu- men an, wie in der Zeichnung für zwei Situationen in dünnen Linien 80', 80" angedeutet Bei vernachlassigbarer Ruckstellkraft des Ballons 80 wird ein Wiederbefüllen erleichtert Ein Ballon 80 aus elastischem Material kann die Flussigkeitsforderung zum Dosierchip 68' unterstutzenThe balloon 80 also shields the liquid in the storage space 64 '"from the atmosphere. However, if liquid is discharged from the storage space 64'" through the supply capillary 65 '"to the dosing chip 68', the flexible balloon 80 adapts to the respective liquid volume by deformation. as indicated in the drawing for two situations in thin lines 80 ', 80 ". If the restoring force of the balloon 80 is negligible, refilling is facilitated. A balloon 80 made of elastic material can support the liquid requirement to the dosing chip 68'
Das Befüllen des Speicherraums 64'" kann über die Zufuhrkapillare 65' " oder einen zusatzlichen Anschluß erfolgen Jedoch kann der Ballon 80 auch aus einem Material bestehen, das von der Hohlnadel einer Befullvorrichtung durchstochen werden kann und nach Herausziehen der Hohlnadel an der Einstichstelle selbst heiltThe filling of the storage space 64 '"can take place via the supply capillary 65'" or an additional connection. However, the balloon 80 can also consist of a material which can be pierced by the hollow needle of a filling device and which heals itself after the hollow needle has been pulled out at the puncture site
Die in den Fig 15 bis 19 gezeigten Fluidmodule 70'" können grundsatzlich einen Aufbau haben, wie er insbesondere in den Fig 7 bis 10 gezeigt ist Sie weisen allesamt ein Reservoir auf Sie weisen jedoch ein im wesentlichen kastenformiges Gehäuse 81 auf, das unten einen Abgabekopf 82 aufweist, der am unteren Ende die Dosieroffnung hatThe fluid modules 70 ′ ″ shown in FIGS. 15 to 19 can fundamentally have a structure as is shown in particular in FIGS. 7 to 10. They all have a reservoir, but they essentially have one box-shaped housing 81, which has a dispensing head 82 at the bottom, which has the metering opening at the lower end
Gemäß Fig 15 sind mehrere solcher Fluidmodule 70'" in einen temperierbaren Trager 83 einsteckbar Dieser ist kastenförmig und weist mehrere Aufnahmen 84 für Fluidmodule 70'" auf, die zur Oberseite hin geöffnet sind und einen Querschnitt entsprechend dem kastenförmigen Teil des Gehäuses 81 aufweisen Die Aufnahmen 84 haben eine Wand, die die eingesetzten Fluidmodule 70'" eng umschließt Die Wände der Aufnahmen 84 sind von mindestens einem Hohlraum des Tragers 83 umgeben, in den eine Tempe- rierflussigkeit eingefüllt werden kann, um einen Kuhlakku zu bilden Bei der Temperierflussigkeit kann es sich um eine Sole handeln Je nach gewünschter Temperatur kann die Salzkonzentration in den Kuhlakkus eingestellt werden, wodurch die Schmelztemperatur beeinflußt wird Bei dem gezeigten Trager ist die Konzentration so eingestellt, daß die Schmelztemperatur minus 10 °C betragt, um eine entsprechende Kühlung der Fluidmodule 70'" zu erreichen Die eingestellte Temperatur ist auf einem Etikett 85 vermerkt, das außen auf den Trager 83 geklebt istAccording to FIG. 15, several such fluid modules 70 '"can be inserted into a temperature-adjustable carrier 83, which is box-shaped and has a plurality of receptacles 84 for fluid modules 70'" which are open towards the top and have a cross section corresponding to the box-shaped part of the housing 81. The receptacles 84 have a wall which tightly surrounds the fluid modules 70 '"used. The walls of the receptacles 84 are surrounded by at least one cavity of the carrier 83, into which a temperature fluid can be filled in order to form a cow battery. The temperature fluid can be act as a brine Depending on the desired temperature, the salt concentration in the cow's accumulators can be adjusted, which influences the melting temperature. In the case of the carrier shown, the concentration is adjusted so that the melting temperature is minus 10 ° C in order to cool the fluid modules 70 '"accordingly. to be reached The set temperature is on a label t 85 noted, which is glued to the outside of the carrier 83
Die Fluidmodule 70' ' ' können - beispielsweise auf einer Außenfläche 86 - farbcodiert und/oder beschriftet sein Entsprechende Farbreiter oder Steckelemente 87 können in entsprechenden Aufnahmen 88 oder Platzen neben den Aufnahmen 84 angeordnet sein, in denen sich die entsprechend codierten Fluidmodule 70'" befinden oder denen sie zugeordnet werden sollen Hierdurch werden Verwechslungen zwischen verschiedenen Fluidmodulen 70'" vermieden Ein solches Temperiersystem kann der Aufbewahrung befüllter Fluidmodule 70'" im Laborkuhlschrank, am Arbeitsplatz und dem Transport dienenThe fluid modules 70 '''can be color-coded and / or labeled, for example on an outer surface 86. Corresponding color tabs or plug-in elements 87 can be arranged in corresponding receptacles 88 or places next to the receptacles 84 in which the correspondingly encoded fluid modules 70'"are located or to which they are to be assigned. This prevents confusion between different fluid modules 70 ′ ″ Such a temperature control system can be used to store filled fluid modules 70 ″ in the laboratory refrigerator, at the workplace and for transport
Gemäß Fig 16 ist ein Fluidmodul 70 in ein Betatigungsmodul 72' eingesteckt, aus dem es jedoch im Unterschied zu Fig 1 1 herausragt Das Fluidmodul 70'" ist auf einen aktiv temperierten Trager 83' ausgerichtet Dieser hat eine einzige Aufnahme 84' mit einem Querschnitt komplementär zu dem des Gehäuses 81 des Fluidmodules 70' " und einem nach unten vorstehenden Gehauseabschnitt 72" des Betatigungsmoduls 72', auf den im Zusammenhang mit Fig 19 noch eingegangen wird Zur Kühlung des Fluidmoduls 70' " in der Aufnahme 84' kann der Trager 83' Peltierelemente aufweisen Diese werden über ein Anschlußkabel 89 mit Strom versorgt Zum Ausgleich von Temperaturschwankungen und zur Warmespeicherung kann der Trager 83' außen einen Kühlkörper 90 aufweisenAccording to FIG. 16, a fluid module 70 is inserted into an actuation module 72 ', from which, however, in contrast to FIG. 11, it protrudes. The fluid module 70' "is aligned with an actively tempered carrier 83 '. This has a single receptacle 84' with a complementary cross section to that of the housing 81 of the fluid module 70 '"and a downwardly projecting housing section 72" of the actuation module 72', which will be discussed in connection with FIG. 19. For cooling the fluid module 70 '"in the receptacle 84', the carrier 83 ' Have Peltier elements These are supplied with power via a connecting cable 89. To compensate for temperature fluctuations and for heat storage, the carrier 83 ′ can have a heat sink 90 on the outside
Dieses Kuhlsystem ist vor allem für stationäre Anordnung am Arbeitsplatz geeignet Der Kühlkörper 90 begünstigt aber auch eine Verwendung zu Transportzwecken und eine Aufladung in einem LaborkuhlschrankThis cooling system is particularly suitable for stationary arrangement at the workplace. The heat sink 90 also favors use for transport purposes and charging in a laboratory refrigerator
Durch Aufstecken eines Betatigungsmoduls 72'kann ein Fluidmodul 70'" aus dem jeweiligen Trager 83 oder 83' entnommen werdenBy attaching an actuation module 72 ', a fluid module 70' "can be removed from the respective carrier 83 or 83 '
In den Fig 17 und 18 ist ein Fluidmodul 70'" gezeigt, das am Gehäuse 81, genauer gesagt an einer oberen Kante desselben, eine Codierung 91 aufweist Die Codierung 91 ist dadurch gebildet, daß an bestimmten Platzen 92, 92', 92", 92'" eine Vertiefung 93 oder keine Vertiefung vorhanden ist Zum Lesen der Codierung 91 hat ein Betatigungsmodul eine Abtasteinrichtung 94, die an den Platzen 92, 92', 92", 92'" entsprechenden Stellen Taststifte 95 oder sonstige Sensoren, die das NichtVorhandensein und/oder das Vorhandensein einer Vertiefung 93 erfassen können Hierdurch kann das Betatigungsmodul das jeweils eingesetzte Fluidmodul 70'" erkennen17 and 18 show a fluid module 70 '"which has a coding 91 on the housing 81, more precisely on an upper edge thereof. The coding 91 is formed by the fact that at certain locations 92, 92', 92", 92 '"there is a depression 93 or no depression In order to read the coding 91, an actuation module has a scanning device 94 which, at the places 92, 92 ', 92 ", 92'", corresponds to probe pins 95 or other sensors which can detect the absence and / or the presence of a recess 93 the actuation module can recognize the fluid module 70 '' used in each case
Die Fig 19 zeigt nochmals den unteren Teil des Betatigungsmoduls 72' mit eingesetztem Fluidmodul 70'", um eine weitere Besonderheit dieses Systems zu erläutern Das Betatigungsmodul 72' hat nämlich neben dem herausstehenden Abschnitt des Fluidmoduls 70'" einen seitlich und nach unten vorstehenden Gehauseabschnitt 72", in dem eine Laserdiode 96 angeordnet ist Diese ist so ausgerichtet, daß sie die Bewegungsachse und den Auftreffort der vom Fluidmodul 70'" abgegebenen Flüssigkeit kennzeichnet Wie besser aus der Fig 20 ersichtlich ist, schneidet hierzu die Abstrahlachse 98 der Laserdiode 96 die Bewegungsachse 99 der aus dem Ausgabekopf 82 austretenden Flüssigkeit in einem spitzen Winkel α und ist auf den Schnittpunkt mit der Bewegungsachse 99 fokussiert Wenn sich ein Substrat 100 mit seiner Oberflache genau im Schnittpunkt befindet, markiert der Lichtstrahl 98 exakt den Auftreffpunkt Bei Abweichungen der Position des Substrates 100 in einem Fokusbereich 101 um den Schnittpunkt verschiebt sich die Markierung lediglich in einem Zielbereich 102 auf der Oberflache des Substrates, der wegen des spitzen Schnittwinkels α sehr klein istFIG. 19 again shows the lower part of the actuation module 72 'with the fluid module 70' "inserted, in order to explain a further peculiarity of this system. In addition to the protruding section of the fluid module 70 '", the actuation module 72' has a housing section 72 projecting laterally and downwards ", in which a laser diode 96 is arranged. It is aligned in such a way that it characterizes the movement axis and the impact point of the liquid emitted by the fluid module 70 '". As can be seen better from FIG. 20, the radiation axis 98 of the laser diode 96 intersects the movement axis 99 for this purpose of the liquid emerging from the dispensing head 82 at an acute angle α and is focused on the point of intersection with the movement axis 99.If a substrate 100 with its surface is exactly in the point of intersection, the light beam 98 marks the point of impact exactly in the event of deviations in the position of the substrate 100 in a focus area 101 around the intersection The marking is only in a target area 102 on the surface of the substrate, which is very small due to the acute cutting angle α
Der Gehauseabschnitt 72" kann auch eine Lichtleitfaser beherbergen, die das Licht einer Laserdiode auf die Abstrahlachse 98 ausrichtetThe housing section 72 ″ can also house an optical fiber that aligns the light of a laser diode with the radiation axis 98
Die Fig 21 zeigt einen Dosierchip 68" mit einer integrierten lichtleitenden Struktur Der Dosierchip 68" ist rechteckig, weist jedoch eine abgeschrägte Ecke 103 auf In einer unteren Schicht 104 ist eine Fordereinrichtung, wobei es sich um einen Freistrahldosierer und gegebenenfalls eine Mikromembranpumpe handeln, in Halbleitertechnik ausgebildet Diese hat ihre Dosieroffnung im unteren Abschnitt 103' der abgeschrägten Ecke Die Bewegungsachse 99' des Flussigkeitsstrahls ist senkrecht zur Abschragung der Ecke 103 ausgerichtet21 shows a dosing chip 68 "with an integrated light-guiding structure. The dosing chip 68" is rectangular, but has a beveled one Corner 103 on In a lower layer 104, a delivery device, which is a free jet meter and possibly a micro-diaphragm pump, is formed in semiconductor technology.This has its metering opening in the lower section 103 'of the beveled corner.The movement axis 99' of the liquid jet is perpendicular to the bevel of the Corner 103 aligned
Über der Schicht 104 befindet sich eine Glasschicht 105, die eine lichtleitende Struktur aufweist Die lichtleitende Struktur leitet Licht aus einer externen Lichtquelle 106, die einer Seite der Glasschicht 105 zugeordnet ist, zu einem oberen Abschnitt 103" der abgeschrägten Ecke 103 Dort ist in die Glasschicht 105 eine mikromechanisch hergestellte Linse 107 integriert Das gebündelte Licht tritt senkrecht zur Abschragung der Ecke 103 entlang der Abstrahlachse 98' aus, die parallel zur Bewegungsachse 99' der Flüssigkeit istAbove the layer 104 there is a glass layer 105 which has a light-guiding structure. The light-guiding structure guides light from an external light source 106, which is assigned to one side of the glass layer 105, to an upper section 103 "of the chamfered corner 103. There is the glass layer 105 a micromechanically manufactured lens 107 is integrated. The bundled light emerges perpendicular to the bevel of the corner 103 along the radiation axis 98 ', which is parallel to the movement axis 99' of the liquid
Die Außenseiten der Glasschicht können zur Meidung von Lichtverlusten eine lichtdichte Abdeckung 108 habenThe outside of the glass layer can have a light-tight cover 108 in order to avoid light losses
Außerdem kann in die Schicht 104 bzw 105 ein Reservoir für Flüssigkeit integriert sein Das Reservoir kann aber auch in Mikrosystemtechnik von einer zusatzlichen Schicht gebildet sein oder in konventioneller Bauweise überlagert oder extern angeordnet seinIn addition, a reservoir for liquid can be integrated in the layer 104 or 105. The reservoir can also be formed by an additional layer in microsystem technology, or it can be superimposed in a conventional design or arranged externally
Zusatzlich kann Flussigkeitsabgabe durch ein wahrnehmbares Signal indiziert werden, beispielsweise ein akustisches Signal, ein „Flackern" des Lichtzeigers oder bloß durch einen markierten Druckpunkt eines Betati- gungsknopfes In addition, liquid delivery can be indicated by a perceptible signal, for example an acoustic signal, a “flickering” of the light pointer or simply by a marked pressure point on an actuation button

Claims

A n s p r ü c h eExpectations
1 Mikrodosiersystem mit1 microdosing system with
- einem Reservoir,- a reservoir,
- einer Mikromembranpumpe, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist,a micromembrane pump, the inlet of which is connected to the reservoir,
- einem Freistrahldosierer, dessen Eingang mit dem Ausgang der Mikromembranpumpe verbunden ist,a free jet metering device, the input of which is connected to the outlet of the micromembrane pump,
- einer mit dem Ausgang des Freistrahldosierers verbundenen Dosieroffnung und- A metering opening connected to the outlet of the free jet meter and
- einer mit Mikromembranpumpe und Freistrahldosierer in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A metering control that is operatively connected to the micro diaphragm pump and free jet metering device
2 System nach Anspruch 1, bei dem die Dosiersteuerung zum Befullen des Freistrahldosierers mit Flüssigkeit aus dem Reservoir die Mikromembranpumpe in den Pumpbetrieb und den Freistrahldosierer in den Ruhezustand steuert2 System according to claim 1, wherein the metering control for filling the free jet dosing device with liquid from the reservoir controls the micromembrane pump in the pumping mode and the free jet metering device in the idle state
3 System nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dosiersteuerung für ein zumindest teilweises Befullen von Freistrahldosierer, Mikromembranpumpe und Reservoir durch die Dosieroffnung mit Flüssigkeit die Mikromembranpumpe in den Pumpbetrieb mit Richtungsumkehr und den Freistrahldosierer in den Ruhezustand steuert3 System according to claim 1 or 2, wherein the metering control for an at least partial filling of free jet doser, micromembrane pump and reservoir through the metering opening with liquid controls the micromembrane pump in the pumping operation with reversal of direction and the free jet meter in the idle state
4 System nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Dosiersteuerung für eine Freistrahlabgabe von Flüssigkeit aus der Dosieroffnung den Freistrahldosierer in den Frei strahlbetrieb steuert System nach Anspruch 4, bei dem die Dosiersteuerung für eine Freistrahlabgabe die Mikromembranpumpe in den Ruhezustand steuert4 System according to one of claims 1 to 3, wherein the metering control for a free jet dispensing liquid from the metering opening controls the free jet meter in the free jet mode The system of claim 4, wherein the metering controller for free jet delivery controls the micromembrane pump to the idle state
System nach Anspruch 4 oder 5, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge für die Frei Strahlabgabe über das Verdrangungsvolumen des Freistrahldosierers steuertSystem according to Claim 4 or 5, in which the dosing control controls the dosing quantity for the free jet delivery via the displacement volume of the free jet dosing device
System nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge bei Freistrahlabgabe über das Schlagvolumen oder die Schlagvolumina der Mikromembranpumpe beim Befullen des Freistrahldosierers steuertSystem according to one of Claims 4 to 6, in which the metering control controls the metered quantity when the free jet is emitted via the stroke volume or the stroke volumes of the micromembrane pump when filling the free jet meter
System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Dosiersteuerung für ein Ablaufen der Flüssigkeit aus der Dosieroffnung die Mikromembranpumpe in den Pumpbetrieb und den Freistrahldosierer in den Ruhezustand steuertSystem according to one of Claims 1 to 7, in which the metering control for draining the liquid from the metering opening controls the micromembrane pump into pump mode and the free jet meter into the idle state
System nach Anspruch 8, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge der ablaufenden Flüssigkeit über das Schlagvolumen oder die Schlagvolumina der Mikromembranpumpe steuertSystem according to Claim 8, in which the metering control controls the metered amount of the flowing liquid via the stroke volume or the stroke volumes of the micromembrane pump
System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Dosiersteuerung die Verschiebung einer Hilfsflussigkeitssaule aus dem Reservoir für ein Ansaugen von Flüssigkeit durch die Dosieroffnung oder für ein Austreiben von Flüssigkeit aus der Dosieroffnung durch Steuern der Mikromembranpumpe in den Pumpbetrieb in der einen oder anderen Richtung und des Freistrahldosierers in den Ruhebetrieb steuert System nach Anspruch 10, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge der anzusaugenden oder auszutreibenden Flüssigkeit über das Schlagvolumen oder die Schlagvolumina der Mikromembranpumpe steuertA system according to any one of claims 1 to 9, in which the metering controller displaces an auxiliary liquid column from the reservoir for aspirating liquid through the metering opening or for expelling liquid from the metering opening by controlling the micromembrane pump into pumping operation in one direction or the other and controls the free jet dosing in idle mode The system of claim 10, wherein the dosing control controls the dosing amount of the liquid to be drawn in or driven out via the stroke volume or the stroke volumes of the micromembrane pump
System nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, bei dem die Komponenten Mikromembranpumpe und/oder Freistrahldosierer und/oder Reservoir und/oder Dosiersteuerung zu einem Bauteil in Mikrosystemtechnik oder in Hybridtechnik zusammengefaßt sindSystem according to one of Claims 1 to 1 1, in which the components of the micromembrane pump and / or free jet metering device and / or reservoir and / or metering control are combined to form a component using microsystem technology or hybrid technology
Mikrodosiersystem mitMicrodosing system with
- einem kompressiblen Reservoir, aus dem Flüssigkeit durch Komprimieren in- a compressible reservoir from which liquid can be compressed by
- einen Freistrahldosierer beforderbar ist, dessen Eingang mit dem Reservoir verbunden ist,a free jet metering device can be required, the input of which is connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang des Freistrahldosierers verbundenen Dosieroffnung und- A metering opening connected to the outlet of the free jet meter and
- einer mit dem Freistrahldosierer in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A metering control that is operatively connected to the free jet metering device
System nach Anspruch 13, bei dem das Reservoir mindestens eine zum Komprimieren von außen zugangliche, bewegliche Wand aufweistThe system of claim 13, wherein the reservoir has at least one moveable wall accessible for compression from the outside
System nach Anspruch 13 oder 14, bei dem eine bewegliche Wand des Reservoirs ein in einem Verbindungsabschnitt des Reservoirs zur Atmosphäre abdichtend verschieblicher Pfropfen oder eine das Reservoir abschließende Membran oder ein das Reservoir begrenzender Beutel ist System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem zwischen Reservoir und Freistrahldosierer ein als Ruckschlagventil ausgebildetes Mi- kroventil angeordnet ist, das Flüssigkeit vom Reservoir in den Freistrahldosierer durchlaßt und in umgekehrter Richtung den Flussigkeitsdurch- gang sperrtThe system of claim 13 or 14, wherein a moveable wall of the reservoir is a plug that seals against the atmosphere in a connecting portion of the reservoir, or a membrane that seals the reservoir or a bag that defines the reservoir System according to one of Claims 13 to 15, in which a microvalve designed as a non-return valve is arranged between the reservoir and the free-jet metering device, which passes liquid from the reservoir into the free-jet metering device and blocks the passage of the liquid in the opposite direction
System nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem zwischen Reservoir und Freistrahldosierer ein aktives Mikroventil angeordnet ist, das mit der Dosiersteuerung in Wirkverbindung steht und von dieser zum Befullen des Freistrahldosierers aufgesteuert und für Freistrahlabgabe in den Sperrzustand gesteuert wirdSystem according to one of Claims 13 to 15, in which an active microvalve is arranged between the reservoir and the free-jet metering device, which is in operative connection with the metering control and is actuated by the metering control for filling the free-jet metering device and controlled in the blocking state for free-jet metering
System nach Anspruch 17, bei dem im Freistrahldosierer ein Full- standssensor angeordnet ist, der mit der Dosiersteuerung in Wirkverbindung steht, die beim Befullen des Freistrahldosierers ein Schließen des Mikroventils steuert, sobald der Fullstandssensor den Flussigkeitspegel detektiertSystem according to Claim 17, in which a full level sensor is arranged in the free jet meter, which is in operative connection with the metering control which, when the free jet meter is filled, controls the closing of the microvalve as soon as the full level sensor detects the liquid level
System nach einem der Ansprüche 13 bis 18, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge über das Verdrangungsvolumen des Freistrahldosierers steuertSystem according to one of claims 13 to 18, wherein the dosing control controls the dosing quantity via the displacement volume of the free jet dosing device
System nach einem der Ansprüche 13 bis 19, bei dem die Komponenten Reservoir und/oder Freistrahldosierer und/oder Mikroventil und/oder Fullstandssensor zu einem Bauteil in Mikrosystemtechnik oder Hybridtechnik zusammengefaßt sindSystem according to one of claims 13 to 19, in which the components reservoir and / or free jet meter and / or microvalve and / or full level sensor are combined to form a component in microsystem technology or hybrid technology
Mikrodosiersystem mit - einem einzigen Reservoir,Microdosing system with - a single reservoir,
- einem Freistrahldosierer, dessen Druckkammer das vorgenannte Reservoir ist, das- A free jet dosing device, the pressure chamber of which is the aforementioned reservoir, the
- zu einer Dosieroffnung hin geöffnet ist und- is open to a metering opening and
- einer mit dem Freistrahldosierer in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A metering control that is operatively connected to the free jet metering device
System nach Anspruch 21, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge der vom Freistrahldosierer abzugebenden Flüssigkeit über das Verdrangungsvolumen des Freistrahldosierers steuertThe system of claim 21, wherein the metering controller controls the metered amount of the liquid to be dispensed by the free jet meter via the displacement volume of the free jet meter
System nach Anspruch 22, bei dem die Dosiersteuerung zwecks Abgabe von mehreren Dosiermengen das Verdrangungsvolumen des Freistrahldosierers in mehreren Schritten steuertThe system of claim 22, wherein the dosing controller controls the displacement volume of the free jet dosing device in several steps for the purpose of dispensing a plurality of dosing amounts
System nach einem der Ansprüche 21 bis 23, bei dem die Komponenten Freistrahldosierer und Dosiersteuerung zu einem Bauteil in Mikrosystemtechnik oder Hybridtechnik zusammengefaßt sindSystem according to one of claims 21 to 23, in which the components free jet dosing and dosing control are combined to form a component in microsystem technology or hybrid technology
Mikrodosiersystem mitMicrodosing system with
- einem Reservoir,- a reservoir,
- einer Mikromembranpumpe, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist,a micromembrane pump, the inlet of which is connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang der Mikromembranpumpe verbundenen Dosieroffnung und- A metering opening connected to the outlet of the micromembrane pump and
- einer mit der Mikromembranpumpe in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung, - wobei Mikromembranpumpe und Reservoir in Mikrosystemtechnik oder Hybridtechnik zu einem auswechselbar mit einem Betatigungsmodul verbundenen Bauteil zusammengefaßt sinda metering control that is operatively connected to the micromembrane pump, - Micro-diaphragm pump and reservoir in microsystem technology or hybrid technology are combined to form a component which can be exchanged and connected to an actuation module
System nach Anspruch 25, bei dem die Dosiersteuerung das Dosiervolumen über das Schlagvolumen der Mikromembranpumpe steuertThe system of claim 25, wherein the metering controller controls the metering volume via the stroke volume of the micromembrane pump
System nach Anspruch 25 oder 26, bei dem die Dosiersteuerung zur Einstellung einer Ausgangsposition für die Verschiebung der Flussigkeitssaule mit einem Sensor zur Detektion des Meniskus der Flüssigkeit am Anfang einer Verschiebestrecke der Flüssigkeit verbunden istThe system according to claim 25 or 26, wherein the dosing control for setting a starting position for the displacement of the liquid column is connected to a sensor for detecting the meniscus of the liquid at the beginning of a displacement distance of the liquid
System nach Anspruch 27, bei dem der Sensor einem Abgaberohrchen für die Flüssigkeit zugeordnet istThe system of claim 27, wherein the sensor is associated with a delivery tube for the liquid
System nach einem der Ansprüche 25 bis 28, bei dem das Abgaberohrchen mit dem Bauteil verbunden sindThe system of any one of claims 25 to 28, wherein the delivery tubes are connected to the component
System nach einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem das Bauteil auswechselbar mit dem Fußbereich eines Betatigungsmoduls verbunden istSystem according to one of claims 25 to 29, wherein the component is interchangeably connected to the foot area of an actuation module
System nach einem der Ansprüche 25 bis 30, bei dem die Dosiersteuerung dauerhaft mit dem Betatigungsmodul verbunden ist und das Bauteil über elektrische Kontakte trennbar mit der Dosiersteuerung verbunden istSystem according to one of Claims 25 to 30, in which the dosing control is permanently connected to the actuation module and the component is connected to the dosing control so as to be separable via electrical contacts
System nach einem der Ansprüche 25 bis 31, bei dem der Sensor dauerhaft mit dem Betatigungsmodul verbunden ist System nach einem der Ansprüche 25 bis 32, bei dem Dosiersteuerung, Display und/oder Bedieneinrichtung auf einer gemeinsamen Leiterplatte untergebracht sindSystem according to one of claims 25 to 31, wherein the sensor is permanently connected to the actuation module System according to one of Claims 25 to 32, in which the metering control, display and / or operating device are accommodated on a common printed circuit board
System nach Anspruch 33, bei dem die Leiterplatte im Mittelbereich des Betatigungsmoduls angeordnet istThe system of claim 33, wherein the circuit board is arranged in the central region of the actuation module
System nach einem der Ansprüche 25 bis 34, bei dem die Energieversorgung im Kopfbereich des Betatigungsmoduls untergebracht istSystem according to one of Claims 25 to 34, in which the energy supply is accommodated in the head region of the actuation module
Mikrodosiersystem mitMicrodosing system with
- einem Reservoir,- a reservoir,
- einer Mikromembranpumpe, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist,a micromembrane pump, the inlet of which is connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang der Mikromembranpumpe verbundenen Dosieroffnung und- A metering opening connected to the outlet of the micromembrane pump and
- einer mit der Mikromembranpumpe in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung, die die Verschiebung einer Hilfsflussigkeitssaule aus dem Reservoir für ein Ansaugen von Flüssigkeit durch die Dosieroffnung oder ein Austreiben von Flüssigkeit aus der Dosieroffnung durch Steuern der Mikromembranpumpe in den Pumpbetrieb in der einen oder anderen Richtung steuert- A metering control that is operatively connected to the micromembrane pump and that controls the displacement of an auxiliary liquid column from the reservoir for a suction of liquid through the metering opening or an expulsion of liquid from the metering opening by controlling the micromembrane pump into pumping operation in one direction or the other
System nach Anspruch 36, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge über das Schlagvolumen der Mikromembranpumpe steuert System nach Anspruch 36 oder 37, bei dem die Dosiersteuerung zur Einstellung einer Ausgangsposition für die Verschiebung der Hilfsflussigkeitssaule mit einem Sensor zur Detektion des Meniskus der Hilfsflussigkeit am Anfang einer Verschiebestrecke der Hilfsflussigkeit verbunden istThe system of claim 36, wherein the metering controller controls the metering amount via the stroke volume of the micromembrane pump A system according to claim 36 or 37, wherein the dosing control for setting a starting position for the displacement of the auxiliary liquid column is connected to a sensor for detecting the meniscus of the auxiliary liquid at the beginning of a displacement path of the auxiliary liquid
System nach einem der Ansprüche 36 bis 38, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge auf der Grundlage einer Kalibrierung des Schlagvolumens bestimmt, die es durch Verschieben der Hilfsflussigkeitssaule mittels der Mikromembranpumpe entlang einer Kalibrierstrecke zwischen mit ihr in Wirkverbindung stehenden Sensoren für die Detektion des Meniskus der Hilfsflussigkeitssaule ermitteltSystem according to one of claims 36 to 38, wherein the dosing control determines the dosing quantity on the basis of a calibration of the stroke volume, which it does by moving the auxiliary fluid column by means of the micromembrane pump along a calibration path between sensors which are operatively connected to it, for the detection of the meniscus of the auxiliary fluid column determined
System nach einem der Ansprüche 36 bis 39, bei dem die Dosiersteuerung das Dosiervolumen steuert, indem sie die Hilfsflussigkeit mittels der Mikromembranpumpe entlang dem manuell oder mittels eines mechanischen Antriebs einstellbaren Abstand zweier mit ihr in Wirkverbindung stehender Sensoren zur Detektion des Meniskus der Hilfsflussigkeit an einer Verschiebestrecke verschiebt, und der Abstand der Sensoren dem zu dosierenden Volumen entsprichtSystem according to one of Claims 36 to 39, in which the dosing control controls the dosing volume by controlling the auxiliary liquid by means of the micromembrane pump along the distance, which can be set manually or by means of a mechanical drive, of two sensors that are operatively connected to it for detecting the meniscus of the auxiliary liquid on a displacement path moves, and the distance between the sensors corresponds to the volume to be dosed
System nach Anspruch 40, bei dem die VerStelleinrichtung eine Spindel mit einem Stellantrieb und einer Spindelmutter und einen an der Spindelmutter befestigten Sensor hatThe system of claim 40, wherein the actuator has a spindle with an actuator and a spindle nut and a sensor attached to the spindle nut
System nach einem der Ansprüche 36 bis 41, bei dem die Komponenten Mikromembranpumpe und/oder Reservoir und/oder Dosiersteuerung zu einem Bauteil in Mikrosystemtechnik oder in Hybridtechnik zusammengefaßt sindSystem according to one of claims 36 to 41, in which the components of the micromembrane pump and / or reservoir and / or metering control a component in microsystem technology or in hybrid technology are combined
Mikrodosiersystem mitMicrodosing system with
- einem ein Kapillarausgleichssystem aufweisenden Reservoir,a reservoir having a capillary compensation system,
- einem Freistrahldosierer, dessen Eingang mit dem Kapillarausgleichssystem verbunden ist,- a free jet dosing device, the input of which is connected to the capillary compensation system,
- einer mit dem Ausgang des Freistrahldosierers verbundenen Dosieroffnung und- A metering opening connected to the outlet of the free jet meter and
- einer mit dem Freistrahldosierer in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A metering control that is operatively connected to the free jet metering device
System nach Anspruch 43, bei dem das Kapillarausgleichssystem mindestens eine maanderformige oder spiralförmige Kapillare aufweistThe system of claim 43, wherein the capillary balancing system has at least one meandering or spiral capillary
System nach Anspruch 43 oder 44, bei dem das Kapillarausgleichssystem zu einer Befüll- und/oder Entluftungsoffnung hin von einem Pfropfen verschlossen ist, der mit einer in das Kapillarausgleichssystem gefüllten Flüssigkeit wandern kannSystem according to claim 43 or 44, in which the capillary compensation system is closed towards a filling and / or venting opening by a plug which can migrate with a liquid filled in the capillary compensation system
System nach einem der Ansprüche 43 bis 45, bei dem das Kapillarausgleichssystem von einem Kanalsystem in einem Plattenkorper gebildet istSystem according to one of Claims 43 to 45, in which the capillary compensation system is formed by a channel system in a plate body
System nach Anspruch 46, bei dem der Plattenkorper eine das Kanalsystem verschließende Deckplatte aufweist System nach Anspruch 46 oder 47, bei dem das Kapillarausgleichssystem einen quer durch den Plattenkorper verlaufenden und das Kanalsystem schneidenden Durchgang zur Verbindung mit dem Freistrahldosierer aufweistThe system of claim 46, wherein the plate body has a cover plate closing the channel system The system of claim 46 or 47, wherein the capillary balancing system has a passageway running through the plate body and intersecting the channel system for connection to the free jet metering device
System nach einem der Ansprüche 43 bis 48, bei dem das Kapillarausgleichssystem eine aufgewickelte Kapillare aufweistSystem according to one of claims 43 to 48, in which the capillary compensation system has a wound capillary
System nach einem der Ansprüche 43 bis 49, bei dem zwischen Reservoir und Freistrahldosierer ein als Ruckschlagventil ausgebildetes Mikroventil angeordnet ist, das Flüssigkeit vom Reservoir in den Freistrahldosierer durchlaßt und in umgekehrter Richtung den Flussigkeitsdurch- gang sperrtSystem according to one of Claims 43 to 49, in which a microvalve designed as a non-return valve is arranged between the reservoir and the free-jet metering device, which allows liquid to flow from the reservoir into the free-jet metering device and blocks the passage of the liquid in the opposite direction
System nach einem der Ansprüche 43 bis 49, bei dem zwischen Reservoir und Freistrahldosierer ein aktives Mikroventil angeordnet ist, das mit der Dosier Steuerung in Wirkverbindung steht und von dieser zum Befullen des Freistrahldosierers aufgesteuert und für Freistrahlabgabe in den Sperrzustand gesteuert wirdSystem according to one of claims 43 to 49, in which an active microvalve is arranged between the reservoir and the free jet metering device, which is in operative connection with the metering control and is controlled by the metering device to fill the free jet metering device and is controlled in the blocking state for free jet dispensing
System nach Anspruch 51, bei dem im Freistrahldosierer ein Fullstandssensor angeordnet ist, der mit der Dosiersteuerung in Wirkverbindung steht, die beim Befullen des Freistrahldosierers ein Schließen des Mikroventils steuert, sobald der Fullstandssensor den Flussigkeitspegel detektiert System nach einem der Ansprüche 43 bis 52, bei dem die Dosiersteuerung die Dosiermenge über das Verdrangungsvolumen der Frei Strahleinrichtung steuertSystem according to Claim 51, in which a full-level sensor is arranged in the free-jet meter, which is operatively connected to the metering control which, when the free-jet meter is filled, controls the closing of the microvalve as soon as the full-level sensor detects the liquid level System according to one of claims 43 to 52, in which the metering control controls the metering quantity via the displacement volume of the free jet device
System nach einem der Ansprüche 43 bis 53, bei dem Reservoir und/oder Freistrahldosierer und/oder Dosiersteuerung in Mikrosystemtechnik oder Hybridtechnik zu einem Bauteil zusammengefaßt sindSystem according to one of Claims 43 to 53, in which the reservoir and / or free jet dosing device and / or dosing control in microsystem technology or hybrid technology are combined to form one component
System nach einem der Ansprüche 43 bis 54, bei dem das Reservoir aus Kunststoff besteht und an einem mikrosystemtechnischen Bauteil befestigt ist, das den Freistrahldosierer umfaßtSystem according to one of Claims 43 to 54, in which the reservoir consists of plastic and is fastened to a microsystem component which comprises the free-jet metering device
System nach Anspruch 55, bei dem das Reservoir eine Schnappverbindung mit dem Bauteil aufweistThe system of claim 55, wherein the reservoir has a snap connection to the component
System nach einem der Ansprüche 43 bis 56, bei dem das Reservoir mit einem Stutzen gegen einen den Eingang aufweisenden Dichtsitz des Freistrahldosierers gepreßt istSystem according to one of Claims 43 to 56, in which the reservoir is pressed with a connecting piece against a sealing seat of the free-jet metering device which has an inlet
System nach einem der Ansprüche 55 bis 57, bei dem das Reservoir einen Überstand über das Bauteil aufweist und an dem Überstand mit einem Betatigungsmodul verbunden istSystem according to one of claims 55 to 57, in which the reservoir has a projection over the component and is connected to the projection with an actuation module
System nach Anspruch 58, bei dem das Bauteil mit dem Freistrahldosierer spielfrei an einem dauerhaft mit dem Betatigungsmodul verbundenen Aktor für den Freistrahldosierer anliegtThe system of claim 58, wherein the component with the free jet dispenser bears free of play against an actuator for the free jet meter that is permanently connected to the actuation module
Mikrodosiersystem mit - einem Reservoir aus Kunststoff,Microdosing system with - a plastic reservoir,
- einer im wesentlichen plattenformigen, als mikrosystemtechnisches Bauteil ausgeführten Fordereinrichtung mit einer Mikromembranpumpe und/oder einem Freistrahldosierer, wobei das Reservoir und das Bauteil in überdeckender Beziehung aneinander befestigt sind und der Eingang der Fordereinrichtung mit dem Reservoir verbunden ist,an essentially plate-shaped delivery device designed as a microsystem component with a micromembrane pump and / or a free-jet metering device, the reservoir and the component being fastened to one another in an overlapping relationship and the entrance of the delivery device being connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang der Fordereinrichtung verbundenen Dosieroffnung und- A metering opening connected to the output of the conveyor and
- einer mit der Fordereinrichtung in Wirkverbindung stehenden Dosiersteuerung- A metering control that is operatively connected to the delivery device
System nach Anspruch 60, bei dem das Reservoir eine Schnappverbindung mit dem Bauteil aufweistThe system of claim 60, wherein the reservoir has a snap connection to the component
System nach Anspruch 60 oder 61, bei dem das Reservoir mit einem Stutzen gegen einen den Eingang aufweisenden Dichtsitz der Fordereinrichtung gepreßt istSystem according to Claim 60 or 61, in which the reservoir is pressed with a connecting piece against a sealing seat of the conveying device which has an inlet
System nach einem der Ansprüche 60 bis 62, bei dem das Reservoir einen Überstand über das mikrosystemtechnische Bauteil aufweist und an dem Überstand mit einem Betatigungsmodul verbunden istSystem according to one of claims 60 to 62, wherein the reservoir has a protrusion over the microsystem component and is connected to an actuation module on the protrusion
System nach einem der Ansprüche 60 bis 63, bei dem die Mikromembranpumpe und/oder der Freistrahldosierer spielfrei an einem dauerhaft mit dem Betatigungsmodul verbundenen Aktor anliegt System nach einem der Ansprüche 60 bis 64, bei dem das Reservoir bei Ausrichtung der Dosieroffnung vertikal nach unten oberhalb der Fordereinrichtung angeordnet istSystem according to one of Claims 60 to 63, in which the micromembrane pump and / or the free-jet metering device rests without play on an actuator permanently connected to the actuation module System according to one of claims 60 to 64, in which the reservoir is arranged vertically downward above the conveying device when the metering opening is aligned
System nach einem der Ansprüche 60 bis 65, bei dem das Reservoir kompressibel istA system as claimed in any one of claims 60 to 65, in which the reservoir is compressible
Mikrodosiersystem mitMicrodosing system with
- einem Reservoir,- a reservoir,
- einer Fordereinrichtung mit einer Mikromembranpumpe und/oder einem Freistrahldosierer, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist,a delivery device with a micromembrane pump and / or a free jet metering device, the input of which is connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang der Fordereinrichtung verbundenen Dosieroffnung,a metering opening connected to the outlet of the delivery device,
- einer in Wirkverbindung mit der Fordereinrichtung stehenden Dosiersteuerung,- a metering control in operative connection with the delivery device,
- einem Betatigungsmodul, mit dem das das Reservoir umfassende Bauteil auswechselbar verbunden ist, und- An actuation module, with which the component comprising the reservoir is exchangeably connected, and
- einem temperierbaren Trager, in den das aus dem Betatigungsmodul entnommene Bauteil einsetzbar ist- A temperature-adjustable carrier in which the component removed from the actuation module can be inserted
System nach Anspruch 67, bei dem das Reservoir mit einem Enzym befullt istThe system of claim 67, wherein the reservoir is filled with an enzyme
System nach Anspruch 67 oder 68, bei dem der Trager eine oder mehrere temperierbare Aufnahmen für ein oder mehrere Bauteile aufweist System nach Anspruch 69, bei dem der Querschnitt der Aufnahme komplementär zum Querschnitt des Bauteils istThe system of claim 67 or 68, wherein the carrier has one or more temperature-controlled receptacles for one or more components The system of claim 69, wherein the cross-section of the receptacle is complementary to the cross-section of the component
System nach einem der Ansprüche 67 bis 70, bei dem der Trager einen solegefüllten Kuhlakku umfaßtThe system of any of claims 67 to 70, wherein the carrier comprises a brine-filled cow pack
Mikrodosiersystem mitMicrodosing system with
- einem Reservoir,- a reservoir,
- einer Fordereinrichtung mit einer Mikromembranpumpe und/oder einem Freistrahldosierer, deren Eingang mit dem Reservoir verbunden ist,a delivery device with a micromembrane pump and / or a free jet metering device, the input of which is connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang der Fordereinrichtung verbundenen Dosieroffnung,a metering opening connected to the outlet of the delivery device,
- einer in Wirkverbindung mit der Fordereinrichtung stehenden Dosiersteuerung,- a metering control in operative connection with the delivery device,
- wobei ein das Reservoir und/oder die Fordereinrichtung umfassendes Bauteil auswechselbar mit einem Betatigungsmodul verbunden ist, eine Codierung aufweist und das Betatigungsmodul eine Abtasteinrichtung für die Codierung des Bauteiles aufweist- Wherein a component comprising the reservoir and / or the conveying device is interchangeably connected to an actuation module, has a coding and the actuation module has a scanning device for coding the component
System nach Anspruch 72, bei dem die Codierung eine Information über eine Fullsubstanz und/oder eine oder mehrere Dosiereigenschaften des auswechselbaren Bauteiles betrifftThe system of claim 72, wherein the coding relates to information about a full substance and / or one or more dosing properties of the replaceable component
System nach Anspruch 72 oder 73, bei dem Codierung und Abtastung mechanisch, magnetisch, induktiv, optisch und/oder chemisch erfolgt 75 System nach Anspruch 74, bei dem die Codierung von Ausnehmungen und/oder Vorsprungen des Bauteils gebildet sind und die Abtasteinrichtung das Vorhandensein und/oder die Abmessungen der Vorsprunge oder Ausnehmungen abtastetSystem according to Claim 72 or 73, in which the coding and scanning takes place mechanically, magnetically, inductively, optically and / or chemically 75 System according to claim 74, wherein the coding of recesses and / or projections of the component are formed and the scanning device scans the presence and / or the dimensions of the projections or recesses
76 System nach einem der Ansprüche 72 bis 75, bei dem die Abtasteinrichtung mit einer Auswerteeinrichtung und/oder einer Anzeigeeinrichtung und/oder einer Speichereinrichtung und/oder einer Steuereinrichtung verbunden ist76 System according to one of claims 72 to 75, in which the scanning device is connected to an evaluation device and / or a display device and / or a storage device and / or a control device
77 Mikrodosiersystem mit77 microdosing system with
- einem Reservoir,- a reservoir,
- einer Fordereinrichtung mit einem Freistrahldosierer und ggfs einer Mikromembranpumpe, wobei der Eingang der Fordereinrichtung mit dem Reservoir verbunden ist,a delivery device with a free jet dosing device and possibly a micro-membrane pump, the input of the delivery device being connected to the reservoir,
- einer mit dem Ausgang der Fordereinrichtung verbundenen Dosieroffnung,a metering opening connected to the outlet of the delivery device,
- einer in Wirkverbindung mit der Fordereinrichtung stehenden Dosiersteuerung und- A metering control in operative connection with the delivery device and
- einer Lichtquelle für einen Lichtstrahl, deren Abstrahlachse so zur Dosieroffnung ausgerichtet ist, daß der Lichtstrahl die Bewegungsachse und/oder den Auftreffort der aus der Dosieroffnung abgegebenen Flüssigkeit kennzeichnet- A light source for a light beam, the emission axis of which is aligned with the metering opening in such a way that the light beam characterizes the axis of movement and / or the point of impact of the liquid dispensed from the metering opening
78 System nach Anspruch 77, bei dem die Lichtquelle eine Laserdiode ist 79 System nach Anspruch 77 oder 78, bei dem die Abstrahlachse parallel zur Achse der Dosieroffnung ausgerichtet ist und auf oder unmittelbar neben dieser verlauft78. The system of claim 77, wherein the light source is a laser diode 79 System according to claim 77 or 78, in which the radiation axis is aligned parallel to the axis of the metering opening and extends on or immediately adjacent to this
80 System nach einem der Ansprüche 77 bis 79, bei dem die Abstrahlachse spitzwinklig zur Achse der Dosieroffnung ausgerichtet ist und diese etwa im Auftreffort der Flüssigkeit schneidet80 System according to one of claims 77 to 79, in which the radiation axis is oriented at an acute angle to the axis of the metering opening and intersects this approximately in the impact of the liquid
81 System nach einem der Ansprüche 77 bis 80, bei dem die Lichtquelle eine Fokussierung des Lichtstrahles etwa an dem Auftreffort der Flüssigkeit hat81 System according to one of claims 77 to 80, wherein the light source has a focusing of the light beam approximately at the point of impact of the liquid
82 System nach Anspruch 80 oder 81, bei dem mehrere Lichtquellen mit im Auftreffort der Flüssigkeit einander schneidenden Ab strahl achsen vorhanden sind82 System according to claim 80 or 81, in which a plurality of light sources with intersecting axes of intersection in the liquid are present
83 System nach einem der Ansprüche 77 bis 82, bei dem eine Ausrichtung des Lichtstrahls über Lichtleiter und/oder über eine in ein mikrosystemtechnisches Bauteil integrierte Lichtleitstruktur erfolgt83 System according to one of claims 77 to 82, in which the light beam is aligned via light guides and / or via a light guide structure integrated in a microsystem component
84 System nach einem der Ansprüche 1 bis 83, bei dem das Reservoir mit Flüssigkeit vorbefüllt ist84 System according to one of claims 1 to 83, wherein the reservoir is prefilled with liquid
85 System nach einem der Ansprüche 1 bis 84, bei dem das Reservoir ein Kapillarausgleichssystem hat85 System according to one of claims 1 to 84, in which the reservoir has a capillary compensation system
86 System nach einem der Ansprüche 1 bis 85, bei dem die Dosieroffnung eine Dusenform hat 87 System nach einem der Ansprüche 1 bis 86, bei dem die Dosieroffnung an einer austauschbaren Pipettenspitze ausgebildet ist86 System according to one of claims 1 to 85, wherein the metering opening has a nozzle shape 87 System according to one of claims 1 to 86, wherein the metering opening is formed on an exchangeable pipette tip
88 System nach einem der Ansprüche 1 bis 87, bei dem ein Bauteil auswechselbar mit einem Betatigungsmodul verbunden ist88 System according to one of claims 1 to 87, in which a component is interchangeably connected to an actuation module
89 System nach einem der Ansprüche 1 bis 88, bei dem das Reservoir über eine Zufuhrkapillare mit dem Eingang des Freistrahldosierers verbunden ist89 System according to one of claims 1 to 88, in which the reservoir is connected via a feed capillary to the inlet of the free jet metering device
90 System nach einem der Ansprüche 1 bis 89, bei dem eine Kuhleinrichtung und/oder Wärmeisolierung für die Flüssigkeit insbesondere im Reservoir vorhanden ist90 System according to one of claims 1 to 89, in which a cooling device and / or thermal insulation for the liquid is present in particular in the reservoir
91 System nach einem der Ansprüche 1 bis 90, bei dem eine Heizeinrichtung für die Flüssigkeit insbesondere in Mikromembranpumpe, Freistrahldosierer und/oder Verbindungsleitungen vorhanden ist91 System according to one of claims 1 to 90, in which a heating device for the liquid is present in particular in the micromembrane pump, free jet metering device and / or connecting lines
92 System nach einem der Ansprüche 1 bis 91, bei dem zwischen Reservoir oder Dosieroffnung ein mechanischer oder fluidtechnischer Verschluß vorhanden ist92 System according to one of claims 1 to 91, in which a mechanical or fluidic closure is present between the reservoir or metering opening
93 System nach einem der Ansprüche 1 bis 92, bei dem die Dosiersteuerung einen MikroController aufweist93 System according to one of claims 1 to 92, wherein the metering control comprises a microcontroller
94 System nach einem der Ansprüche 1 bis 93, das mehrkanalig mit einem gemeinsamen Reservoir oder mehreren Reservoiren ausgeführt ist 94 System according to one of claims 1 to 93, which is designed multi-channel with a common reservoir or multiple reservoirs
95. System nach einem der Ansprüche 1 bis 94, das als Handgerät ausgeführt ist. 95. System according to one of claims 1 to 94, which is designed as a hand-held device.
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