EP2024090B1 - Vorrichtung zur halterung von pipettenspitzen, pipettenspitze sowie pipettiervorrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur halterung von pipettenspitzen, pipettenspitze sowie pipettiervorrichtung Download PDF

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EP2024090B1
EP2024090B1 EP07725637.8A EP07725637A EP2024090B1 EP 2024090 B1 EP2024090 B1 EP 2024090B1 EP 07725637 A EP07725637 A EP 07725637A EP 2024090 B1 EP2024090 B1 EP 2024090B1
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EP
European Patent Office
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pipette tip
section
sealing
guide
coupling
Prior art date
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EP07725637.8A
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English (en)
French (fr)
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EP2024090A1 (de
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Bert Jungheim
Ulf Friederichs
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Qiagen GmbH
Original Assignee
Qiagen GmbH
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Publication date
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Application filed by Qiagen GmbH filed Critical Qiagen GmbH
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Priority to EP07725637.8A priority patent/EP2024090B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0275—Interchangeable or disposable dispensing tips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06—Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689—Sealing

Definitions

  • the invention is in the field of dosing technology and relates to a device for holding and positioning pipette tips and a pipette tip.
  • Pipette tips are elongated, typically conically tapering sleeves with a central through opening running along the longitudinal axis for metering small amounts of liquid.
  • the pipette tips are pushed at their wider end (coupling end) onto a suitable holder of a pipetting device and their pointed end, which is axially opposite the wide end, is immersed in the medium to be pipetted.
  • the pipette tips are disposable, i.e. they are thrown away after use.
  • Pipetting devices are widely used wherever relatively small amounts of liquid (e.g. in the microliter range) have to be dosed, for example in molecular biology.
  • the pipetting device can be manual pipetting devices or automatic pipetting devices or pipetting robots which have a single pipetting unit or a multiplicity of individual pipetting units which are operated simultaneously or separately.
  • the principle of operation of a pipetting device is based on the fact that a defined volume of fluid is displaced, for example in a cylinder.
  • the output side of the cylinder is connected airtight to the passage opening of the pipette tip, so that the displacement of the fluid volume results in a corresponding volume of the medium to be pipetted being sucked in at the pointed end of the pipette tip.
  • the pipette tip In order to ensure accurate dosing, the pipette tip must be securely and tightly connected to the pipetting device. This is necessary to a greater extent in automatic pipetting machines in which the secure fit and precise positioning of the individual pipette tips cannot be checked manually.
  • pipetting devices should be as low-maintenance and inexpensive to manufacture as possible.
  • a number of pipetting devices with holding devices for receiving pipette tips are known. For example, describe US 2002/094302 , U.S. 4,679,446 , DE 197 08 151 and U.S. 4,748,859 Pipette tips which have integrally formed circumferential sealing strips on the inner wall of their coupling end, which seal the pipette tip radially against an outer circumferential surface of the holder. As a result, a lateral positional alignment of the pipette tip is also to be achieved at the same time.
  • additional axial alignment means can be provided. These are for example in U.S. 6,168,761 , US 2003/082078 , CA 2 122 244 , U.S. 6,248,295 , EP 148 333 , U.S. 6,973,845 and U.S. 4,824,641 described.
  • a holding device with a rigid sealing bead is in US 2003/0000319 described.
  • This sealing bead interacts in the radial direction with a sealing surface of a pipette tip, the wall thickness of the pipette tip in the area of the sealing surfaces being sufficiently thin to ensure slight expansion when it is pushed onto the sealing bead.
  • EP 1 319 437 describes a holding device with an O-ring for radial sealing of a pipette tip.
  • a radial seal between the pipette tip and the holding device is in EP 0 351 574 described.
  • the holding device has a cylindrical sealing section which corresponds to a sealing section of the pipette tip, the wall thickness in the area of the pipette tip-side sealing section being smaller and therefore flexible compared to neighboring areas. This is achieved by weakening the wall thickness on the inside and outside of the pipette wall.
  • a pipette tip with an elastic cylindrical sealing section is also in WO 00/27530 described.
  • a pipetting device which has an annular pinch seal for radial sealing of the pipette tip.
  • a displaceable crimp sleeve is pressed axially onto the annular crimp seal and this is pressed radially outward into an annular groove which is formed on the inner wall of the through opening of the pipette tip.
  • a coupling sleeve with an annular stepped attachment is positioned axially in front of the pinch seal in the direction of the pipette tip, which is used for the axial and radial positioning of the pipette tip.
  • the invention is therefore based on the object of providing a pipette tip or corresponding pipette tips with which precise dosing is possible and which preferably have improved product properties compared to the prior art with regard to wear, maintenance and manufacturing costs.
  • a pipette tip according to claim 1 and a pipetting device according to claim 13 are therefore proposed.
  • the pipetting device comprises a coupling element which furthermore has at least one guide element arranged on its outside for the lateral alignment of the pipette tip with respect to the longitudinal axis.
  • a holding element for interacting with holding means of the pipette tip can be arranged on the outside of the coupling element in order to press the sealing section of the pipette tip against the axial sealing section and to position the pipette tip in the axial direction.
  • the pipette tip can be sealed off by an axially acting seal on the coupling element.
  • the coupling element has an elastic sealing element against which a sealing section of the pipette tip can be pressed axially.
  • the advantage of an axial seal is that it is considerably less subject to wear than a radial seal. A radial seal must be slid frictionally over an outer peripheral surface of the holder until it is sufficiently squeezed and thus seals, or, as in the case of the squeeze seal described above WO 00/62933 , is subject to a great deal of flexing. In the case of an axial seal, on the other hand, the corresponding sealing section only needs to be pressed against the seal.
  • the holder according to the invention is therefore considerably more durable and requires less maintenance.
  • the sealing element consists of a material which, compared to the material of the coupling element, is more elastic or has better elastic deformability.
  • the sealing element has an axial sealing section, ie a section that is accessible from the axial direction, for example an end face, against which the sealing section of the pipette tip can be pressed axially.
  • the seal and the holder or fastening are advantageously separated from one another both spatially and functionally, ie the sealing and holding elements are designed as separate elements.
  • the sealing element seals the pipette tip on the coupling element.
  • due to the axial sealing effect it also serves as an axial positioning means.
  • the pipette tip is not held or fixed by the seal. This function is taken over by the holding element, which interacts with an associated holding means on the pipette tip and secures it against axial displacement.
  • the sealing section of the pipette tip is pressed against the axial sealing section of the sealing element and, on the one hand, the desired sealing effect is achieved and, on the other hand, the axial position of the pipette tip is achieved by the Retaining element and sealing element defined.
  • the holding element allows a detachable connection between the coupling element and the pipette tip.
  • the lateral or radial alignment of the pipette tip on the coupling element is advantageously ensured by the interaction of the guide element on the holder side with corresponding guide elements, typically cylindrical surfaces on the inner wall of the pipette tip.
  • the separation of sealing and holding functions as well as lateral guidance is particularly advantageous in the case of automatic pipetting machines, since it enables the axial alignment (z-position) to be precisely defined through the interaction of the axial seal and the holding element.
  • a radial pinch seal on the other hand, could prevent defined axial positioning.
  • the mounting device according to the invention has a low-wear seal and allows precise positioning of the pipette tip and its secure mounting.
  • the integrated cylindrical guide surface should preferably run parallel to the longitudinal axis in the longitudinal direction. This ensures that the pipette tip is independent of the holder when its guide surface interacts with a guide element assumes a defined radial position from its axial position. The pipette tip can therefore be pushed onto the holder without the guide surface hindering an axial movement of the pipette tip and holder relative to one another.
  • the guide surface therefore only leads to a radial alignment of the pipette tip without influencing its axial positioning, ie the axial and radial alignment are separate.
  • the inner wall In the direction of the longitudinal axis, the inner wall typically has an angle greater than or equal to 0.2 °, preferably between 0.5 ° and 3 °, in particular between 0.5 ° and 1 °, with respect to the longitudinal axis.
  • the angle can also be between approximately 0.2 ° and 1 ° and, for example, be approximately 0.3 °. Due to the relatively small angle, the inner wall is shaped as a draft bevel for easier removal of the pipette tip produced from an injection mold with a comparatively small tapering of the hollow cross-section.
  • the coupling section furthermore has a first section and a second section which is arranged axially offset from the first section in the pushing-on direction, the first section having a smaller radial extent than the second section.
  • the coupling section has a sealing section between the first and second sections with a sealing surface pointing axially in the push-on direction for interacting with a sealing element of the holder.
  • the coupling section can have a holding means arranged on the inner wall of the second section for interacting with a holding element of the holder.
  • the cylindrical guide surface can be arranged in the first section, in the second section or in both sections.
  • the holding means can be an undercut formed on the inner wall of the second section.
  • the pipette tip is typically an injection-molded part, the inner walls of the first and second sections running parallel to the longitudinal axis, that is to say having no draft angles.
  • the coupling section, and in particular the second section of the pipette tip can comprise an area which is designed to be more flexible with respect to the remaining areas of the coupling section or the second section and is arranged towards the first axial end. The flexible area makes it easier to put on and remove the pipette tip from the holder.
  • the coupling section therefore consists of different materials.
  • the sealing section can be formed by a shoulder or shoulder between the first and second sections.
  • the holding element can be a flexible element that is suitably mounted on the outside of the coupling element, or a rigid or elastic element that is integrally molded on the outside or attached separately to the outside, for example one or more radial elevations that are partially or annularly distributed around the circumference .
  • a pipetting device with a coupling element and a pipette tip which can be releasably fastened to the coupling element and has a sealing section is proposed, the coupling element having a longitudinal axis running in the axial direction and having a free end from which the pipette tip can be pushed onto the coupling element in the axial direction is.
  • the coupling element also has a sealing element made of an elastic material, which has an axial and radially extending sealing section that is exposed in the axial direction towards the free end of the coupling section.
  • the sealing section of the pipette tip is preferably designed as an axial surface with respect to the longitudinal axis of the coupling element, which faces in the direction of the coupling element and can be formed, for example, by a shoulder.
  • at least a part of the sealing section of the coupling element should be axially pressed against at least a part of the sealing section of the pipette tip.
  • the coupling element of the pipetting device can additionally individually or in combination have the properties of the separate coupling element already described above, for example with regard to the properties and the material of the sealing element, the number, design and arrangement of guide elements or the number, design and arrangement of holding elements.
  • a pipetting device with a coupling element and a pipette tip releasably attachable to the coupling element is proposed, the coupling element having at least one guide element arranged on its outside for the lateral alignment of the pipette tip, and preferably comprising as many guide elements as the pipette tip has guide surfaces.
  • the guide element (s) can be designed, independently of one another, preferably in one piece or in several parts.
  • the pipette tip has a longitudinal axis and a coupling section running in the longitudinal axis for pushing onto the holder.
  • the coupling section furthermore has at least one section with an inner wall which tapers conically at least in sections counter to the pushing-on direction and in which a guide surface, which is cylindrical with respect to the longitudinal axis, is integrated for interacting with the at least one coupling-side guide element.
  • the guide element (s) on the coupling element is (are) designed in such a way that each guide element has at least partial surfaces of a cylindrical jacket surface, each corresponding to a cylindrical guide surface interacting with the partial surface on the pipette tip.
  • the pipette tip can additionally individually or in combination have the properties of the separate pipette tip already described above, for example with regard to the properties, the material, the design and arrangement of the inner wall, special sections or holding elements.
  • the coupling element of the pipetting device can also individually or in combination here have the properties of the separate coupling element already described above, for example with regard to the number, design and arrangement of guide elements.
  • the coupling element can comprise a sealing element with properties, configurations and suitable materials already described above, and one or more retaining elements already described above in terms of number, configuration and arrangement.
  • the coupling element can furthermore have at least one holding element arranged on its outside for interacting with at least one holding means of the pipette tip.
  • the at least one holding element can be designed to be rigid with respect to the at least one holding means.
  • the at least one holding element can also be designed to be flexible with respect to the at least one holding means.
  • the holder according to the invention has a coupling element with an in particular cylindrical base body which comprises an elastic sealing element with a sealing section which is exposed axially in the direction of the free end of the holder and which extends at least partially radially. A corresponding sealing section of a pipette tip can be pushed axially against this sealing section. The sealing effect is achieved by pressing axially against the sealing element.
  • the sealing element typically consists of a fluoroelastomer and can be designed, for example, as an O-ring or also as an X-ring, where O and X refer to the cross section of the ring material.
  • cross sections for example hollow or V cross sections, are also possible.
  • the choice of the respective cross-section is intended to achieve material elasticity in the cross-section, i.e. the cross-section of the sealing element is elastic, in particular can be deformed in the longitudinal direction of the coupling element, and therefore enables a very good axial sealing effect.
  • the coupling element also has at least one guide element for laterally positioning and aligning the pipette tip with respect to the longitudinal axis of the holder.
  • the guide element can be embodied radially, preferably with a constant radial extent, circumferentially around the coupling element, it being possible for it to consist of sub-elements.
  • the guide element can protrude radially beyond neighboring sections of the outside of the coupling element.
  • the guide element thus has a greater radial extent than adjacent sections of the coupling element. This ensures that a radial contact between the coupling element and the pipette tip is established essentially only via the guide element and that the guide element thus determines the lateral or radial position of the pipette tip.
  • the guide element rests on the inner wall of the pipette tip, which in turn corresponds May have guide elements or guide surfaces.
  • the guide element can be annular.
  • the guide element on the holder side is, in particular, guide surfaces or partial surfaces that are cylindrical with respect to the longitudinal axis of the coupling element.
  • the lateral guidance and alignment of the pipette tip is independent of axial positioning means.
  • the coupling element can have two guide elements axially spaced from one another on its outside. This further improves the lateral or radial alignment or positioning of the pipette tip. An improved coaxial alignment of the coupling element and pipette tip is also achieved, i.e. tilting or holding the pipette tip on the holder is prevented. This is particularly advantageous in the case of automatic pipetting machines with a large number of simultaneously actuated pipette tips, which are arranged, for example, in a matrix.
  • the axial spacing of the guide elements is understood to mean the spacing of the contact areas or contact edges that are furthest apart from one another.
  • the guide elements can define guide rings which run radially around the coupling element and have different radial dimensions or different external diameters.
  • the axial distance is defined by the respective outer edge or outer line of the guide surface, i.e. the outer edges which are axially farthest from one another.
  • the guide rings can optionally be designed as continuous circumferential rings or as interrupted rings. It is also possible to design one guide ring as a continuously encircling ring and the other guide ring as an interrupted ring.
  • the guide element or the guide ring or rings can have a certain axial extent so that guide surfaces are defined thereby, the axial width of which corresponds essentially to that of the axial extent of the guide rings or the guide element. It is also possible to reduce the axial extent of the guide element or the guide ring (s) to such an extent that one or more essentially linear contacts between the guide element and The pipette tip remains. When using, for example, a plurality of guide elements arranged in a ring shape, one or more point-like contacts to the pipette tip can be made in each case with a corresponding design.
  • the coupling element has two guide elements with different radial dimensions or outside diameters, the axial distance between the two guide elements being at least as great as the larger of the two outside diameters.
  • the coupling element has a first section, which is arranged near the free end or at the free end of the coupling element, and a second section, which is arranged axially offset from the first section in the push-on direction.
  • the sections are substantially cylindrical in shape.
  • Each section can have a guide element, in particular the first section facing the free end preferably having a smaller radial extent than the second section at each point. This defines a step between the two sections on which the sealing element can be arranged.
  • the sealing element is therefore preferably located between the first and second sections and typically protrudes radially beyond the first section and the guide element located there, so that part of the sealing element is freely accessible axially from the free end of the coupling element.
  • an inner stepped shoulder of the pipette tip which is formed by a radially circumferential sealing surface pointing in the axial direction, can be pressed against the sealing element.
  • the coupling element furthermore has at least one holding element which is arranged on the outside of the coupling element, interacts with corresponding holding means of the pipette tip and releasably fixes the pipette tip.
  • the holding element brings about an especially axial fixation, so that at the same time the sealing section of the pipette tip is pressed axially against the axial sealing section of the coupling element.
  • the interaction of the sealing element with the sealing means on the one hand and the holding element and holding means on the other hand results in a secure and precisely defined axial Positioning of the pipette tip achieved.
  • the holding element can be flexible or rigid.
  • the holding element can be a flexible tensioning element, e.g. a circumferential spring element, which is arranged in a circumferential recess located on the outside of the coupling element.
  • Flexible holding elements enable the pipette tip to be pushed on or stripped off with little effort.
  • flexible holding elements are relatively low-wear and comparatively error-tolerant, since they can partially compensate for manufacturing tolerances, for example of the pipette tip, due to their flexibility.
  • the holding element can also be designed to be rigid and, for example, have individual radial elevations, for example rigid cams or knobs, which are preferably distributed in a ring around the coupling element.
  • a non-annular distribution or a continuous ring are also suitable as rigid holding elements.
  • Rigid holding elements have the advantage over flexible holding elements that they allow the pipette tip to be centered more precisely.
  • the holding element can engage in a radially circumferential undercut on the pipette tip, which is typically arranged on the inner wall of the through opening of the pipette tip.
  • the holding element is arranged behind the guide element or elements, as seen in the pushing-on direction. This ensures that the sealing element is located in front of the holding element in the direction of the free end of the coupling element and thereby protects the holding element from accidental contamination with the medium to be pipetted.
  • the holding device comprises an axially symmetrical, typically essentially cylindrical coupling element 4 with a longitudinal axis 6 and an axially arranged through opening 5.
  • the coupling element has a front free end 8.
  • a pipette tip 10 can be pushed onto the coupling element 4 from the free end 8.
  • the pipette tip 10 is axially symmetrical in shape and faces near its rear end (coupling end or first axial end) 12 has a coupling section 14 which is pushed onto the coupling element 4.
  • the pipette tip tapers conically from its coupling section 14 to its front pointed end (not shown here) and there has a suction opening for sucking in the medium to be pipetted.
  • the pipette tip is typically intended for single use and designed as an injection-molded part.
  • a suitable, easy-to-process material for pipette tips is polypropylene, which is injected into a suitable injection mold in liquid form and optionally with additives (e.g. paint) and / or fillers. After the polypropylene has solidified, the finished pipette tip is ejected from the injection mold and, if necessary, the gate is removed.
  • the coupling element 4 is typically formed in one piece from metal and has a first section 20 at its free end 8.
  • a second section 22 of the coupling element 4 is arranged axially offset in the pushing-on direction 2 with respect to the first section 20.
  • the first section 20 preferably has a smaller radial extent than the second section 22 at each point, so that the second section 22, which is at the rear in the pushing-on direction 2, projects radially beyond the first section 20.
  • a guide element 25, 26 in the form of a circumferential cylindrical guide surface is arranged on the outside of each section.
  • the guide elements 25, 26, which run in the longitudinal direction parallel to the longitudinal axis 6, have a greater radial extent than adjacent areas of the respective sections 20, 22 over which they extend radially.
  • the two guide elements 25 and 26 which are axially offset from one another, also prevent the pipette tip 10 from being placed at an angle or tilting the same onto the coupling element 4.
  • the two guide elements 25, 26 preferably have an axial distance d that is at least as large as the diameter D (radial extension) of the larger of the two guide elements, here the second guide element 26. This ensures the coaxial alignment of the pipette tip 10 on the coupling element 4 further improved.
  • the distance d is defined here by the distance between the respective outer edges 28, 29 of the guide elements 25, 26. These Outer edges form the axial end regions of the contact between the guide elements 25, 26 and the pipette tip.
  • the holding element 27, in cooperation with the first guide element 25, has the function of aligning the pipette tip laterally.
  • the distance d 1 between the holding element 27 and the guide element 25 is, as in FIG Figure 3 shown, also larger than the diameter D 1 of the holding element 27 (see also Figure 11 ).
  • the coupling section 14 of the pipette tip 10 also has a first section 40 and a second section 42, the first section 40 having a smaller radial extension (diameter) than the second section 42.
  • a step or shoulder 43 is formed between the first and second section 40, 42, which serves as a sealing surface 43.
  • the first and second guide elements 25 and 26 are shaped essentially identically in the exemplary embodiment presented. However, it is also possible to give the guide elements a different shape.
  • the guide elements 25, 26 are circumferential and rise in relation to the surrounding outer contour of the respective coupling element-side sections 20, 22 in the form of an integrally formed ring with a circumferential guide surface, the cross section of which is trapezoidal.
  • the sealing element is advantageously a ring seal made of an elastic material. Fluoroelastomers in particular have proven to be suitable materials because they have high elasticity, durability, high chemical resistance and low wear.
  • the sealing element is designed as a solid ring with a rectangular cross section. However, it is also possible to use ring seals with a circular (O-rings) or X-shaped cross-section.
  • a sealing element 21 'with an X-shaped cross section is shown, for example, in Figure 4 shown.
  • the sealing element 21 ' has four sealing lips, the sealing lip 23' pointing radially outward toward the free end 12 representing the axial sealing section 23 against which the corresponding sealing section of the pipette tip is pressed.
  • the sealing element 21 shown has approximately the same radial extent as the second section 22 and thus protrudes beyond the first section 20 in the radial direction.
  • a sealing section 23 is therefore essentially exposed axially in the direction of the open end 8 of the coupling element 4.
  • the sealing section 23 serves as an axial sealing surface and is pressed axially against the circumferentially formed inner shoulder 43 of the pipette tip 10.
  • Figure 2 recognizable which shows a pipette tip completely placed on the coupling element 4
  • the sealing element 21 is only in direct contact with its axial sealing section 23 with the inner wall of the pipette tip and in particular with the shoulder 43. This creates an axial seal and, at the same time, a z-alignment reached.
  • the z-alignment is furthermore defined by a holding element, which is described further below.
  • the sealing element 21 has a somewhat smaller outer diameter compared to the inner diameter of the second section 42 of the pipette tip. This ensures that the inner wall of the pipette tip is not frictionally guided over the sealing element 21 when it is pushed on, whereby it is considerably less stressed than radial seals, which have to be pushed frictionally over usually conical surfaces to achieve a sufficient sealing effect. Therefore, the maintenance effort for the axial sealing element 21 according to the invention is also considerably lower.
  • a radial contact between the coupling element 4 and the pipette tip 10 is established via the coupling element-side guide elements 25 and 26 and via first and second guide surfaces 45 and 46 of the coupling section 14 of the pipette tip 10.
  • the guide surfaces 45, 46 on the pipette tip side can be formed by the inner walls of the respective sections 40, 42 of the pipette tip 10. However, it is also possible to form raised guide surfaces on the inner wall of the pipette tip.
  • Each section of the coupling section 14 on the pipette tip side has a continuously encircling or circumferentially distributed subsegments Guide surface 45, 46, the diameter of which corresponds to the outer diameter of the respectively assigned first and second guide elements 25, 26, so that a positive alignment of the pipette tip 10 is achieved.
  • the corresponding guide surfaces 45, 46 do not have any draft angles.
  • Demoulding bevels are usually provided on injection molded parts in order to be able to more easily detach them from the injection mold.
  • the guide surfaces on the pipette tip run in the axial direction parallel to the axis 6. This ensures that the radial or lateral alignment of the pipette tip does not depend on how far the pipette tip is pushed onto the coupling element. In the case of conically tapering guide surfaces, when the pipette tip is pushed onto the coupling element, these would be increasingly braced on the coupling element and thereby oppose a resistance to the axial movement.
  • Conical guide surfaces thus influence the axial alignment and increase the required push-on force.
  • annular groove 30 for receiving an annular spring 27 is introduced in the pushing-on direction behind the second guide element 26.
  • the annular spring 27 serves as a holding element and engages in an undercut 47 on the inside of the second section 42 of the pipette tip.
  • the pipette tip When the pipette tip is put on, it is pushed with its rear end 12 first over the second guide element 26 and the annular spring 27 until the annular spring 27 snaps into the rear section 47. This positions the pipette tip axially and fixes it on the coupling element.
  • the ring spring 27 and the undercut 47 create a detachable connection which is at the same time sufficiently stable to press the shoulder 43 axially against the axial sealing section 23 and thus to seal the pipette tip on the coupling element.
  • the ring spring can have a slight screw thread.
  • the guide surfaces 45 and 46 of the pipette tip which interact with the coupling element-side guide elements in the attached state, typically have a distance from one another that is greater than the inner diameter of the second guide surface 46
  • Guide element 26 is arranged on the coupling element, the distance between first guide surface 45 and undercut (holding means) 47 is greater than the inner diameter of the recess of undercut 47 is, this relation also applies when using two guide elements 25, 26 or guide surfaces 45, 46.
  • the first guide element 25 can be arranged close to the sealing section 23.
  • the guide surface 45 can be formed close to the shoulder 43.
  • the distance between the shoulder 43 and the undercut 47, in particular from the center of the undercut 47 is typically also greater than the inside diameter of the undercut 47.
  • FIG 11 shows a coupling element 4 and a pipette tip 10 according to an embodiment.
  • the coupling element 4 has a first guide element 25 in the form of a surface which is arranged in front of the sealing element 21 in the pushing-on direction 2, ie in the first section 20 of the coupling element 4.
  • a holding element 27 is arranged in the second section 22 of the coupling element 4.
  • a second guide element is not provided here.
  • the pipette tip 10 has a guide surface 45 which corresponds to the guide element 25 of the coupling element 4 and which sits in front of a sealing section or shoulder 43 in the push-on direction 2, ie is arranged in the first section 40 of the pipette tip 10.
  • the inner surface of the pipette tip 10 is shown here running slightly conically, the guide surface 45 being designed as a cylindrical surface integrated into the wall of the pipette tip 10. This is discussed below in connection with the Figure 8 explained in more detail.
  • a holding means 47 in the form of an undercut is arranged at a distance from the sealing section 43.
  • the holding means 27 and the holding element 25 are at a distance d 1 from one another, which can also be referred to as the guide width.
  • Guide width d 1 is determined from the center of the respective elements.
  • the axial extent (width of the individual guide surface) of holding means 27 and holding element 25 is denoted by l 1 and l 2 , respectively.
  • the outer diameter of the holding means 27 is indicated here with Di.
  • the undercut 47 of the pipette tip 10 has a maximum diameter D 2 .
  • the guide surface 45 has a distance (guide width) d 2 from the undercut 47 (in relation to the center thereof).
  • undercut 47 and guide surface 45 is indicated by l 3 and l 4, respectively, l 4 typically being greater than l 2 , so that the shoulder between the cylindrical guide surface 45 and the conical inner wall (see paragraph 74 in Figure 8 ) does not come into contact with the holding element 25 of the coupling element 4 and prevents the pipette tip 10 from being pushed onto the coupling element 4.
  • the guide widths d 1 and d 2 , the axial dimensions l 1 , l 2 , l 3 and l 4 as well as the diameters D 1 and D 2 are matched accordingly so that the respective elements can fulfill their purpose (guide surface 45 and guide element 25 for lateral alignment; holding element 27 and undercut 47 in the present exemplary embodiment for lateral alignment and fixation), whereby the fixation can also be combined with a slight clamping.
  • the distance between the undercut 47 and the shoulder 43 should be maintained as precisely as possible, the distance being designed so that the shoulder 43 can be pressed against the sealing section 23 to achieve a sufficient sealing effect.
  • the elasticity of the sealing element 21 allows a certain tolerance, an X-shaped sealing element with the same material allowing a somewhat higher tolerance than, for example, an O-ring.
  • the distance between shoulder 43 and undercut can be, for example, 8 to 9 mm.
  • the inner diameter of the second section 42 on the pipette tip side can be approximately between 6 and 7.5 mm, that of the first section 40 on the pipette tip side between approximately 5 and 6 mm.
  • the pipette tip When the pipette tip is pushed on, reversible slight deformation of the rear end 12 of the pipette tip can occur, since the rear end is slightly stretched when it passes the annular spring 27.
  • the pipette tip should therefore be designed to be elastic to a certain extent at its rear end. The elasticity can be adjusted by a suitable choice of material thickness. However, it is also possible to use the Ring spring 27 to be flexible enough that it yields when the pipette tip is placed and jumps into the undercut 47 when it is passed.
  • the annular groove 30 is designed with an inclined inner wall 31 which tapers conically towards the front end 8 of the coupling element. This ensures that the annular spring 27 is exactly positioned axially in the direction of the free end 8, since it is slightly compressed radially by the pipette tip, gives way due to the conical inner wall 31 in the direction of the stop surface 50 and is pressed and positioned against it. This results in a frictional connection starting from the sealing element 21 via the pipette-side sealing section 43 to the undercut 47, which guides the flow of force via the annular spring 27 to the stop surface 50. As a result, the pipette tip is securely attached to the coupling element and aligned.
  • FIG. 3 Another embodiment shows Figure 3 .
  • rigid cams 57 are used as the holding element, which cams are evenly distributed over the circumference of the second section. At least three cams are favorable.
  • the cams 57 are integrally formed as a circumferential raised ring which is interrupted by incisions.
  • several separate rigid cams are more favorable than a continuous ring, since this would force a strong widening of the rear end 12 of the coupling section 14 when the pipette tip is pushed on.
  • the cams 57 engage in an undercut 47 on the pipette tip.
  • FIGS 5 to 7 show a further embodiment.
  • an annular spring (not shown) is used as the holding element, which is arranged in an annular groove 60 with parallel side walls 61, 62 and V-shaped inner wall 63.
  • the annular groove 60 has the advantage that, on the one hand, the annular spring is supported in a defined manner in the axial direction and, on the other hand, is elastically deformable in the radial direction. This makes it easier to put on the pipette tip and leads to a long service life for the ring spring.
  • the V-shaped inner wall 63 ( Figure 6 ) comprises two partial surfaces which are at an obtuse angle to one another, these being arranged symmetrically with respect to the axis 6.
  • the second guide element 26 projects beyond surrounding areas of the second section 22 on the coupling element side.
  • run-on flanks 65, 66 which are symmetrical in shape are formed on the sides of the second guide element 26.
  • a rear run-on flank 67 and a front, conical insertion bevel 68 for pre-centering the pipette tip are also formed.
  • FIG Figure 10 Another embodiment of a coupling element 4 is shown in FIG Figure 10 shown.
  • the holding element 27 is formed by circumferentially arranged separate cams 90, which for example represent parts of a ring.
  • the cams 90 can easily be produced from an integrally formed ring, for example, into which axially extending incisions 91 have been made. This results in separate and, in this case, rigid cams 90 which, as in the exemplary embodiments shown above, can engage in an undercut 47 of the pipette tip 10, which is provided in the second section 42 of the pipette tip 14. Via the interaction between the cam 90 and the undercut 47, the pipette tip 10 with its sealing section 43 is pressed axially against the sealing element 21.
  • the ring, or the cams 90 can be one in the axial direction Have round contour which largely corresponds to the contour of the undercut 47 in order to enable a good form fit.
  • the coupling element 4 shown does not have a separate second guide element in the region of the second section 22 of the coupling element 4. This function is taken over by the cams 90 in cooperation with the undercut 47 on the pipette tip side.
  • the second guide surface 46 in the second pipette-side section 42 can then also be dispensed with.
  • the pipette tip 10, viewed in the pushing-on direction, can then have a first guide surface 45 in the area of the first section 40, a shoulder 43 at the transition to the second section 42 and a holding means 47 spaced from the shoulder 43 (undercut in the present example).
  • the first guide element 25 is formed by a circumferential ring with axial incisions 93, the ring having a cylindrical outer contour.
  • the incisions 93 lead to spatially separated ring segments 92 or cams. Due to the cylindrical outer contour of the ring, each cam 92 has a part of the cylindrical outer contour, so that the holding element-side cams 92 together form a circumferential guide element in the form of an interrupted surface.
  • axially extending incisions 93 were made in the region of the first guide element 25.
  • the cams 92 interact with the inner first guide surfaces 45 in the area of the first section 40 of the pipette tip 14 for the radial or lateral alignment of the pipette tip 14 with respect to the coupling element 4.
  • the coupling elements described above can be arranged on manual pipette holders but also on automatic pipetting machines which have many coupling elements.
  • Such automatic pipetting machines also have further components, in particular means for stripping off the pipette tips.
  • These means usually comprise a stripper that can be moved in the axial direction relative to the coupling element, engages behind the rear end 12 of the pipette tip 10 and pushes it from the coupling element counter to the pushing-on direction 2.
  • FIG 8 a section (first section 40 or second section 42) of the pipette-side coupling section is shown enlarged.
  • This section has a conically tapering inner wall (inner surface) 70.
  • the cone angle (angle between inner wall 70 and longitudinal axis 6) is only a few degrees and is preferably between 0.5 ° and 1 °.
  • This slightly conical design is a so-called draft angle in order to more easily detach the injection molded pipette tip from the injection mold.
  • the outer wall (outer surface) 71 of the coupling section also runs conically for this reason.
  • a cylindrical guide surface 72 is integrated into the inner wall 70, ie the guide surface 72 runs in the longitudinal direction parallel to the longitudinal axis 6.
  • the shoulder 74 is not the sealing surface 43. It is favorable if the guide surface merges directly into the conical inner wall 70 towards the wide end of the cone.
  • the wall of the pipette tip should be made sufficiently rigid in this area. Since the cone angle, as described above, is typically very small, the formation of the cylindrical guide surface 72 only leads to a negligible reduction in the wall thickness, so that sufficient stability is also ensured in the area of the guide surface 72. If necessary, the overall wall should be made correspondingly thicker. Typically, a cylindrical guide surface is only formed on the inner wall 70. In contrast, the outer wall 71 typically has a conical shape.
  • Figure 9 shows an embodiment with improved flexibility of the pipette-side coupling section 14.
  • the coupling section 14 (or the second section of the pipette tip) has longitudinal incisions 82 which are filled with a separate material in order to form axial soft components.
  • the material 82 of the axial soft components 82 is more elastic than the material 80 from which the main part of the coupling section 14 is made and thereby increases the radial flexibility of the coupling section.
  • the incisions 82 can, as in FIG Figure 9 indicated, through the undercut 34 for receiving the coupling element-side retaining element.
  • An injection molding process can also be used to produce such two-component pipette tips.
  • the pipette tip also has an on Coupling section 14 attached and conically tapering section 84 in the axial direction, which at its axial end remote from the coupling section 14 has an opening for sucking in a medium to be pipetted.
  • the total volume of the pipette tip is not particularly limited.
  • pipette tips as described above, can be designed so that they have a receiving volume in the receiving area, ie in the area of the pipette tip in which the medium to be pipetted is received (receiving section) including the outlet section for dispensing the medium, of 5 to 2000 ⁇ l , preferably from 40 to 1800 ⁇ l, more preferably from 50 to 1500 ⁇ l.
  • the length of a pipette tip usually results from the desired volume if the geometry of the individual sections of the receiving area is defined.
  • the length of the pipette tip is therefore generally not particularly restricted.
  • the pipette tips can have a length in the range from 50 to 150 mm, preferably from 60 to 140 mm and most preferably from 80 to 120 mm.
  • pipette tips with a holding volume of 50 ⁇ l are 60 mm long
  • pipette tips with a holding volume of 200 or 1000 ⁇ l each have a length of 80 mm
  • pipette tips with a holding volume of 1500 ⁇ l are 120 mm long.
  • the pipette tip can be made of polypropylene and filled with graphite to enable capacitive level measurements.
  • the sealing element can be made of fluoroelastomer, e.g. Viton® or Kalrez® from DuPont.
  • fluoroelastomer e.g. Viton® or Kalrez® from DuPont.
  • Other elastic materials are also suitable, depending on the medium to be pipetted.
  • the coupling elements which are also often referred to as a mandrel, consist of a preferably corrosion-resistant metal, for example stainless steel or other alloys that contain, for example, tantalum, titanium or tungsten.
  • a corrosion-resistant metal for example stainless steel or other alloys that contain, for example, tantalum, titanium or tungsten.
  • suitable, for example conductive, plastic for example conductive, plastic.
  • Composites made from different materials are also possible, for example stainless steel with plastic inserts or connections made from different conductive and non-conductive plastics.
  • the coupling element has at least one guide element, preferably one-piece or multi-part, arranged on its outside, for the lateral alignment of the pipette tip.
  • the coupling element has two axially spaced apart guide elements on the outside of the coupling element.
  • the guide elements each form a radially circumferential guide ring with a predetermined radial and preferably constant radial extension, the guide rings having different radial extensions and preferably being continuous and / or interrupted independently of one another.
  • the guide elements have a distance (d) from one another which is at least as great as the radial extension (D) of the guide elements or of the larger of the two guide elements.
  • the coupling element has at least one holding element arranged on its outside for interacting with holding means of the pipette tip in order to press the sealing section of the pipette tip against the axial sealing section and / or to position the pipette tip in the axial direction.
  • the coupling element has a first section, which is arranged near the free end of the coupling element, and a second section, which is arranged axially offset in the push-on direction with respect to the first section.
  • the first section preferably has a smaller radial extent than the second section at each point.
  • a guide element is arranged on each of the first and second sections.
  • the sealing element is arranged between the first and second sections.
  • the holding element is arranged on the second section.
  • the sealing element consists of a fluoroelastomer.
  • the holding element is a circumferential spring element which is arranged in a circumferential recess located on the outside of the coupling element.
  • the holding element has one or more radial elevations which are partially or annularly arranged on the outside of the coupling element and which are preferably rigid or flexible.
  • the holding element is arranged behind all guide elements as seen in the pushing-on direction.
  • the sealing element is elastically deformable in its material cross section.
  • the coupling element has an insertion bevel at the free end for pre-adjusting the pipette tip.
  • a pipetting device is provided with a coupling element according to one of the preceding embodiments and a pipette tip which can be releasably fastened to the coupling element and has a sealing section which, with respect to the longitudinal axis of the coupling element, is configured as an axial surface that points in the direction of the coupling element, and wherein in the coupled state at least a part of the sealing section of the coupling element is axially pressed against at least a part of the sealing section of the pipette tip.
  • a pipetting device is provided with a coupling element and a pipette tip that can be detachably fastened to the coupling element according to one of claims 1 to 14, the coupling element having at least one guide element arranged on its outside for the lateral alignment of the pipette tip, and preferably having as many guide elements as as the pipette tip has guide surfaces, wherein the guide element (s) is (are) preferably formed in one piece or in several parts, independently of one another, and wherein each guide element has at least partial surfaces of a cylindrical jacket surface, which in each case corresponds to a cylindrical guide surface interacting with the partial surface on the pipette tip .
  • the pipetting device additionally has the features described in the embodiments mentioned above and preferably also a sealing element according to one of the embodiments described above.
  • the coupling element of the pipetting device has at least one holding element arranged on its outside for interacting with at least one holding means of the pipette tip, the at least one holding element preferably being either rigid or flexible with respect to the at least one holding means.
  • the embodiments described above have in common that they enable the pipette tip to be placed on and stripped off with comparatively little expenditure of force. This is achieved on the one hand by the flexible holding elements on the coupling element side and on the other hand by flexible regions of the rear end 12 of the pipette tip.
  • all coupling elements have a low-wear or even wear-free seal, since the sealing element is designed as an axial sealing element.
  • the guide elements allow precise radial or lateral (x and y direction) positioning and prevent tilting of the pipette tip.
  • the axial positioning (z-direction) is determined on the one hand by the interaction of the coupling element-side holding element with the holding means on the pipette tip and on the other hand by the pressing of the shoulder 43 against the sealing element 21.
  • the seal and the attachment are thus spatially and functionally separated from one another and enable the pipette tip to be secured in position on the coupling element. Both the pipette tip and the coupling element can be manufactured inexpensively and are robust in use

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Description

  • Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Dosiertechnik und betrifft eine Vorrichtung zur Halterung und Positionierung von Pipettenspitzen sowie eine Pipettenspitze.
  • Pipettenspitzen sind langgestreckte, typischerweise konisch zulaufende Hülsen mit einer zentralen, entlang der Längsachse verlaufenden Durchgangsöffnung zum Dosieren von kleinen Flüssigkeitsmengen. Die Pipettenspitzen werden an ihrem breiteren Ende (Koppelende) auf eine geeignete Halterung einer Pipettiervorrichtung geschoben und mit ihrem spitzen Ende, das dem breiten Ende axial gegenüber liegt, in das zu pipettierende Medium getaucht. Typischerweise sind die Pipettenspitzen zum Einmalgebrauch bestimmt, d.h. daß sie nach erfolgter Verwendung weggeworfen werden.
  • Große Anwendung finden Pipettiervorrichtungen überall dort, wo relativ kleine Flüssigkeitsmengen (z.B. im Mikroliterbereich) dosiert werden müssen, beispielsweise in der Molekularbiologie. Bei der Pipettiervorrichtung kann es sich um manuelle Pipettiervorrichtungen oder um Pipettierautomaten oder Pipettierroboter handeln, die eine einzelne Pipettiereinheit oder eine Vielzahl von einzelnen Pipettiereinheiten aufweisen, die gleichzeitig oder separat betätigt werden.
  • Die prinzipielle Funktionsweise einer Pipettiervorrichtung beruht darauf, daß ein definiertes Fluidvolumen z.B. in einem Zylinder verschoben wird. Der Zylinder ist dabei ausgangsseitig luftdicht mit der Durchgangsöffnung der Pipettenspitze verbunden, so daß die Verschiebung des Fluidvolumens dazu führt, daß ein entsprechendes Volumen des zu pipettierenden Mediums am spitzen Ende der Pipettenspitze angesaugt wird. Um ein genaues Dosieren zu gewährleisten, muß die Pipettenspitze sicher und dicht mit der Pipettiervorrichtung verbunden werden. Dies ist in erhöhtem Maße bei Pipettierautomaten erforderlich, bei denen der sichere Sitz und die präzise Positionierung der einzelnen Pipettenspitzen nicht manuell überprüft werden kann. Außerdem sollen Pipettiervorrichtungen möglichst wartungsarm und kostengünstig herstellbar sein.
  • Es ist eine Reihe von Pipettiervorrichtungen mit Haltevorrichtungen zur Aufnahme von Pipettenspitzen bekannt. So beschreiben beispielsweise US 2002/094302 , US 4 679 446 , DE 197 08 151 und US 4 748 859 Pipettenspitzen, die an der Innenwand ihres Koppelendes integral geformte umlaufende Dichtungsbänder aufweisen, welche die Pipettenspitze radial an eine Außenumfangsfläche der Halterung abdichten. Dadurch soll gleichzeitig auch eine laterale Lageausrichtung der Pipettenspitze erreicht werden.
  • Aufwendig ausgeführte radiale Dichtungen sind auch in US 2003/219359 und US 2004/011145 beschrieben. Diese Dichtungen bestehen aus an der Innenwand der Pipettenspitze angeformten Dichtlippen, die sich an eine Außenumfangsfläche der Halterung anschmiegen sollen. Allerdings ist der fertigungstechnische Aufwand zur Herstellung der Dichtungslippen relativ hoch. Außerdem kann der laterale Sitz der Pipettenspitze mit Dichtungslippen nicht ausreichend gewährleistet werden.
  • Zur axialen Ausrichtung der Pipettenspitzen, d.h. in z-Richtung, können zusätzlich axiale Ausrichtmittel vorgesehen werden. Diese sind z.B. in US 6 168 761 , US 2003/082078 , CA 2 122 244 , US 6 248 295 , EP 148 333 , US 6 973 845 und US 4 824 641 beschrieben.
  • Alle vorgenannten Pipettenspitzen werden durch die Quetschung der umlaufenden Dichtung an der Außenumfangsfläche der Halterung gehalten. Eine Fixierung mit separaten Rastrippen zeigt dagegen US 5 200 151 , welche an der Innenwand der Durchgangsöffnung der Pipettenspitze angeformt sind und hinter einer an der Außenumfangsfläche der Halterung umlaufenden Rasthalterung eingreifen.
  • Eine Haltevorrichtung mit einer starren Dichtwulst ist in US 2003/0000319 beschrieben. Diese Dichtwulst wirkt in radialer Richtung mit einer Dichtfläche einer Pipettenspitze zusammen, wobei die Wandstärke der Pipettenspitze im Bereich der Dichtflächen ausreichend dünn ist, um ein leichtes Dehnen beim Aufschieben auf die Dichtwulst zu gewährleisten.
  • EP 1 319 437 beschreibt eine Haltevorrichtung mit einem O-Ring zum radialen Abdichten einer Pipettenspitze.
  • Eine radiale Dichtung zwischen Pipettenspitze und Haltevorrichtung ist in EP 0 351 574 beschrieben. Dort weist die Haltevorrichtung einen zylinderförmigen Dichtabschnitt auf, der zu einem Dichtabschnitt der Pipettenspitze korrespondiert, wobei die Wandstärke im Bereich des pipettenspitzenseitigen Dichtabschnitts gegenüber benachbarten Bereichen geringer und damit flexibel ausgestaltet ist. Dies wird durch eine Wanddickenschwächung an der Innen- und Außenseite der Pipettenwand erreicht. Eine Pipettenspitze mit elastischem zylinderförmigen Dichtabschnitt ist ebenfalls in WO 00/27530 beschrieben.
  • Aus WO 00/62933 ist eine Pipettiervorrichtung bekannt, welche eine ringförmige Quetschdichtung zum radialen Abdichten der Pipettenspitze aufweist. Zum Abdichten wird eine verschiebbare Quetschhülse axial auf die ringförmige Quetschdichtung gedrückt und diese dabei radial nach außen in eine Ringnut gepreßt, die an der Innenwand der Durchgangsöffnung der Pipettenspitze geformt ist. Eine Koppelhülse mit ringförmigem Stufenansatz ist der Quetschdichtung axial in Richtung Pipettenspitze vorgelagert, die zum axialen und radialen Positionieren der Pipettenspitze dient. Bei der Pipettiervorrichtung der WO 00/62933 wird die Pipettenspitze durch die Quetschdichtung gehalten und abgedichtet, die allerdings zu ihrer Betätigung bewegliche Elemente benötigt. Dies führt zu einem höheren Wartungs- und Geräteaufwand. Außerdem ist die Quetschdichtung aufgrund der erforderlichen Walkarbeit einem erhöhten Verschleiß unterworfen.
  • Vor diesem Hintergrund liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pipettenspitze bzw. entsprechende Pipettenspitzen bereitzustellen, mit denen ein genaues Dosieren möglich ist und die vorzugsweise im Vergleich zum Stand der Technik verbesserte Produkteigenschaften im Hinblick auf den Verschleiß, die Wartung und die Herstellungskosten aufweisen. Erfindungsgemäß wird daher eine Pipettenspitze nach Anspruch 1 und eine Pipettiervorrichtung nach Anspruch 13 vorgeschlagen.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst die Pipettiervorrichtung ein Koppelelement, das weiterhin zumindest ein an seiner Außenseite angeordnetes Führungselement zum in bezug auf die Längsachse lateralen Ausrichten der Pipettenspitze aufweist.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann an der Außenseite des Koppelelements ein Halteelement zum Wechselwirken mit Haltemitteln der Pipettenspitze angeordnet sein, um den Dichtabschnitt der Pipettenspitze gegen den axialen Dichtabschnitt zu pressen und die Pipettenspitze in axialer Richtung zu positionieren.
  • Die Pipettenspitze kann durch eine axial wirkende Dichtung am Koppelelement abgedichtet werden. Dazu weist das Koppelelement ein elastisches Dichtelement auf, gegen das ein Dichtabschnitt der Pipettenspitze axial gepreßt werden kann. Der Vorteil einer axialen Dichtung ist, daß diese erheblich verschleißärmer als eine radiale Dichtung ist. Eine radiale Dichtung muß reibend über eine Außenumfangsfläche der Halterung geschoben werden, bis sie ausreichend gequetscht ist und damit dichtet, oder, wie bei der weiter oben beschriebenen Quetschdichtung der WO 00/62933 , ist einer großen Walkarbeit unterworfen. Bei einer axialen Dichtung braucht der korrespondierende Dichtabschnitt dagegen lediglich gegen die Dichtung gedrückt zu werden. Die erfindungsgemäße Halterung ist damit erheblich langlebiger und wartungsärmer. Das Dichtelement besteht dabei aus einem Material, das im Vergleich zum Material des Koppelelements elastischer ist bzw. eine bessere elastische Verformbarkeit aufweist. Das Dichtelement hat einen axialen Dichtabschnitt, d.h. einen aus axialer Richtung her zugängigen Abschnitt, beispielsweise eine Stirnfläche, gegen den der Dichtabschnitt der Pipettenspitze axial gedrückt werden kann.
  • Weiterhin sind Dichtung und Halterung bzw. Befestigung in vorteilhafter Weise sowohl räumlich als auch funktionell voneinander getrennt, d.h. Dicht- und Halteelement sind als separate Elemente ausgeführt. Das Dichtelement dichtet die Pipettenspitze am Koppelelement ab. Darüber hinaus dient es, aufgrund der axialen Dichtwirkung, auch als ein axiales Positionierungsmittel. Allerdings wird die Pipettenspitze durch die Dichtung nicht gehalten bzw. befestigt. Diese Funktion übernimmt das Haltelement, welches mit einem zugeordneten Haltemittel an der Pipettenspitze wechselwirkt und diese gegen ein axiales Verschieben sichert. Dabei wird gleichzeitig der Dichtabschnitt der Pipettenspitze gegen den axialen Dichtabschnitt des Dichtelements gepreßt und einerseits die gewünschte Dichtwirkung erreicht und andererseits die axiale Position der Pipettenspitze durch das Halteelement und Dichtelement definiert. Das Halteelement erlaubt eine lösbare Verbindung zwischen Koppelelement und Pipettenspitze.
  • Schließlich wird in vorteilhafter Weise die laterale oder radiale Ausrichtung der Pipettenspitze am Koppelelement durch Zusammenwirken des halterungsseitigen Führungselements mit entsprechenden Führungselementen, typischerweise Zylinderflächen an der Innenwand der Pipettenspitze, gewährleistet.
  • Die Trennung von Dichtungs- und Halterungsfunktion sowie lateraler Führung ist insbesondere bei Pipettierautomaten von Vorteil, da sie es ermöglicht, die axiale Ausrichtung (z-Position) durch das Zusammenwirken von axialer Dichtung und Halteelement genau zu definieren. Eine radiale Quetschdichtung könnte dagegen eine definierte axiale Positionierung verhindern. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Halterungsvorrichtung eine verschleißarme Dichtung auf und gestattet eine genaue Positionierung der Pipettenspitze sowie deren sichere Halterung.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Pipettenspitze zum Aufsetzen auf eine Halterung, wobei die Pipettenspitze aufweist:
    • eine Längsachse; und
    • einen in Längsachse verlaufenden Koppelabschnitt zum Aufschieben auf die Halterung,
    • wobei der Koppelabschnitt einen ersten Abschnitt und einen zum ersten Abschnitt in Aufschieberichtung axial versetzt angeordneten zweiten Abschnitt hat, und der erste Abschnitt eine kleinere radiale Ausdehnung als der zweite Abschnitt aufweist, und wobei die Pipettenspitze einen Dichtabschnitt zwischen erstem und zweitem Abschnitt mit axial in Aufschieberichtung weisender Dichtfläche zum Wechselwirken mit einem Dichtelement der Halterung aufweist
    • dadurch gekennzeichnet dass, der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt eine entgegen der Aufschieberichtung zumindest abschnittsweise konisch zulaufenden Innenwand hat, in die eine in Bezug auf die Längsachse zylindrische Führungsfläche integriert ist, wobei die zylindrische Führungsfläche und die Innenwand zusammen einen Absatz bilden, dessen radiale Tiefe vom Konuswinkel der Innenwand und der Längsausdehnung der zylindrischen Führungsfläche abhängt.
  • Die integrierte zylindrische Führungsfläche sollte vorzugsweise in Längsrichtung parallel zur Längsachse verlaufen. Dadurch wird erreicht, daß die Pipettenspitze bei Wechselwirkung ihrer Führungsfläche mit einem Führungselement der Halterung unabhängig von ihrer axialen Position eine definierte radiale Position einnimmt. Die Pipettenspitze kann daher auf die Halterung aufgeschoben werden, ohne daß die Führungsfläche eine axiale Relativbewegung von Pipettenspitze und Halterung zueinander behindert. Die Führungsfläche führt daher lediglich zu einer radialen Ausrichtung der Pipettenspitze ohne deren axiale Positionierung zu beeinflussen, d.h. axiale und radiale Ausrichtung sind getrennt.
  • Die Innenwand weist in Längsachsenrichtung in bezug auf die Längsachse typischerweise einen Winkel größer oder gleich 0,2°, bevorzugt zwischen 0,5° und 3° auf insbesondere zwischen 0,5° und 1° auf. Der Winkel kann auch zwischen etwa 0,2° und 1° liegen und beispielsweise etwa 0,3° betragen. Durch den relativ geringen Winkel wird die Innenwand als Entformungsschräge zum leichteren Entfernen der hergestellten Pipettenspitze aus einer Spritzgußform bei vergleichsweise geringer Verjüngung des Hohlquerschnitts ausgeformt.
  • Der Koppelabschnitt weist erfindungsgemäß weiterhin einen ersten Abschnitt und einen zum ersten Abschnitt in Aufschiebrichtung axial versetzt angeordneten zweiten Abschnitt haben, wobei der erste Abschnitt eine kleinere radiale Ausdehnung als der zweite Abschnitt aufweist. Zusätzlich weist der Koppelabschnitt einen Dichtabschnitt zwischen erstem und zweitem Abschnitt mit axial in Aufschiebrichtung weisender Dichtfläche zum Wechselwirken mit einem Dichtelement der Halterung aufweisen. Weiterhin kann der Koppelabschnitt ein an der Innenwand des zweiten Abschnitts angeordnetes Haltemittel zum Wechselwirken mit einem Halteelement der Halterung aufweisen. Die zylindrische Führungsfläche kann im ersten Abschnitt, im zweiten Abschnitt oder in beiden Abschnitten angeordnet sein.
  • Das Haltemittel kann ein an der Innenwand des zweiten Abschnitts geformter Hinterschnitt sein. Typischerweise ist die Pipettenspitze ein Spritzgußteil, wobei die Innenwände des ersten und zweiten Abschnitts parallel zur Längsachse verlaufen, d.h. keine Entformungsschrägen aufweisen. Weiterhin kann der Koppelabschnitt, und insbesondere der zweite Abschnitt der Pipettenspitze, einen Bereich umfassen, der in bezug auf die übrigen Bereiche des Koppelabschnitts bzw. des zweiten Abschnitts flexibler ausgebildet ist und zum ersten axialen Ende hin angeordnet ist. Der flexible Bereich erleichtert das Aufsetzen und Abstreifen der Pipettenspitze von der Halterung. Um die Flexibilität zu verbessern und gezielt einzustellen ist es möglich, im Koppelabschnitt bzw. im zweiten Abschnitt des Koppelabschnitts in Längsrichtung verlaufende Einschnitte vorzusehen und diese mit einem zweiten Material zu befüllen, das elastischer ist als das Material, aus dem die übrigen Bereiche des Koppelabschnitts bzw. des zweiten Abschnitts bestehen. Der Koppelabschnitt besteht daher aus unterschiedlichen Materialien.
  • Der Dichtabschnitt kann von einer Schulter oder Absatz zwischen erstem und zweitem Abschnitt gebildet werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird weiterhin eine Vorrichtung zur Halterung von Pipettenspitzen mit einem Koppelelement mit einer in axialer Richtung verlaufenden Längsachse vorgeschlagen, welches ein freies Ende aufweist, von dem aus eine Pipettenspitze auf das Koppelelement in axialer Richtung aufschiebbar ist, wobei das Koppelelement an seiner Außenseite aufweist:
    • zwei axial voneinander beabstandete Führungselemente, und
    • ein in bezug auf die Führungselemente separates Halteelement zum Wechselwirken mit Haltemitteln der Pipettenspitze, um die Pipettenspitze in axialer Richtung zu positionieren.
  • Das Halteelement kann ein flexibles Element, das an der Außenseite des Koppelelements geeignet gelagert ist, oder ein integral an der Außenseite angeformtes oder separat an der Außenseite befestigtes starres oder elastisches Element sein, beispielsweise eine oder mehrere radiale Erhebungen, die partiell oder ringförmig umfangsseitig verteilt sind.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Pipettiervorrichtung mit einem Koppelelement und einer am Koppelelement lösbar befestigbaren Pipettenspitze mit einem Dichtabschnitt vorgeschlagen, wobei das Koppelelement eine in axialer Richtung verlaufende Längsachse besitzt und ein freies Ende aufweist, von dem aus die Pipettenspitze auf das Koppelelement in axialer Richtung aufschiebbar ist. Das Koppelelement besitzt weiterhin ein Dichtelement aus einem elastischen Material, das einen in axialer Richtung zum freien Ende des Koppelabschnitts hin freiliegenden axialen und sich radial erstreckenden Dichtabschnitt aufweist. Der Dichtabschnitt der Pipettenspitze hingegen ist in Bezug auf die Längsachse des Koppelelementes bevorzugt als axiale Fläche, die in Richtung des Koppelelementes weist, ausgestaltet und kann beispielsweise durch eine Schulter gebildet werden. In gekoppeltem Zustand sollte zumindest ein Teil des Dichtabschnittes des Koppelelementes gegen zumindest einen Teil des Dichtabschnittes der Pipettenspitze axial gepreßt sein. Das Koppelelement der Pipettiervorrichtung kann zusätzlich einzeln oder in Kombination die Eigenschaften des oben bereits beschriebenen separaten Koppelelementes, beispielsweise im Hinblick auf die Eigenschaften und das Material des Dichtelementes, die Anzahl, Ausgestaltung und Anordnung von Führungselementen oder die Anzahl, Ausgestaltung und Anordnung von Halteelementen aufweisen.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Pipettiervorrichtung mit einem Koppelelement und einer am Koppelelement lösbar befestigbaren Pipettenspitze vorgeschlagen, wobei das Koppelelement mindestens ein an seiner Außenseite angeordnetes Führungselement zum lateralen Ausrichten der Pipettenspitze aufweist, und vorzugsweise so viele Führungselemente umfaßt, wie die Pipettenspitze Führungsflächen besitzt. Das oder die Führungselement(e) können dabei unabhängig voneinander vorzugsweise einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Pipettenspitze weist eine Längsachse sowie einen in Längsachse verlaufenden Koppelabschnitt zum Aufschieben auf die Halterung auf. Der Koppelabschnitt hat weiterhin mindestens einen Abschnitt mit einer entgegen der Aufschiebrichtung zumindest abschnittsweise konisch zulaufenden Innenwand, in die eine in bezug auf die Längsachse zylindrische Führungsfläche zum Wechselwirken mit dem zumindest einen koppelseitigen Führungselement integriert ist. Das oder die Führungselement(e) am Koppelelement ist (sind) so ausgestaltet, daß jedes Führungselement zumindest Teilflächen einer zylindrischen Mantelfläche aufweist, die jeweils einer mit der Teilfläche wechselwirkenden zylindrischen Führungsfläche an der Pipettenspitze entspricht. Die Pipettenspitze kann zusätzlich einzeln oder in Kombination die Eigenschaften der oben bereits beschriebenen separaten Pipettenspitze, beispielsweise im Hinblick auf die Eigenschaften, das Material, die Ausgestaltung und Anordnung der Innenwand, spezieller Abschnitte oder von Halteelementen aufweisen. Zudem kann das Koppelelement der Pipettiervorrichtung auch hier zusätzlich einzeln oder in Kombination die Eigenschaften des oben bereits beschriebenen separaten Koppelelementes, beispielsweise im Hinblick auf die Anzahl, Ausgestaltung und Anordnung von Führungselementen aufweisen. Zudem kann das Koppelelement ein Dichtelement mit bereits weiter oben beschriebenen Eigenschaften, Ausgestaltungen sowie geeigneten Materialen und ein oder mehrere im Hinblick auf Anzahl, Ausgestaltung und Anordnung bereits oben beschriebene Halteelemente umfassen.
  • Das Koppelelement kann weiterhin mindestens ein an seiner Außenseite angeordnetes Halteelement zum Wechselwirken mit zumindest einem Haltemittel der Pipettenspitze aufweisen. Dabei kann das mindestens eine Haltelement gegenüber dem zumindest einen Haltemittel starr ausgebildet sein. Alternativ kann das mindestens eine Haltelement gegenüber dem zumindest einen Haltemittel auch flexibel ausgebildet sein.
  • Im weiteren soll die Erfindung anhand von in Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen erläutert werden, aus denen sich weitere Vorteile und Abwandlungen ergeben. Dazu zeigen:
    • Figur 1 eine Schnittansicht einer Halterung mit Koppelelement und Pipettenspitze gemäß eines ersten Beispiels zum besseren Verständnis der Erfindung;
    • Figur 2 eine Schnittansicht einer Halterung mit Koppelelement und aufgeschobener Pipettenspitze gemäß des ersten Beispiels zum besseren Verständnis der Erfindung;
    • Figur 3 eine Schnittansicht einer Halterung mit Koppelelement und aufgeschobener Pipettenspitze gemäß einer zweiten Ausführungsform;
    • Figur 4 ein Ausschnitt eines Koppelelements mit X-förmigem Dichtelement;
    • Figur 5 eine Schnittansicht einer Halterung mit Koppelelement gemäß einer dritten Ausführungsform;
    • Figur 6 einen ersten Ausschnitt vom Koppelelement gemäß drittem Ausführungsbeispiel;
    • Figur 7 einen zweiten Ausschnitt vom Koppelelement gemäß drittem Ausführungsbeispiel;
    • Figur 8 ein Koppelabschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Pipettenspitze;
    • Figur 9 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Pipettenspitze;
    • Figur 10 eine dreidimensionale Ansicht eines weiteren Koppelelements mit aufgeschobener Pipettenspitze; und
    • Figur 11 geometrische Verhältnisse zwischen Führungsbreite di, Außendurchmesser Di und Breite li der einzelnen Führungselemente bzw. Führungsflächen eines Koppelelements bzw. einer Pipettenspitze.
  • Zum sicheren Befestigen und Halten von Pipettenspitzen an Pipettiervorrichtungen bzw. Pipettierautomaten werden spezielle Halterungen verwendet. Die erfindungsgemäße Halterung weist dazu ein Koppelelement mit einem insbesondere zylinderförmigen Grundkörper auf, welches ein elastisches Dichtelement mit axial in Richtung des freien Endes der Halterung freiliegendem und sich zumindest teilweise radial erstreckendem Dichtabschnitt umfaßt. Gegen diesen Dichtabschnitt kann axial ein korrespondierender Dichtabschnitt einer Pipettenspitze geschoben werden. Die Dichtwirkung wird dabei durch axiales Pressen gegen das Dichtelement erreicht. Typischerweise besteht das Dichtelement aus einem Fluorelastomer und kann beispielsweise als O-Ring oder auch als X-Ring ausgeführt sein, wobei sich O und X auf den Querschnitt des Ringmaterials bezieht. Andere Querschnitte, beispielsweise Hohl- oder V-Querschnitte sind ebenfalls möglich. Durch die Wahl des jeweiligen Querschnitts soll eine Materialelastizität im Querschnitt erreicht werden, d.h. der Querschnitt des Dichtelements ist elastisch, insbesondere in Längsrichtung des Koppelelements verformbar, und ermöglicht daher eine sehr gute axiale Dichtwirkung.
  • Das Koppelelement weist weiterhin zumindest ein Führungselement zum - in bezug auf die Längsachse der Halterung - lateralen Positionieren und Ausrichten der Pipettenspitze auf. Insbesondere kann das Führungselement radial vorzugsweise mit konstanter radialer Ausdehnung um das Koppelelement umlaufend ausgebildet sein, wobei es aus Teilelementen bestehen kann. Dabei kann das Führungselement benachbarte Abschnitte der Außenseite des Koppelelements radial überragen. Das Führungselement hat somit eine größere radiale Ausdehnung als benachbarte Abschnitte des Koppelelements. Damit wird sichergestellt, daß ein radialer Kontakt zwischen Koppelelement und Pipettenspitze im wesentlichen nur über das Führungselement hergestellt wird und damit das Führungselement die laterale bzw. radiale Position der Pipettenspitze bestimmt. Typischerweise liegt das Führungselement an der Innenwand der Pipettenspitze an, die ihrerseits entsprechende Führungselemente bzw. Führungsflächen aufweisen kann. Das Führungselement kann ringförmig sein. Bei dem halterungsseitigen Führungselement handelt es sich insbesondere um in bezug auf die Längsachse des Koppelements zylindrische Führungsflächen oder Teilflächen. Dadurch ist, im Gegensatz zu konischen Flächen, die laterale Führung und Ausrichtung der Pipettenspitze unabhängig von axialen Positionierungsmitteln.
  • In einer Ausprägung der erfindungsgemäßen Halterung kann das Koppelelement zwei axial voneinander beabstandete Führungselemente an seiner Außenseite aufweisen. Dadurch wird die laterale bzw. radiale Ausrichtung bzw. Positionierung der Pipettenspitze weiter verbessert. Ebenso wird eine verbesserte koaxiale Ausrichtung von Koppelelement und Pipettenspitze erreicht, d.h. daß ein Verkippen oder schräges Halten der Pipettenspitze an der Halterung verhindert wird. Dies ist insbesondere bei Pipettierautomaten mit einer Vielzahl von gleichzeitig betätigten Pipettenspitzen, die beispielsweise matrixartig angeordnet sind, von Vorteil.
  • Günstig ist, wenn beide Führungselemente einen axialen Abstand haben, der mindestens so groß ist wie deren größte radiale Ausdehnung. Unter axialem Abstand der Führungselemente wird dabei der Abstand der voneinander am weitesten auseinander liegenden Kontaktbereiche oder Kontaktkanten verstanden. Beispielsweise können die Führungselemente Führungsringe definieren, die radial um das Koppelelement verlaufen und eine unterschiedliche radiale Ausdehnung bzw. unterschiedliche Außendurchmesser aufweisen. In diesem Fall wird der axiale Abstand durch die jeweilige Außenkante oder Außenlinie der Führungsfläche definiert, d.h. die Außenkanten, die axial voneinander am weitesten entfernt sind. Die Führungsringe können dabei wahlweise als durchgängig umlaufende Ringe oder auch als unterbrochene Ringe ausgebildet sein. Es ist ebenfalls möglich, einen Führungsring als durchgängig umlaufenden Ring und den anderen Führungsring als unterbrochenen Ring auszubilden.
  • Das Führungselement bzw. der oder die Führungsringe können eine gewisse axiale Ausdehnung aufweisen, so daß dadurch Führungsflächen definiert werden, deren axiale Breite im wesentlichen der der axialen Ausdehnung der Führungsringe bzw. des Führungselements entspricht. Es ist ebenfalls möglich, die axiale Ausdehnung des Führungselements bzw. der oder die Führungsringe soweit zu reduzieren, daß ein oder mehrere im wesentlichen linienförmige Kontakte zwischen Führungselement und Pipettenspitze verbleiben. Bei Verwendung von beispielsweise mehreren ringförmig angeordneten Führungselementen können bei entsprechender Gestaltung jeweils auch ein oder mehrere punktförmige Kontakte zur Pipettenspitze hergestellt werden.
  • Typischerweise hat das Koppelelement zwei Führungselemente mit unterschiedlicher radialer Ausdehnung bzw. Außendurchmesser, wobei der axiale Abstand der beiden Führungselemente zueinander mindestens so groß ist wie der größere der beiden Außendurchmesser.
  • In einer weiteren Ausprägung der Erfindung weist das Koppelelement einen ersten Abschnitt, der nahe dem freien Ende bzw. am freien Ende des Koppelelements angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der axial in Aufschiebrichtung zum ersten Abschnitt versetzt angeordnet ist, auf. Typischerweise sind die Abschnitte im wesentlichen zylinderförmig. Jeder Abschnitt kann ein Führungselement aufweisen, wobei insbesondere der dem freien Ende zugewandte erste Abschnitt vorzugsweise an jeder Stelle eine kleinere radiale Ausdehnung als der zweite Abschnitt hat. Dadurch wird eine Stufe zwischen den beiden Abschnitten definiert, an der das Dichtelement angeordnet sein kann. Das Dichtelement liegt demnach vorzugsweise zwischen erstem und zweitem Abschnitt und überragt in radialer Richtung typischerweise den ersten Abschnitt und das dort befindliche Führungselement, so daß ein Teil des Dichtelements axial vom freien Ende des Koppelelements her frei zugänglich ist.
  • Gegen das Dichtelement kann beispielsweise ein innerer Stufenabsatz der Pipettenspitze gedrückt werden, der von einer radial umlaufenden und in axialer Richtung weisenden Dichtungsfläche gebildet wird.
  • Das Koppelelement weist weiterhin mindestens ein Halteelement auf, welches an der Außenseite des Koppelelements angeordnet ist, mit korrespondierenden Haltemitteln der Pipettenspitze wechselwirkt und die Pipettenspitze lösbar fixiert. Das Halteelement bewirkt dabei eine insbesondere axiale Fixierung, so daß dadurch gleichzeitig der Dichtabschnitt der Pipettenspitze axial gegen den axialen Dichtabschnitt des Koppelelements gedrückt wird. Außerdem wird durch die Wechselwirkung von Dichtelement mit Dichtmittel einerseits und Halteelement und Haltemittel andererseits eine sichere und genau definierte axiale Positionierung der Pipettenspitze erreicht. Das Halteelement kann flexibel oder starr ausgebildet sein.
  • Das Halteelement kann ein flexibles Spannelement, z.B. ein umlaufendes Federelement sein, das in einer an der Außenseite des Koppelelements befindlichen umlaufenden Vertiefung angeordnet ist. Flexible Haltelemente ermöglichen ein Aufschieben bzw. Abstreifen der Pipettenspitze mit geringem Kraftaufwand. Außerdem sind flexible Halteelemente relativ verschleißarm und vergleichsweise fehlertolerant, da sie aufgrund ihrer Flexibilität Fertigungstoleranzen, beispielsweise der Pipettenspitze, teilweise kompensieren können.
  • Andererseits kann das Halteelement auch starr ausgebildet sein und beispielsweise einzelne radiale Erhebungen, beispielsweise starre Nocken oder Noppen, aufweisen, die vorzugsweise ringförmig um das Koppelelement verteilt sind. Auch eine nicht ringförmige Verteilung oder ein durchgängiger Ring sind als starre Haltelemente geeignet. Starre Halteelemente haben gegenüber flexiblen Halteelementen den Vorteil, daß sie eine genauere Zentrierung der Pipettenspitze erlauben.
  • Unabhängig von der jeweils konkreten Ausgestaltung des Halteelements kann dieses in einen radial umlaufenden Hinterschnitt an der Pipettenspitze eingreifen, der typischerweise an der Innenwand der Durchgangsöffnung der Pipettenspitze angeordnet ist.
  • In einer weiteren Ausprägung der Erfindung ist das Halteelement in Aufschiebrichtung gesehen hinter dem oder den Führungselementen angeordnet. Dadurch wird gewährleistet, daß sich das Dichtelement vor dem Haltelement in Richtung zum freien Ende des Koppelelements befindet und dadurch das Haltelement vor einem versehentlichen Verunreinigen mit dem zu pipettierenden Medium schützt.
  • Mit Bezug auf Figur 1 wird nun ein erstes Beispiel zum besseren Verständnis der Erfindung beschrieben. Die Haltevorrichtung umfaßt ein axialsymmetrisches, typischerweise im wesentlichen zylindrisches Koppelelement 4 mit einer Längsachse 6 und einer axial angeordneten Durchgangsöffnung 5. Das Koppelelement hat ein vorderes freies Ende 8. Vom freien Ende 8 her kann eine Pipettenspitze 10 auf das Koppelelement 4 geschoben werden. Typischerweise ist die Pipettenspitze 10 axialsymmetrisch geformt und weist nahe ihres hinteren Endes (Koppelende bzw. erstes axiales Ende) 12 einen Koppelabschnitt 14 auf, der auf das Koppelement 4 geschoben wird. Die Pipettenspitze läuft von ihrem Koppelabschnitt 14 zu ihrem - hier nicht dargestellten - vorderen spitzen Ende konisch zu und hat dort eine Einsaugöffnung zum Ansaugen des zu pipettierenden Mediums.
  • Die Pipettenspitze ist typischerweise zum einmaligen Gebrauch bestimmt und als Spritzgußteil ausgeführt. Ein geeignetes, leicht zu verarbeitendes Material für Pipettenspitzen ist Polypropylen, das in flüssiger Form und wahlweise mit Zusätzen (z.B. Farbe) und/oder Füllstoffen versetzt in eine geeignete Spritzgußform eingespritzt wird. Nach Erstarren des Polypropylens wird die fertige Pipettenspitze aus der Spritzgußform ausgestoßen und falls erforderlich der Anschnitt entfernt.
  • Das Koppelelement 4 ist typischerweise einstückig aus Metall geformt und hat an seinem freiem Ende 8 einen ersten Abschnitt 20. Ein zweiter Abschnitt 22 des Koppelelements 4 ist axial in Aufschiebrichtung 2 in bezug zum ersten Abschnitt 20 versetzt angeordnet. Der erste Abschnitt 20 hat vorzugsweise an jeder Stelle eine geringere radiale Ausdehnung als der zweite Abschnitt 22, so daß der zweite, in Aufschiebrichtung 2 hintere Abschnitt 22 radial den ersten Abschnitt 20 überragt. An der Außenseite jedes Abschnitts ist jeweils ein Führungselement 25, 26 in Form einer umlaufenden zylinderförmigen Führungsfläche angeordnet. Die Führungselemente 25, 26, die in Längsrichtung parallel zur Längsachse 6 verlaufen, haben eine größere radiale Ausdehnung als benachbarte Bereiche der jeweilige Abschnitte 20, 22, über die sie sich radial erstrecken. Dadurch soll sichergestellt werden, daß die Pipettenspitze 10 radial lediglich mit den Führungsflächen in Kontakt tritt und durch die Wechselwirkung der Führungsflächen mit der Innenwand des Koppelabschnitts 14 die radiale Ausrichtung bzw. Positionierung der Pipettenspitze 10 in bezug auf das Koppelelement 4 definiert wird. Durch die zwei axial gegeneinander versetzt angeordneten Führungselemente 25 und 26 wird gleichzeitig auch ein schräges Aufsetzten der Pipettenspitze 10 bzw. Verkippen derselben auf das Koppelement 4 verhindert. Bevorzugt haben die beiden Führungselemente 25, 26 einen axialen Abstand d, der mindestens so groß ist wie der Durchmesser D (radiale Ausdehnung) des größeren der beiden Führungselemente, hier also des zweiten Führungselements 26. Dadurch wird die koaxiale Ausrichtung der Pipettenspitze 10 am Koppelelement 4 weiter verbessert. Der Abstand d ist hier durch den Abstand der jeweiligen Außenkanten 28, 29 der Führungselemente 25, 26 definiert. Diese Außenkanten bilden die axialen Endbereiche des Kontakts zwischen den Führungselementen 25, 26 und der Pipettenspitze.
  • Sofern das Koppelelement lediglich das erste Führungselement 25 aufweist (siehe Figur 10), hat das Haltelement 27 im Zusammenspiel mit dem ersten Führungselement 25 die Funktion, die Pipettenspitze lateral auszurichten. In diesem Fall ist der Abstand d1 zwischen Haltelement 27 und Führungselement 25, wie in Figur 3 gezeigt, ebenfalls größer als der Durchmesser D1 des Haltelements 27 (siehe auch Figur 11).
  • Korrespondierend zum ersten und zweiten Abschnitt 20, 22 des Koppelelements weist der Koppelabschnitt 14 der Pipettenspitze 10 ebenfalls einen ersten Abschnitt 40 und einen zweiten Abschnitt 42 auf, wobei der erste Abschnitt 40 eine geringere radiale Ausdehnung (Durchmesser) als der zweite Abschnitt 42 hat. Dadurch wird eine Stufe bzw. Schulter 43 zwischen erstem und zweitem Abschnitt 40, 42 gebildet, die als Dichtfläche 43 dient.
  • Das erste und zweite Führungselement 25 und 26 sind im vorgestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen gleich geformt. Es ist allerdings auch möglich, den Führungselementen eine jeweils unterschiedliche Form zu geben. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Führungselemente 25, 26 umlaufend ausgebildet und erheben sich gegenüber der sie umgebenden Außenkontur der jeweiligen kopplungselementseitigen Abschnitte 20, 22 in Form eines integral angeformten Ringes mit umlaufender Führungsfläche, dessen Querschnitt trapezförmig ist.
  • Zwischen erstem und zweitem Abschnitt 20, 22 verläuft eine radial an der Außenseite des Koppelelements 4 umlaufende Vertiefung oder Hinterschnitt 34, in welcher ein ebenfalls radial umlaufendes Dichtelement 21 sitzt. Das Dichtelement ist günstigerweise eine Ringdichtung aus einem elastischen Material. Als geeignete Materialien haben sich insbesondere Fluoroelastomere herausgestellt, da sie eine hohe Elastizität, Langlebigkeit, hohe chemische Beständigkeit und Verschleißarmut aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das Dichtelement als massiver, im Querschnitt rechteckiger Ring ausgeführt. Es ist allerdings auch möglich, Ringdichtungen mit kreisförmigem (O-Ringe) oder X-förmigen Querschnitt zu verwenden. Beispielsweise sind Ringdichtungen mit X-förmigen Querschnitt aufgrund der einzelnen Dichtlippen elastischer als O-Dichtungen und führen daher zu einer noch besseren Abdichtung der Pipettenspitze am Koppelelement. Ein Dichtelement 21' mit X-förmigem Querschnitt ist beispielsweise in Figur 4 dargestellt. Das Dichtelement 21' hat vier Dichtlippen, wobei die radial nach außen zum freien Ende 12 hin weisende Dichtlippe 23' den axialen Dichtabschnitt 23 darstellt, gegen den der korrespondierende Dichtabschnitt der Pipettenspitze gedrückt wird.
  • Das in Figur 1 gezeigte Dichtelement 21 hat in etwa die gleiche radiale Ausdehnung wie der zweite Abschnitt 22 und überragt dadurch den ersten Abschnitt 20 in radialer Richtung. Daher liegt ein Dichtabschnitt 23 axial in Richtung offenes Ende 8 des Koppelelements 4 im wesentlichen frei. Der Dichtabschnitt 23 dient als axiale Dichtfläche und wird axial gegen die umlaufend ausgebildete innenliegende Schulter 43 der Pipettenspitze 10 gedrückt. Wie im Zusammenhang mit Figur 2 erkennbar, die eine auf das Koppelelement 4 vollständig aufgesetzte Pipettenspitze 10 zeigt, steht das Dichtelement 21 lediglich mit seinem axialen Dichtabschnitt 23 in direktem Kontakt mit der Innenwand der Pipettenspitze und insbesondere mit der Schulter 43. Dadurch werden eine axiale Dichtung und gleichzeitig eine z-Ausrichtung erreicht. Die z-Ausrichtung wird weiterhin durch ein Haltelement definiert, was weiter unten beschrieben wird.
  • Das Dichtelement 21 hat einen im Vergleich zum Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 42 der Pipettenspitze etwas geringeren Außendurchmesser. Dadurch wird sichergestellt, daß die Innenwand der Pipettenspitze beim Aufschieben nicht reibend über das Dichtelement 21 geführt wird, wodurch es erheblich weniger belastet wird als radiale Dichtungen, die zum Erreichen einer ausreichenden Dichtwirkung reibend über üblicherweise konisch zulaufende Flächen geschoben werden müssen. Daher ist auch der Wartungsaufwand für das erfindungsgemäße axiale Dichtelement 21 erheblich geringer.
  • Ein radialer Kontakt zwischen Koppelelement 4 und Pipettenspitze 10 wird über die koppelelementseitigen Führungselemente 25 und 26 und über erste und zweite Führungsflächen 45 und 46 des Koppelabschnitts 14 der Pipettenspitze 10 hergestellt. Im einfachsten Fall können die pipettenspitzenseitigen Führungsflächen 45, 46 durch die Innenwände der jeweiligen Abschnitte 40, 42 der Pipettenspitze 10 gebildet werden. Es ist allerdings auch möglich, erhabene Führungsflächen an der Innenwand der Pipettenspitze anzuformen. Jeder Abschnitt des pipettenspitzenseitigen Koppelabschnitts 14 weist eine durchgängig umlaufende bzw. aus umfangsseitig verteilten Teilsegmenten bestehende Führungsfläche 45, 46 auf, deren Durchmesser dem Außendurchmesser des jeweils zugeordneten ersten und zweiten Führungselements 25, 26 entspricht, so daß eine formschlüssige Ausrichtung der Pipettenspitze 10 erreicht wird.
  • Um eine möglichst paßgenaue Ausrichtung zu ermöglichen, weisen die entsprechenden Führungsflächen 45, 46 keine Entformungsschrägen auf. Entformungsschrägen werden üblicherweise an Spritzgußteilen vorgesehen, um diese von der Spritzgußform leichter lösen zu können. Durch den Verzicht auf Entformungsschrägen verlaufen die pipettenspitzenseitigen Führungsflächen in axialer Richtung parallel zur Achse 6. Dadurch wird erreicht, daß die radiale bzw. laterale Ausrichtung der Pipettenspitze nicht davon abhängt, wie weit die Pipettenspitze auf das Koppelelement geschoben wird. Im Falle von konisch zulaufenden Führungsflächen würden diese beim Aufschieben der Pipettenspitze auf das Koppelelement zunehmend am Koppelelement verspannt werden und dadurch der Axialbewegung einen Widerstand entgegensetzen. Somit beeinflussen konische Führungsflächen die axiale Ausrichtung und erhöhen die erforderliche Aufschiebekraft. In Aufschiebrichtung hinter dem zweiten Führungselement 26 ist eine Ringnut 30 zur Aufnahme einer Ringfeder 27 eingebracht. Die Ringfeder 27 dient als Halteelement und greift in einen Hinterschnitt 47 an der Innenseite des zweiten Abschnitts 42 der Pipettenspitze ein. Beim Aufsetzen der Pipettenspitze wird diese mit ihrem hinteren Ende 12 voran über das zweite Führungselement 26 und die Ringfeder 27 geschoben, bis die Ringfeder 27 in den Hinterabschnitt 47 einschnappt. Dadurch wird die Pipettenspitze axial positioniert und am Koppelelement fixiert. Ringfeder 27 und Hinterschnitt 47 stellen eine lösbare Verbindung her, die gleichzeitig ausreichend stabil ist, um die Schulter 43 axial gegen den axialen Dichtabschnitt 23 zu drücken und so die Pipettenspitze am Koppelelement abzudichten. Die Ringfeder kann einen leichten Schraubengang aufweisen.
  • Entsprechend der geometrischen Ausgestaltung des Koppelelements haben die Führungsflächen 45 und 46 der Pipettenspitze, die im aufgesetzten Zustand mit den koppelelementseitigen Führungselementen wechselwirken, typischerweise einen Abstand zueinander, der größer ist als der Innendurchmesser der zweiten Führungsfläche 46. Ebenso ist für den Fall, daß kein zweites Führungselement 26 am Koppelelement angeordnet ist, der Abstand zwischen erster Führungsfläche 45 und Hinterschnitt (Haltemittel) 47 größer als der Innendurchmesser der Vertiefung des Hinterschnitts 47. Da das Halteelement 27 typischerweise in Aufschiebrichtung 2 hinter dem zweiten Führungselement 26 angeordnet ist, gilt diese Relation auch bei Verwendung von zwei Führungselementen 25, 26 bzw. Führungsflächen 45, 46. Das erste Führungselement 25 kann nahe zum Dichtabschnitt 23 angeordnet sein. Entsprechend kann die Führungsfläche 45 nahe zur Schulter 43 ausgebildet sein. Dabei ist der Abstand der Schulter 43 vom Hinterschnitt 47, insbesondere von der Mitte des Hinterschnitts 47, typischerweise ebenfalls größer als der Innendurchmesser des Hinterschnitts 47.
  • Diese Situation ist in Figur 11 angedeutet, welche ein Koppelelement 4 und eine Pipettenspitze 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel zeigt. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Koppelelement 4 ein erstes Führungselement 25 in Form einer Fläche auf, die in Aufschiebrichtung 2 vor dem Dichtelement 21, d. h. im ersten Abschnitt 20 des Koppelelements 4, angeordnet ist. In Aufschiebrichtung 2 hinter dem Dichtelement 21 ist ein Halteelement 27 im zweiten Abschnitt 22 des Koppelements 4 angeordnet. Ein zweites Führungselement ist hier nicht vorgesehen. Die Pipettenspitze 10 weist eine zum Führungselement 25 des Koppelelements 4 korrespondierende Führungsfläche 45 auf, die in Aufschiebrichtung 2 vor einem Dichtabschnitt bzw. Schulter 43 sitzt, d.h. im ersten Abschnitt 40 der Pipettenspitze 10 angeordnet ist. Die Innenfläche der Pipettenspitze 10 ist hier leicht konusförmig verlaufend dargestellt, wobei die Führungsfläche 45 als in die Wand der Pipettenspitze 10 integrierte zylindrische Fläche ausgebildet ist. Dies wird weiter unten im Zusammenhang mit der Figur 8 näher erläutert. Im zweiten Abschnitt 42 der Pipettenspitze 10 ist beabstandet zum Dichtabschnitt 43 ein Haltemittel 47 in Form eines Hinterschnitts angeordnet.
  • Am Koppelelement 4 haben Haltemittel 27 und Halteelement 25 einen Abstand d1 zueinander, der auch als Führungsbreite bezeichnet werden kann. Führungsbreite d1 wird von der Mitte der jeweiligen Elemente aus bestimmt. Die axiale Ausdehnung (Breite der Einzelführungsfläche) von Haltemittel 27 und Halteelement 25 ist mit l1 bzw. l2 bezeichnet. Der Außendurchmesser des Haltemittels 27 ist hier mit Di angegeben. Um eine sichere Halterung und Ausrichtung zu ermöglichen, sollte die Beziehung d1≥D1 erfüllt sein. Korrespondierend dazu weist der Hinterschnitt 47 der Pipettenspitze 10 einen maximalen Durchmesser D2 auf. Führungsfläche 45 weist vom Hinterschnitt 47 (bezogen jeweils auf deren Mitte) einen Abstand (Führungsbreite) d2 auf. Die axiale Ausdehnung von Hinterschnitt 47 und Führungsfläche 45 ist mit l3 bzw. l4 angegeben, wobei l4 typischerweise größer als l2 ist, damit der Absatz zwischen der zylinderförmigen Führungsfläche 45 und der konischen Innenwand (siehe Absatz 74 in Figur 8) nicht in Kontakt mit dem Halteelement 25 des Koppelelements 4 tritt und ein Aufschieben der Pipettenspitze 10 auf das Koppelelement 4 behindert. Typischerweise gilt D1 = D2 und d1 = d2, so daß die Beziehung d2≥D2 ebenfalls erfüllt ist. Die Führungsbreiten d1 und d2, die axialen Ausdehnungen l1, l2, l3 und l4 sowie die Durchmesser D1 und D2 werden entsprechend aufeinander abgestimmt, damit die jeweiligen Elemente ihren Zweck erfüllen können (Führungsfläche 45 und Führungselement 25 für laterale Ausrichtung; Halteelement 27 und Hinterschnitt 47 im vorliegenden Ausführungsbeispiel für laterale Ausrichtung und Fixierung), wobei die Fixierung auch mit einer leichten Klemmung kombiniert sein kann.
  • Durch die vorstehend beschriebenen geometrischen Relationen wird unabhängig davon, ob das erste und zweite Führungselement 25, 26 mit den pipettenspitzenseitigen Führungsflächen 45, 46 zusammenwirken, oder ob das erste Führungselement 25 und das Halteelement 27 zusammen mit der pipettenspitzenseitigen ersten Führungsfläche 45 und dem Hinterschnitt 47 zusammenwirken (ohne zusätzliches zweites Führungselement 26), gewährleistet, daß ein Verkippen der Pipettenspitze am Koppelelement ausreichend sicher vermieden wird.
  • Um eine ausreichende Dichtwirkung zu erzielen, sollte der Abstand zwischen dem Hinterschnitt 47 und der Schulter 43 möglichst genau eingehalten werden, wobei der Abstand so ausgebildet ist, daß die Schulter 43 zur Erzielung einer ausreichenden Dichtwirkung an den Dichtabschnitt 23 gedrückt werden kann. Allerdings gestattet die Elastizität des Dichtelements 21 eine gewisse Toleranz, wobei ein X-förmiges Dichtelement bei gleichem Material eine etwas höhere Toleranz ermöglicht als beispielsweise ein O-Ring. Der Abstand zwischen Schulter 43 und Hinterschnitt kann beispielsweise 8 bis 9 mm betragen. Der Innendurchmesser des pipettenspitzenseitigen zweiten Abschnitts 42 kann etwa zwischen 6 und 7,5 mm liegen, der des pipettenspitzenseitigen ersten Abschnitts 40 etwa zwischen 5 und 6 mm.
  • Beim Aufschieben der Pipettenspitze kann es zu einer reversiblen leichten Verformung des hinteren Endes 12 der Pipettenspitze kommen, da das hintere Ende beim Passieren der Ringfeder 27 leicht gedehnt wird. Die Pipettenspitze sollte daher an ihrem hinteren Ende bis zu einem gewissen Grade elastisch ausgebildet. Die Elastizität kann durch geeignete Wahl der Materialstärke eingestellt werden. Es ist allerdings auch möglich, die Ringfeder 27 soweit flexibel auszubilden, daß sie beim Aufsetzen der Pipettenspitze nachgibt und beim Passieren des Hinterschnitts 47 in diesen einspringt.
  • Die Ringnut 30 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit geneigter Innenwand 31 ausgeführt, die konisch auf das vordere Ende 8 des Koppelelements zuläuft. Dadurch wird erreicht, daß die Ringfeder 27 axial in Richtung zum freien Ende 8 hin genau positioniert ist, da sie durch die Pipettenspitze leicht radial zusammengedrückt wird, aufgrund der konischen Innenwand 31 in Richtung Anschlagfläche 50 ausweicht und gegen diese gedrückt und positioniert wird. Somit ergibt sich ein Kraftschluß ausgehend vom Dichtelement 21 über den pipettenseitigen Dichtabschnitt 43 zum Hinterschnitt 47, der den Kraftfluß über die Ringfeder 27 zur Anschlagfläche 50 führt. Dadurch wird die Pipettenspitze sicher am Koppelelement befestigt und ausgerichtet.
  • Eine weitere Ausführungsform zeigt Figur 3. Bei dieser Ausführungsform werden anstelle einer in einer Ringnut angeordneten Ringfeder starre Nocken 57 als Halteelement verwendet, die gleichmäßig am Umfang des zweiten Abschnitts verteilt sind. Günstig sind mindestens drei Nocken. Wie aus Figur 3 erkennbar, sind die Nocken 57 integral als umlaufender erhabener Ring geformt, der durch Einschnitte unterbrochen ist. Im Hinblick auf die Materialbeanspruchung des Koppelabschnitts der Pipettenspitze sind mehrere separate starre Nocken günstiger als ein durchgehender Ring, da dieser eine starke Weitung des hinteren Endes 12 des Koppelabschnitts 14 beim Aufschieben der Pipettenspitze erzwingen würde. Separate starre Nocken erfordern dagegen lediglich ein geringes Verformen des hinteren Endes 12, wobei im Fall von drei Nocken der Querschnitt des zweiten Abschnitts 42 bis zum Eingreifen der Nocken in den pipettenspitzenseitigen Hinterschnitt 47 eine leichte dreieckige Form ohne nennenswerte Materialdehnung annimmt. Durch die ermöglichte Querschnittsverformung ohne Materialdehnung läßt sich der erforderliche Kraftaufwand zum Aufschieben der Pipettenspitze erheblich reduzieren. Alternativ können als Haltemittel auch integral geformte Kugelflächen oder aufgesetzte Noppen oder ein oder mehrere aufgesetzte Ringe verwendet werden.
  • Wie im ersten Ausführungsbeispiel greifen die Nocken 57 in einen Hinterschnitt 47 an der Pipettenspitze ein.
  • Figuren 5 bis 7 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel. Dort wird wiederum eine Ringfeder (nicht dargestellt) als Haltelement verwendet, die in einer Ringnut 60 mit parallelen Seitenwänden 61, 62 und V-förmiger Innenwand 63 angeordnet ist. Die Ringnut 60 hat den Vorteil, daß einerseits die Ringfeder in axialer Richtung definiert gelagert und andererseits in radialer Richtung elastisch verformbar ist. Dies erleichtert das Aufsetzten der Pipettenspitze und führt zu einer Langlebigkeit der Ringfeder.
  • In Figuren 6 und 7 sind Details der Ringnut 60 sowie des ersten und zweiten Abschnitts 25, 26 des Koppelelements dargestellt. Außerdem zeigen diese Figuren die jeweiligen Führungselemente, wie sie auch bei den anderen Ausführungsformen zur Anwendung gelangen können.
  • Die V-förmige Innenwand 63 (Figur 6) umfaßt zwei Teilflächen, die unter einem stumpfen Winkel zueinander stehen, wobei diese bezüglich der Achse 6 symmetrisch angeordnet sind. Das zweite Führungselement 26 überragt umliegende Bereiche des koppelelementseitigen zweiten Abschnitts 22. Wie erkennbar, sind seitlich zum zweiten Führungselement 26 symmetrisch ausgebildete Anlaufflanken 65, 66 angeformt.
  • Im ersten Abschnitt 20 (Figur 7) ist axial zum ersten Führungselement 25 ebenfalls eine hintere Anlaufflanken 67 und eine vordere konusförmige Einführschräge 68 zum Vorzentrieren der Pipettenspitze ausgebildet. Die sich zum freien Ende 8 erstreckende Einführschräge 68 endet an einer Stirnfläche 69, an der auch die Durchgangsöffnung 5 endet.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Koppelelements 4 ist in Figur 10 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das Halteelement 27 durch umlaufend angeordnete separate Nocken 90 gebildet, die beispielsweise Teile eines Rings darstellen. Die Nocken 90 lassen sich leicht aus einem beispielsweise integral angeformten Ring herstellen, in den axial verlaufende Einschnitte 91 eingebracht wurden. Dadurch entstehen separate und in diesem Fall starre Nocken 90, die wie bei den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen in einen Hinterschnitt 47 der Pipettenspitze 10 eingreifen können, der im zweiten Abschnitt 42 der Pipettenspitze 14 vorgesehen ist. Über die Wechselwirkung zwischen Nocken 90 und Hinterschnitt 47 wird die Pipettenspitze 10 mit ihrem Dichtabschnitt 43 gegen das Dichtelement 21 axial gedrückt. Der Ring, bzw. die Nocken 90, können in Axialrichtung eine runde Kontur aufweisen, die weitgehend der Kontur des Hinterschnitts 47 entspricht, um einen guten Formschluß zu ermöglichen.
  • Im Gegensatz zu den zuvor gezeigten Ausführungsbeispielen weist das in Figur 10 gezeigte Koppelelement 4 kein separates zweites Führungselement im Bereich des zweiten Abschnitts 22 des Koppelements 4 auf. Diese Funktion übernehmen die Nocken 90 im Zusammenwirken mit dem pipettenspitzenseitigen Hinterschnitt 47. Auf die zweite Führungsfläche 46 im zweiten pipettenseitigen Abschnitt 42 kann dann ebenfalls verzichtet werden. Die Pipettenspitze 10 kann dann, in Aufschieberichtung gesehen, eine erste Führungsfläche 45 im Bereich des ersten Abschnitts 40, eine Schulter 43 am Übergang zum zweiten Abschnitt 42 und ein von der Schulter 43 beabstandetes Haltemittel 47 (im vorliegenden Beispiel Hinterschnitt) aufweisen.
  • Im Bereich des ersten Abschnitts 20 des Koppelements 4 wird das erste Führungselement 25 von einem umlaufenden Ring mit axialen Einschnitten 93 gebildet, wobei der Ring eine zylinderförmige Außenkontur aufweist. Die Einschnitte 93 führen zu räumlich getrennten Ringsegmenten 92 bzw. Nocken. Durch die zylinderförmige Außenkontur des Rings weist jede Nocke 92 einen Teil der zylinderförmigen Außenkontur auf, so daß die halteelementseitigen Nocken 92 zusammen ein umlaufendes Führungselement in Form einer unterbrochenen Fläche bilden. Im Vergleich zur Figur 7 ist erkennbar, daß bei dem in Figur 10 gezeigten Ausführungsbeispiel axial verlaufende Einschnitte 93 im Bereich des ersten Führungselements 25 eingebracht wurden. Die Nocken 92 führen unter Wechselwirkung mit innenseitigen ersten Führungsflächen 45 im Bereich des ersten Abschnitts 40 der Pipettenspitze 14 zur radialen bzw. lateralen Ausrichtung der Pipettenspitze 14 in Bezug auf das Koppelement 4.
  • Die vorstehend beschriebenen Koppelemente können an manuellen Pipettenhalterungen aber auch an Pipettierautomaten angeordnet sein, die viele Koppelelemente aufweisen. Derartige Pipettierautomaten weisen weiterhin noch weitere Komponenten auf, insbesondere Mittel zum Abstreifen der Pipettenspitzen. Üblicherweise umfassen diese Mittel einen relativ zum Koppelelement in axialer Richtung bewegbaren Abstreifer, der hinter das hintere Ende 12 der Pipettenspitze 10 eingreift und diese entgegen der Aufschiebrichtung 2 vom Koppelelement schiebt.
  • In Figur 8 ist ein Abschnitt (erster Abschnitt 40 oder zweiter Abschnitt 42) des pipettenseitigen Koppelabschnitts vergrößert dargestellt. Dieser Abschnitt weist eine konisch zulaufende Innenwand (Innenfläche) 70 auf. Der Konuswinkel (Winkel zwischen Innwand 70 und Längsachse 6) beträgt nur wenige Grad und liegt bevorzugt zwischen 0,5° und 1°. Diese leicht konische Ausführung ist eine sogenannte Entformungsschräge, um die als Spritzgußteil geformte Pipettenspitze leichter von der Spritzgußform zu lösen. Wie erkennbar, verläuft auch die Außenwand (Außenfläche) 71 des Koppelabschnitts aus diesem Grund konusförmig. In die Innenwand 70 ist eine zylindrische Führungsfläche 72 integriert, d.h. die Führungsfläche 72 verläuft in Längsrichtung parallel zur Längsachse 6. Dadurch wird ein Absatz 74 zwischen Führungsfläche 72 und Innenwand gebildet, dessen Tiefe vom Konuswinkel und der Längsausdehnung der Führungsfläche 72 abhängt. Der Absatz 74 ist nicht die Dichtfläche 43. Günstig ist, wenn die Führungsfläche zum weiten Ende des Konus hin direkt in die konusförmige Innenwand 70 übergeht.
  • Damit die Führungsfläche 72 eine ausreichend genaue axiale Ausrichtung der Pipettenspitze ermöglicht, sollte die Wand der Pipettenspitze in diesem Bereich ausreichend starr ausgebildet sein. Da der Konuswinkel, wie weiter oben beschrieben, typischerweise sehr gering ist, führt die Bildung der zylindrischen Führungsfläche 72 nur zu einer vernachlässigbaren Verringerung der Wandstärke, so daß auch im Bereich der Führungsfläche 72 eine ausreichende Stabilität sichergestellt ist. Ggf. sollte insgesamt die Wand entsprechend dicker ausgeführt werden. Typischerweise wird lediglich an der Innenwand 70 eine zylindrische Führungsfläche ausgebildet. Die Außenwand 71 hat dagegen typischerweise einen konischen Verlauf.
  • Figur 9 zeigt eine Ausführungsform mit verbesserter Flexibilität des pipettenseitigen Koppelabschnitts 14. Wie erkennbar, weist der Koppelabschnitt 14 (oder der zweite Abschnitt der Pipettenspitze) in Längsrichtung verlaufende Einschnitte 82 auf, die mit einem separaten Material befüllt sind, um axiale Weichkomponenten zu formen. Das Material 82 der axialen Weichkomponenten 82 ist im Vergleich zum Material 80, aus dem der Hauptteil des Koppelabschnitts 14 besteht, elastischer und erhöht dadurch die radiale Flexibilität des Koppelabschnitts. Die Einschnitte 82 können, wie in Figur 9 angedeutet, den Hinterschnitt 34 zur Aufnahme des koppelelementseitigen Halteelements durchsetzen. Zur Herstellung solcher Zwei-Komponenten Pipettenspitzen kann ebenfalls ein Spritzgußverfahren verwendet werden. Die Pipettenspitze weist weiterhin einen am Koppelabschnitt 14 angesetzten und in axialer Richtung konisch zulaufenden Abschnitt 84 auf, der an seinem axialen, vom Koppelabschnitt 14 entfernt liegenden Ende eine Öffnung zum Einsaugen eines zu pipettierenden Mediums hat.
  • Generell ist das Gesamtvolumen der Pipettenspitze nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise könne Pipettenspitzen, wie oben beschrieben, so ausgestaltet sein, daß sie ein Aufnahmevolumen im Aufnahmebereich, d.h. in dem Bereich der Pipettenspitze, in welchem das zu pipettierende Medium aufgenommen (Aufnahmeabschnitt) wird einschließlich des Auslaßabschnitts zur Abgabe des Mediums, von 5 bis 2000 µl, vorzugsweise von 40 bis 1800 µl, weiter bevorzugt von 50 bis 1500 µl aufweisen.
  • Die Länge einer Pipettenspitze ergibt sich üblicherweise aus dem gewünschten Volumen, wenn die Geometrie der einzelnen Abschnitte des Aufnahmebereichs definiert ist. Die Länge der Pipettenspitze ist daher generell nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise können die Pipettenspitzen eine Länge im Bereich von 50 bis 150 mm, bevorzugt von 60 bis 140 mm und am meisten bevorzugt von 80 bis 120 mm aufweisen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weisen Pipettenspitzen mit einem Aufnahmevolumen von 50 µl eine Länge von 60 mm auf, Pipettenspitzen mit einem Aufnahmevolumen von 200 oder 1000 µl jeweils eine Länge von 80 mm und Pipettenspitzen mit einem Aufnahmevolumen von 1500 µl eine Länge von 120 mm.
  • Bei allen Ausführungen kann die Pipettenspitze aus Polypropylen bestehen und mit Graphit gefüllt sein, um kapazitive Füllstandsmessungen zu ermöglichen.
  • Das Dichtelement kann bei allen Ausführungsformen aus Fluorelastomer bestehen, z.B. Viton® oder Kalrez® von DuPont. Andere elastische Materialen sind je nach zu pipettierendem Medium ebenfalls geeignet.
  • Die Koppelelemente, die auch häufig als Dorn bezeichnet werden, bestehen aus einem bevorzugt korrosionsbeständigen Metall, z.B. Edelstahl oder anderen Legierungen, die z.B. Tantal, Titan oder Wolfram enthalten. Es ist allerdings auch möglich, die Koppelelemente aus geeignetem, z.B. leitendem Kunststoff herzustellen. Ebenfalls sind Verbunde aus unterschiedlichen Materialien möglich, z.B. Edelstahl mit Kunststoffeinlagen oder Verbindungen von unterschiedlichen, leitenden und nicht-leitenden Kunststoffen.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird eine Vorrichtung zur Halterung von Pipettenspitzen mit einem Koppelelement mit einer in axialer Richtung verlaufenden Längsachse vorgeschlagen, welches ein freies Ende aufweist, von dem aus eine Pipettenspitze auf das Koppelelement in axialer Richtung aufschiebbar ist, wobei das Koppelelement aufweist:
    • ein Dichtelement aus einem elastischen Material, das einen in axialer Richtung zum freien Ende des Koppelelements hin freiliegenden axialen und sich radial erstreckenden Dichtabschnitt aufweist, gegen den ein Dichtabschnitt der Pipettenspitze zumindest teilweise axial preßbar ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Koppelelement zumindest ein an seiner Außenseite angeordnetes vorzugsweise einstückiges oder mehrteiliges Führungselement zum lateralen Ausrichten der Pipettenspitze auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Koppelelement zwei axial voneinander beabstandete Führungselemente an der Außenseite des Koppelelements auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform bilden die Führungselemente jeweils einen radial umlaufenden Führungsring mit vorgegebener radialer und vorzugsweise konstanter radialer Ausdehnung, wobei die Führungsringe eine unterschiedliche radiale Ausdehnung haben und vorzugsweise unabhängig voneinander durchgängig und/oder unterbrochen ausgebildet sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform haben die Führungselemente einen Abstand (d) voneinander, der mindestens so groß ist wie die radiale Ausdehnung (D) der Führungselemente oder des größeren der beiden Führungselemente.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Koppelelement mindestens ein an seiner Außenseite angeordnetes Halteelement zum Wechselwirken mit Haltemitteln der Pipettenspitze auf, um den Dichtabschnitt der Pipettenspitze gegen den axialen Dichtabschnitt zu pressen und/oder die Pipettenspitze in axialer Richtung zu positionieren.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Koppelelement einen ersten Abschnitt, der nahe des freien Endes des Koppelelements angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der in bezug zum ersten Abschnitt axial in Aufschiebrichtung versetzt angeordnet ist, auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Abschnitt vorzugsweise an jeder Stelle eine kleinere radiale Ausdehnung als der zweite Abschnitt auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist am ersten und zweiten Abschnitt jeweils ein Führungselement angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Dichtelement zwischen erstem und zweitem Abschnitt angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Halteelement am zweiten Abschnitt angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform besteht das Dichtelement aus einem Fluorelastomer.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Haltelement ein umlaufendes Federelement, das in einer an der Außenseite des Koppelelements befindlichen umlaufenden Vertiefung angeordnet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Haltelement eine oder mehrere radiale Erhebungen auf, die an der Außenseite des Koppelelements partiell oder ringförmig umlaufend angeordnet und vorzugsweise starr oder flexibel sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Halteelement in Aufschiebrichtung gesehen hinter sämtlichen Führungselementen angeordnet.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist das Dichtelement in seinem Materialquerschnitt elastisch verformbar.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Koppelement eine Einführschräge am freien Ende zum Vorjustieren der Pipettenspitze auf.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Pipettiervorrichtung bereitgestellt mit einem Koppelelement gemäß einem der vorstehenden Ausführungsformen und einer am Koppelelement lösbar befestigbaren Pipettenspitze mit einem Dichtabschnitt, der in Bezug auf die Längsachse des Koppelelementes als axiale Fläche, die in Richtung des Koppelelementes weist, ausgestaltet ist, und wobei in gekoppeltem Zustand zumindest ein Teil des Dichtabschnitts des Koppelelementes gegen zumindest einen Teil des Dichtabschnittes der Pipettenspitze axial gepreßt ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird eine Pipettiervorrichtung bereitgestellt mit einem Koppelelement und einer am Koppelelement lösbar befestigbaren Pipettenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das Koppelelement mindestens ein an seiner Außenseite angeordnetes Führungselement zum lateralen Ausrichten der Pipettenspitze aufweist, und vorzugsweise so viele Führungselemente aufweist, wie die Pipettenspitze Führungsflächen besitzt, wobei das oder die Führungselement(e) unabhängig voneinander vorzugsweise einstückig oder mehrteilig ausgebildet ist (sind), und wobei jedes Führungselement zumindest Teilflächen einer zylindrischen Mantelfläche aufweist, die jeweils einer mit der Teilfläche wechselwirkenden zylindrischen Führungsfläche an der Pipettenspitze entspricht.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist die Pipettiervorrichtung zusätzlich die in den vorstehend genannten Ausführungsformen beschriebenen Merkmale und vorzugsweise noch dazu ein Dichtelement nach einem der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auf.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Koppelelement der Pipettiervorrichtung mindestens ein an seiner Außenseite angeordnetes Halteelement zum Wechselwirken mit zumindest einem Haltemittel der Pipettenspitze auf, wobei das mindestens eine Halteelement gegenüber dem zumindest einen Haltemittel vorzugsweise entweder starr oder flexibel ausgestaltet ist.
  • Den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist gemein, daß sie das Aufsetzen und Abstreifen der Pipettenspitze mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand ermöglichen. Dies wird einerseits durch die koppelelementseitigen flexiblen Halteelemente und andererseits durch flexible Bereiche des hinteren Endes 12 der Pipettenspitze erreicht. Darüber hinaus weisen alle Koppelelemente eine verschleißarme bzw. sogar verschleißfreie Dichtung auf, da das Dichtelement als axiales Dichtelement ausgebildet ist. Die Führungselemente gestatten eine genaue radiale bzw. laterale (x- und y-Richtung) Positionierung und verhindern ein Verkippen der Pipettenspitze. Die axiale Positionierung (z-Richtung) wird einerseits durch das Zusammenspiel von koppelelementseitigem Halteelement mit pipettenspitzenseitigem Haltemittel und andererseits durch das Andrücken der Schulter 43 gegen das Dichtelement 21 festgelegt. Die Dichtung und die Befestigung sind somit räumlich und funktionell voneinander getrennt und ermöglichen eine lagesichere Befestigung der Pipettenspitze am Koppelelement. Sowohl die Pipettenspitze als auch das Koppelelement lassen sich kostengünstig herstellen und sind robust im Gebrauch.
    • Bezugszeichenliste
    • 2
    Aufschiebrichtung
    4
    Koppelelement
    5
    Durchgangsöffnung
    6
    Längsachse
    8
    freies Ende des Koppelelements
    10
    Pipettenspitze
    12
    hinteres Ende der Pipettenspitze / erstes axiales Ende
    14
    Koppelabschnitt der Pipettenspitze
    20
    erster Abschnitt des Koppelelements
    21, 21'
    Dichtelement
    22
    zweiter Abschnitt des Koppelelements
    23, 23'
    Dichtabschnitt
    25
    erstes Führungselement
    26
    zweites Führungselement
    27
    Ringfeder / Halteelement
    28, 29
    Außenkante
    30
    Ringnut
    31
    Innenwand der Ringnut
    34
    Vertiefung / Hinterschnitt
    40
    erster Abschnitt der Pipettenspitze
    42
    zweiter Abschnitt der Pipettenspitze
    43
    Dichtabschnitt / Schulter
    45
    erste Führungsfläche
    46
    zweite Führungsfläche
    47
    Hinterschnitt
    50
    Anschlagfläche
    57
    Nocken / Halteelement
    60
    Ringnut
    61, 62
    Seitenwände der Ringnut 60
    63
    Innenwand der Ringnut 60
    65, 66, 67
    Anlaufflanken
    68
    Einführschräge
    69
    Stirnfläche
    70
    Innenwand
    71
    Außenwand
    72
    Führungsfläche
    74
    Absatz
    80
    erstes Material
    82
    zweites Material
    84
    konischer Abschnitt
    90
    Nocken / Halteelement
    91
    Einschnitt
    92
    Nocken / erstes Führungselement
    93
    Einschnitt

Claims (13)

  1. Pipettenspitze zum Aufsetzen auf eine Halterung, wobei die Pipettenspitze aufweist:
    - eine Längsachse (6); und
    - einen in Längsachse (6) verlaufenden Koppelabschnitt (14) zum Aufschieben auf die Halterung, wobei der Koppelabschnitt (14) einen ersten Abschnitt (40) und einen zum ersten Abschnitt (40) in Aufschiebrichtung (2) axial versetzt angeordneten zweiten Abschnitt (42) hat, und der erste Abschnitt (40) eine kleinere radiale Ausdehnung als der zweite Abschnitt (42) aufweist, und wobei die Pipettenspitze einen Dichtabschnitt zwischen erstem und zweitem Abschnitt (40, 42) mit axial in Aufschiebrichtung (2) weisender Dichtfläche (43) zum Wechselwirken mit einem Dichtelement der Halterung aufweist,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der erste Abschnitt (40) oder der zweite Abschnitt (42) eine entgegen der Aufschiebrichtung (2) zumindest abschnittsweise konisch zulaufende Innenwand (70) hat, in die eine in Bezug auf die Längsachse (6) zylindrische Führungsfläche (72) integriert ist, wobei die zylindrische Führungsfläche (72) und die Innenwand (70) zusammen einen Absatz (74) bilden, dessen radiale Tiefe vom Konuswinkel der Innenwand (70) und der Längsausdehnung der zylindrischen Führungsfläche (72) abhängt.
  2. Pipettenspitze nach Anspruch 1, wobei die Innenwand (70) in Längsachsenrichtung in bezug auf die Längsachse (6) einen Winkel größer 0,2° und vorzugsweise zwischen 0,5° und 3° aufweist.
  3. Pipettenspitze nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Abschnitt (40) eine konisch verlaufende Innenwand (70) hat, in die die zylindrische Führungsfläche (45) integriert ist.
  4. Pipettenspitze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste und zweite Abschnitt (40, 42) jeweils konisch verlaufende Innenwände hat, in die jeweils eine zylindrische Führungsfläche (45, 46, 72) integriert ist.
  5. Pipettenspitze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sie mindestens ein an der Innenwand des zweiten Abschnitts (42) angeordnetes Haltemittel (47) zum Wechselwirken mit einem Halteelement der Halterung aufweist.
  6. Pipettenspitze nach Anspruch 5, wobei das Haltemittel (47) ein Hinterschnitt ist.
  7. Pipettenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Koppelabschnitt (14) einen Endbereich umfaßt, der in bezug auf die übrigen Bereiche des Koppelabschnitts (14) flexibler ausgebildet ist.
  8. Pipettenspitze nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Koppelabschnitt (14) aus einem ersten Material (80) besteht und in Längsrichtung verlaufende Einschnitte (82) aufweist, die mit einem zweiten Material befüllt sind, welches in bezug zum ersten Material elastischer ist.
  9. Pipettenspitze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Dichtabschnitt eine Schulter zwischen erstem und zweitem Abschnitt (40, 42) ist.
  10. Pipettenspitze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstand zwischen dem Dichtabschnitt und dem Haltemittel (47) größer ist als die radiale Ausdehnung des Haltemittels (47).
  11. Pipettenspitze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Abstand zwischen der im ersten Abschnitt angeordneten Führungsfläche (45, 72) und dem Haltemittel (47) größer ist als die radiale Ausdehnung des Haltemittels (47).
  12. Pipettenspitze nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zwischen der zylindrischen Führungsfläche (45, 72) und dem Haltemittel (47) der Dichtabschnitt angeordnet ist.
  13. Pipettiervorrichtung mit einem Koppelelement (4) und einer am Koppelelement (4) lösbar befestigten Pipettenspitze (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
    - wobei das Koppelelement (4) mindestens ein an seiner Außenseite angeordnetes Führungselement (25, 26) zum lateralen Ausrichten der Pipettenspitze (10) aufweist, und vorzugsweise so viele Führungselemente (25, 26) aufweist, wie die Pipettenspitze (10) Führungsflächen (45, 46, 72) besitzt,
    - wobei das oder die Führungselement(e) (25, 26) unabhängig voneinander vorzugsweise einstückig oder mehrteilig ausgebildet ist (sind)
    - und wobei jedes Führungselement (25, 26) zumindest Teilflächen einer zylindrischen Mantelfläche aufweist, die jeweils einer mit der Teilfläche wechselwirkenden zylindrischen Führungsfläche (45, 46, 72) an der Pipettenspitze (10) entspricht.
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