EP2123359B1 - Pipettiervorrichung zur Aspiration und Dispensation eines Dosierfluids - Google Patents

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EP2123359B1
EP2123359B1 EP08008525A EP08008525A EP2123359B1 EP 2123359 B1 EP2123359 B1 EP 2123359B1 EP 08008525 A EP08008525 A EP 08008525A EP 08008525 A EP08008525 A EP 08008525A EP 2123359 B1 EP2123359 B1 EP 2123359B1
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EP
European Patent Office
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piston
cylinder
work
pipetting apparatus
pipetting
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Armin Panzer
Patrick Schelling
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Hamilton Bonaduz AG
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Hamilton Bonaduz AG
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Publication date
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Priority to JP2009109567A priority patent/JP4855496B2/ja
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    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
    • B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
    • 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
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
    • B01L2200/146—Employing pressure sensors
    • 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
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/06—Auxiliary integrated devices, integrated components
    • B01L2300/0627—Sensor or part of a sensor is integrated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0478—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure pistons

Definitions

  • the present invention relates to a pipetting device for aspirating and dispensing a dosing fluid by means of a different working fluid, wherein the working fluid is housed in a variable volume working space extending along a channel axis and at least at least along an axial portion thereof with respect to the channel axis is formed by a piston-cylinder system, with a cylinder bounding the working chamber along a cylinder section in the radial direction and with a piston bounding the working chamber in a first axial direction, wherein the cylinder and piston are arranged to be movable relative to one another, so that the piston Cylinder system has an open for aspiration and dispensing axial dosing L jossend Scheme and an axial working longitudinal end region closed by the piston.
  • Such pipetting devices are for example from the EP-A-1 745 851 or the EP-A-1 412 759 known. From these documents is also known to measure the pressure of the working fluid in order to draw conclusions about the proper course of a performed aspiration and / or dispensation can.
  • Pipetting devices of the type mentioned above are used for high-precision dosing of fluids, especially liquids, in laboratories and in industry.
  • the amount of absorbable, ie aspiratable dosing fluid is limited by the maximum possible change in the volume of the working space of the pipetting device.
  • the volume of the involvement of the piston with limited working space is changed to a greater extent than if the piston, as known from the prior art, an inner piston, which in the interior of the cylinder at the Cylinder inner wall is guided.
  • the difference in the working volume change at the same stroke of a pipetting device of the present invention in comparison with the prior art corresponds to the volume from the cross-sectional area of the cylinder wall multiplied by the stroke.
  • the working space is formed at least along an axial portion of the working space by a piston-cylinder system
  • a piston-cylinder system contributes to the formation of the working space.
  • pipetting tips and the like which likewise contribute to the volume of the working space in the case of their coupling, can be coupled to the piston-cylinder system.
  • the piston-cylinder system is limited by the piston in the first axial direction from the interior of the piston-cylinder system and is open in a second axial direction opposite to the first direction, so that in this second direction one by enlargement or reduction the working space caused pressure change in the working fluid can act on the dosing and this can thus be directed into the working space or out of this.
  • channel axis is usually a straight-line channel axis. However, it should not be excluded that the channel axis can also take a curvilinear course, if this should be necessary for special applications.
  • cylinder section is meant the axial section of the pipetting channel along which the cylinder extends.
  • the tightness required to operate the working space may be established between the piston and cylinder by confronting a radially outer surface of the cylinder in a working cylinder end region near the working longitudinal end region of the piston-cylinder system with a radially inner surface of the piston one of the two surfaces is provided a seal which on the other surface is applied to seal the piston and the cylinder against each other and thus the working space from the environment.
  • the piston may have a depression, which, based on the channel axis and when viewed in the mounted state, is limited in the radial direction by a piston skirt circulating around the channel axis, is limited in the first axial direction by a piston crown, and is open in a second axial direction opposite to the first axial direction.
  • piston skirt for reasons of particularly simple production is advantageously cylindrical.
  • the piston if injection-molded, can be provided with draft angles so that the piston skirt tapers or widens from its open longitudinal end to the piston crown.
  • the piston-cylinder system can then be easily configured with outer piston when the working cylinder end portion is received in the recess of the piston such that the piston and cylinder are movable relative to each other.
  • such a pressure sensor is usually coupled via a lateral opening in the cylinder wall to the working space.
  • the pressure is merely a preferred state variable of the working fluid, which is particularly easily detectable and meaningful with regard to the quality of a dosing process.
  • the pipetting device if the sensor is provided at the greatest possible distance from the actual location of the recording of the working fluid in the working space in order to avoid interaction between sensor and dosing fluid as much as possible, in particular mutual contamination or malfunction of the sensor. Therefore, to monitor the quality of a dosing with a pipetting a sensor is received on the piston, which is adapted to detect at least one state variable of the working fluid, preferably the pressure thereof.
  • the temperature and / or the density of the working fluid could be detected.
  • the outer bulb of the pipetting device according to the invention is formed with a depression, so that it can be provided for attachment of the sensor to the piston that a recess bounding the piston wall has an opening at which the sensor is provided for detecting the state variable.
  • a particularly functionally reliable and space-saving possibility for mounting the sensor on the piston is to close the opening in the piston wall with the sensor. Particularly preferred, because it saves a considerable amount of space, it is when the sensor forms part of a piston wall bounding the recess of the piston. In this case, not only the case is to be detected that the sensor forms an integral part of the piston wall, but also that case in which the sensor, optionally via a substrate or the like, is attached directly to the closing of the opening on the piston.
  • the senor can be arranged in the region of the piston crown, in particular form a part of the same.
  • the piston is formed at least in two parts, with a shell part which has at least one passage opening, and with a cover part which is connected to the shell part such that it closes the at least one passage opening on one side.
  • the shell part then forms with respect to the channel axis a radial wall of the piston-cylinder system formed using the piston, while the cover part forms an axially facing interface of the piston.
  • the senor can be arranged so as to save space so that it is traversed by the virtual channel axis.
  • At least one sensor for detecting a state variable of the working fluid can be provided on the cover part.
  • the sensor is arranged at a location which in the mounted state of the pipetting device is aligned axially with the passage opening in the casing part, ie is located radially within a boundary wall of the casing part for limiting the passage opening in an end region near the lid part.
  • a pipetting head with a plurality of working spaces, which are preferably arranged in the manner of a matrix.
  • a matrix is preferably a matrix applied in mutually orthogonal rows and columns.
  • the individual work spaces are usually formed separately from each other.
  • a quality check of dosing is particularly simple and thorough possible if each workspace is assigned a sensor for detecting a state variable of the working fluid.
  • the shell part can be designed as a perforated plate to form a plurality of outer pistons.
  • the thickness of the perforated plate can be oriented at the desired stroke of the outer bulb, so that the thickness of the shell part at least corresponds to the desired stroke of the outer bulb, optionally with the addition of safety distances for seals and collision avoidance.
  • a plurality of state-size sensors can be arranged on the cover part, preferably these are also arranged in a matrix, in accordance with the intended arrangement of outer bulb. It is particularly simple to arrange the state-size sensors on an end face of the cover part on the surface thereof, although it should not be ruled out that the cover part has depressions or even passage openings in which the state-size sensors are accommodated.
  • the at least one state variable sensor is connected via lines to a control and / or computer unit, which processes signals supplied by the state variable sensor.
  • FIG. 1 is an essential portion of a pipetting device according to the invention generally designated 10. It is a multi-pipetting head with 384 pipetting channels 12, which are arranged in an orthogonal matrix of 16 ⁇ 24 pipetting channels 12.
  • Each pipetting channel 12 runs along a channel axis K from a metering-side longitudinal end 14 of the pipetting device 10 to a working-side longitudinal end 16 thereof.
  • the starting point of the description of the pipetting device 10 according to the invention is a frame-fixed central support plate 18, on which metallic cylinders 20 are received via insulation elements 22 made of electrically insulating elastomer.
  • the cylinders 20, which are formed as a hollow cylinder, are thus stationary, ie machine frame fixed to the support plate 18 added.
  • the pipetting channels 12 are connected to a signal line connection 23, of which only one is shown for the sake of simplicity.
  • FIG. 1 located below the frame-fixed support plate 18 is a relative to this along the channel axes K movable Quetschplatte 24, which in a conventional manner, the coupling of in the FIGS. 1 to 4 not shown pipetting tips on coupling ends 26 of the pipetting device 10 allows.
  • a scraper plate 30 movable relative to the support plate 18 along the channel axes K ensures safe ejection of pipetting tips from the coupling ends 26 of the pipetting channels 12 and thus for decoupling of pipetting tips from the pipetting tips FIG. 1 illustrated multiple pipetting head.
  • the cylinders 20 are also surrounded by an elastomeric isolation element 32 in the crimp plate 24 for electrical isolation therefrom.
  • the isolation elements 32 are arranged in the Quetschplatte 24 with a radial distance from the cylinders 20 so as not to hinder a relative movement of the Quetschplatte 24 relative to the cylinders 20.
  • the pipetting channels 12 each have a crimp ring 34, which by an axial movement of the Quetschplatte 24 in the FIGS. 1 and 2 is compressed axially below mediation of the ferrules 28 and thereby radially expanded due to its transverse contraction properties, so that a pipette tip, depending on the configuration of their in the coupling state the squeezing ring 34 radially outwardly negative feedback geometry frictionally and / or positively at the coupling end 26 of the pipetting 12th can be held.
  • FIG. 1 provided on the support plate 18 relative to this longitudinal of the channel axes K movable a metering plate 36.
  • This metering plate 36 which is drivable relative to the carrier plate 18 in the direction of the channel axes K for movement via a partially shown movement drive mechanism 38, forms a plurality of outer pistons 40 which radially and axially externally surround a working cylinder longitudinal end 20a of the cylinder 20.
  • the outer pistons 40 formed by the metering plate 36 have a depression 42 into which the area of the working cylinder longitudinal end 20a of the cylinders 20 is received.
  • Each pipetting channel 12 thus comprises a working space 44, which is defined by the filled with working fluid volume of the recess 42 of the piston 40 and in the FIGS. 1 to 4 Not shown inner volume in the cavity of the cylinder 20 and thus at least until the metering cylinder end 20 b of the cylinder 20 is sufficient.
  • the working space still extends as far as the axial longitudinal ends of the pipetting channels 12, ie up to the openings of the coupling ends 26 and, in the case of coupled pipetting tips, even into the pipetting tips.
  • the portion of the working spaces 44 surrounded by the pistons 40 and the cylinders 20 is of particular interest.
  • the cylindrical inner wall of the piston 40 is formed by a cylindrical insulating member 46 from each other for the purpose of electrical insulation of pistons and cylinders.
  • the metering plate 36 is formed in several parts in the present example, namely by a shell part 54 which contains a plurality of through holes 56 and is thus configured as a perforated plate of predetermined thickness.
  • the shell part 54 is closed by a cover part 58 in a first direction E, wherein a sealing mat 60 with through-openings 62 is provided for sealing the working space 44 at the contact point between the cover part 58 and the shell part 56.
  • a pressure sensor 64 is arranged for each pipetting channel 12. These pressure sensors 64, of which in FIG. 4 only one is shown, close the through holes 62 of the sealing mat 60 and thus form part of the piston crown 66th
  • the pressure sensors 64 are connected via signal lines, not shown, to a computer unit for evaluating the signals supplied by the pressure sensors 64.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pipettiervorrichtung zur Aspiration und Dispensation eines Dosierfluids mit Hilfe eines von diesem verschiedenen Arbeitsfluids, wobei das Arbeitsfluid in einem Arbeitsraum mit veränderlichem Volumen aufgenommen ist, welcher sich längs einer Kanalachse erstreckt und bezogen auf die Kanalachse zumindest zumindest längs eines axialen Abschnitts desselben durch ein Kolben-Zylinder-System gebildet ist, mit einem den Arbeitsraum längs eines Zylinderabschnitts in radialer Richtung begrenzenden Zylinder und mit einem den Arbeitsraum in einer ersten axialen Richtung begrenzenden Kolben, wobei Zylinder und Kolben relativ zueinander beweglich angeordnet sind, so dass das Kolben-Zylinder-System einen zur Aspiration und Dispensation offenen axialen Dosier-Längsendbereich und einen durch den Kolben geschlossenen axialen Arbeits-Längsendbereich aufweist.
  • Derartige Pipettiervorrichtungen sind beispielsweise aus der EP-A-1 745 851 oder der EP-A-1 412 759 bekannt. Aus diesen Druckschriften ist überdies bekannt, den Druck des Arbeitsfluids zu messen, um hieraus Rückschlüsse über den ordnungsgemäßen Ablauf einer durchgeführten Aspiration oder/und Dispensation ziehen zu können.
  • Pipettiervorrichtungen der eingangs genannten Art dienen der hoch genauen Dosierung von Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, in Labors und in der Industrie.
  • Die Menge an aufnehmbarem, also aspirierbarem Dosierfluid ist dabei begrenzt durch die maximal mögliche Änderung des Volumens des Arbeitsraums der Pipettiervorrichtung.
  • Da in der Regel Pipettiervorrichtungen zur Anwendung kommen, bei welchen mehrere sogenannte "Pipettierkanäle", welche jeweils über einen Arbeitsraum verfügen, matrixartig zeilen- und spaltenweise angeordnet sind, sind die einen Pipettierkanal bildenden Komponenten miniaturisiert ausgebildet, so dass nicht nur die Arbeitsräume ein absolut gesehen kleines Volumen aufweisen, sondern auch die Relativbewegung von Kolben und Zylinder des Kolben-Zylinder-Systems lediglich eine kleine Arbeitsvolumenänderung ermöglicht, was das zu aspirierende und zu dispensierende Volumen an Dosierfluid nach oben begrenzt.
  • Die in den oben genannten Druckschriften des Standes der Technik offenbarten Drucksensoren, welche an jedem Pipettierkanal in der Regel seitlich vorgesehen sind, benötigen zusätzlich Bauraum, der zu Lasten des Kolben-Zylinder-Systems eingespart wird, was die maximal mögliche Arbeitsvolumenänderung weiter verringert.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pipettiervorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass mit ihr bei im Wesentlichen gleichem Relativbewegungsbereich zwischen Kolben und Zylinder eine größere Menge an Dosierfluid aufgenommen werden kann als dies bisher im Stand der Technik möglich ist.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Pipettiervorrichtung, bei welcher der Kolben als Außenkolben ausgebildet ist und im Arbeits-Längsendbereich des Kolben-Zylinder-Systems den Zylinder außen umgibt und auf dem kolben ein Sensor aufgenommen ist.
  • Durch die Ausgestaltung des Kolbens als Außenkolben wird bei gleichem Hub das Volumen des unter Beteiligung des Kolbens mit begrenzten Arbeitsraums in stärkerem Maße verändert, als wenn der Kolben, wie aus dem Stand der Technik bekannt, ein Innenkolben wäre, der im Inneren des Zylinders an der Zylinderinnenwand geführt ist. Der Unterschied der Arbeitsvolumenänderung bei gleichem Hub einer Pipettiervorrichtung der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik entspricht dabei dem Volumen aus der Querschnittsfläche der Zylinderwand multipliziert mit dem Hub.
  • Wenn in der vorliegenden Anmeldung ausgesagt ist, dass der Arbeitsraum zumindest längs eines axialen Abschnitts des Arbeitsraums durch ein Kolben-Zylinder-System gebildet ist, so soll dadurch lediglich angezeigt sein, dass ein Kolben-Zylinder-System zur Bildung des Arbeitsraums beiträgt. An das Kolben-Zylinder-System können, wie aus dem Stand der Technik bekannt, etwa Pipettierspitzen und dergleichen ankoppelbar sein, welche im Falle ihrer Ankopplung ebenfalls zum Volumen des Arbeitsraums beitragen.
  • Das Kolben-Zylinder-System ist ausgehend vom Inneren des Kolben-Zylinder-Systems in der ersten axialen Richtung durch den Kolben begrenzt und ist in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten axialen Richtung offen, so dass in dieser zweiten Richtung eine durch eine Vergrößerung oder Verkleinerung des Arbeitsraums bewirkte Druckänderung im Arbeitsfluid auf das Dosierfluid einwirken kann und dieses somit in den Arbeitsraum hinein oder aus diesem heraus geleitet werden kann.
  • Die genannte Kanalachse ist in der Regel eine geradlinige Kanalachse. Jedoch soll nicht ausgeschlossen sein, dass die Kanalachse auch einen krummlinigen Verlauf annehmen kann, wenn dies für Sonderanwendungen erforderlich sein sollte.
  • Mit "Zylinderabschnitt" ist der axiale Abschnitt des Pipettierkanals bezeichnet, längs welchem sich der Zylinder erstreckt.
  • Die zum Funktionieren des Arbeitsraums erforderliche Dichtigkeit kann zwischen Kolben und Zylinder dadurch hergestellt sein, dass einer radial äußeren Fläche des Zylinders in einem dem Arbeits-Längsendbereich des Kolben-Zylinder-Systems nahen Arbeits-Zylinderendbereich eine radial innere Fläche des Kolbens gegenüberliegt, wobei an wenigstens einer der beiden Flächen eine Dichtung vorgesehen ist, welche an der jeweils anderen Fläche anliegt, um den Kolben und den Zylinder gegeneinander und somit den Arbeitsraum gegen die Umgebung abzudichten.
  • Zur Aufnahme des Zylinders im Außenkolben kann der Kolben eine Vertiefung aufweisen, welche, bezogen auf die Kanalachse und bei Betrachtung im montierten Zustand, in radialer Richtung durch einen um die Kanalachse umlaufenden Kolbenmantel begrenzt ist, in der ersten axialen Richtung durch einen Kolbenboden begrenzt ist und in einer der ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axialen Richtung offen ist.
  • Dies führt zu einem Kolben mit topfförmiger Ausnehmung, wobei der Kolbenmantel aus Gründen besonders einfacher Fertigung vorteilhafterweise zylindrisch ausgebildet ist. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass der Kolben dann, wenn er spritzgusstechnisch hergestellt ist, mit Entformschrägen versehen sein kann, so dass sich der Kolbenmantel von seinem offenen Längsende zum Kolbenboden hin verjüngt oder aufweitet.
  • Um einen möglichst großen Kolbenhub realisieren zu können, ist es von Vorteil, die oben angesprochene Dichtung zur Abdichtung von Kolben und Zylinder gegeneinander am kolbenbodenfernen Längsendbereich des Kolbenmantels oder/und im Arbeits-Zylinderendbereich des Zylinders anzuordnen.
  • Das Kolben-Zylinder-System kann dann einfach mit Außenkolben ausgestaltet sein, wenn der Arbeits-Zylinderendbereich in der Vertiefung des Kolbens derart aufgenommen ist, dass Kolben und Zylinder relativ zueinander beweglich sind.
  • Dabei sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass es für das Funktionieren der erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung keine Rolle spielt, ob der Kolben maschinengestellfest und der Zylinder beweglich an der Pipettiervorrichtung vorgesehen ist oder umgekehrt, oder ob gegebenenfalls sogar sowohl Kolben als auch Zylinder relativ zu einem ortsfesten Gestell der Pipettiervorrichtung beweglich angeordnet sind.
  • Wie bereits oben im Zusammenhang mit dem Stand der Technik angedeutet wurde, ist es bekannt, den Druck des Arbeitsfluids im Arbeitsraum zu messen, um daraus Rückschlüsse auf die Qualität eines Dosiervorgangs zu ziehen.
  • Im Stand der Technik ist ein solcher Drucksensor in der Regel über eine seitliche Öffnung in der Zylinderwand an den Arbeitsraum angekoppelt.
  • Weiterhin ist der Druck lediglich eine bevorzugte Zustandsgröße des Arbeitsfluids, welche besonders leicht erfassbar und aussagekräftig hinsichtlich der Qualität eines Dosiervorgangs ist.
  • Weiterhin ist es für die Pipettiervorrichtung von Vorteil, wenn der Sensor in möglichst großer Entfernung vom tatsächlichen Ort der Aufnahme des Arbeitsfluids in den Arbeitsraum vorgesehen ist, um eine Wechselwirkung zwischen Sensor und Dosierfluid möglichst zu vermeiden, insbesondere eine wechselseitige Verschmutzung oder eine Funktionsstörung des Sensors. Daher ist zur Qualitätsüberwachung eines Dosiervorgangs mit einer Pipettiervorrichtung an dem Kolben ein Sensor aufgenommen, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Zustandsgröße des Arbeitsfluids, vorzugsweise dessen Druck, zu erfassen.
  • Als andere oder weitere Zustandsgrößen könnten beispielsweise die Temperatur oder/und die Dichte des Arbeitsfluids erfasst werden.
  • Wie oben bereits gesagt wurde, ist der Außenkolben der erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung mit einer Vertiefung ausgebildet, so dass zur Anbringung des Sensors am Kolben vorgesehen sein kann, dass eine die Vertiefung begrenzende Kolbenwandung eine Öffnung aufweist, an welcher der Sensor zur Erfassung der Zustandsgröße vorgesehen ist.
  • Eine besonders funktionssichere und platzsparende Möglichkeit zur Anbringung des Sensors am Kolben besteht darin, mit dem Sensor die Öffnung in der Kolbenwandung zu verschließen. Besonders bevorzugt, weil in erheblichem Maße platzsparend, ist es, wenn der Sensor einen Teil einer die Vertiefung des Kolbens begrenzenden Kolbenwandung bildet. Dabei soll nicht nur der Fall erfasst sein, dass der Sensor einen integralen Teil der Kolbenwandung bildet, sondern auch jener Fall, bei welchem der Sensor, gegebenenfalls über ein Substrat oder dergleichen, unmittelbar zum Verschließen der Öffnung an dem Kolben angebracht ist.
  • Besonders einfach und Platz sparend kann der Sensor im Bereich des Kolbenbodens angeordnet sein, insbesondere einen Teil desselben bilden. Hierzu kann konstruktiv vorgesehen sein, dass der Kolben wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, mit einem Hüllenteil, welches wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, und mit einem Deckelteil, welches derart mit dem Hüllenteil verbunden ist, dass es die wenigstens eine Durchgangsöffnung einseitig verschließt. Das Hüllenteil bildet dann bezogen auf die Kanalachse eine radiale Wandung des unter Verwendung des Kolbens gebildeten Kolben-Zylinder-Systems, während das Deckelteil eine in axialer Richtung weisende Grenzfläche des Kolbens bildet.
  • Ganz allgemein kann der Sensor Platz sparend derart angeordnet sein, dass er von der virtuellen Kanalachse durchsetzt ist.
  • In diesem Falle kann an dem Deckelteil wenigstens ein Sensor zur Erfassung einer Zustandsgröße des Arbeitsfluids vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Sensor an einer Stelle angeordnet, welche im montierten Zustand der Pipettiervorrichtung axial mit der Durchgangsöffnung im Hüllenteil fluchtet, also radial innerhalb einer Begrenzungswand des Hüllenteils zur Begrenzung der Durchgangsöffnung in einem dem Deckelteil nahen Endbereich gelegen ist. Mit einer derartigen Kombination aus Hüllenteil und Deckelteil lassen sich auch Außenkolben bilden, welche für Mehrfach-Pipettierköpfe geeignet sind, so dass mit einem Hüllenteil und einem Deckelteil eine Mehrzahl von Außenkolben gebildet sein können.
  • Zur Steigerung der Effektivität der hier beschriebenen Pipettiervorrichtung kann diese einen Pipettierkopf mit einer Mehrzahl von Arbeitsräumen aufweisen, welche vorzugsweise matrixartig angeordnet sind. Eine derartige Matrix ist vorzugsweise eine in zueinander orthogonalen Zeilen und Spalten angelegte Matrix. Die einzelnen Arbeitsräume sind dabei in der Regel gesondert voneinander ausgebildet.
  • In diesem Falle ist eine Qualitätsüberprüfung von Dosiervorgängen dann besonders einfach und gründlich möglich, wenn jedem Arbeitsraum ein Sensor zur Erfassung einer Zustandsgröße des Arbeitsfluids zugeordnet ist.
  • Wie oben bereits angedeutet, kann das Hüllenteil zur Ausbildung einer Mehrzahl von Außenkolben als Lochplatte ausgebildet sein. Dabei kann die Dicke der Lochplatte am gewünschten Hub des Außenkolbens orientiert sein, so dass die Dicke des Hüllenteils wenigstens dem gewünschten Hub des Außenkolbens, gegebenenfalls unter Zugabe von Sicherheitsstrecken für Dichtungen und zur Kollisionsvermeidung entspricht.
  • Dann kann an dem Deckelteil eine Mehrzahl von Zustandsgrößensensoren angeordnet sein, vorzugsweise sind diese ebenfalls matrixartig angeordnet, und zwar entsprechend der vorgesehenen Anordnung von Außenkolben. Besonders einfach sind die Zustandsgrößensensoren an einer Stirnseite des Deckelteils an dessen Oberfläche anzuordnen, wenngleich nicht ausgeschlossen sein soll, dass das Deckelteil Vertiefungen oder sogar Durchgangsöffnung aufweist, in welchen die Zustandsgrößensensoren aufgenommen sind.
  • Der wenigstens eine Zustandsgrößensensor ist über Leitungen mit einer Steuer- oder/und Rechnereinheit verbunden, welche vom Zustandsgrößensensor gelieferte Signale verarbeitet.
  • Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden. Es stellt dar:
    • Fig. 1
    einen Längsschnitt durch einen wesentlichen Teil einer erfindungs- gemäßen Pipettiervorrichtung,
    Fig. 2
    einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs II der Pipettiervorrich- tung von Figur 1,
    Fig. 3
    einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs III der Pipettiervorrich- tung von Figur 1 und Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt des Bereichs IV der Pipettiervorrich- tung von Figur 1.
  • In Figur 1 ist ein wesentlicher Abschnitt einer erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Es handelt sich dabei um einen Mehrfach-Pipettierkopf mit 384 Pipettierkanälen 12, welche in einer orthogonalen Matrix von 16 x 24 Pipettierkanälen 12 angeordnet sind.
  • Jeder Pipettierkanal 12 verläuft entlang einer Kanalachse K von einem dosierseitigen Längsende 14 der Pipettiervorrichtung 10 bis zu einem arbeitsseitigen Längsende 16 derselben.
  • Ausgangspunkt der Beschreibung der erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung 10 ist eine gestellfeste mittlere Trägerplatte 18, an welcher metallische Zylinder 20 über Isolationselemente 22 aus elektrisch isolierendem Elastomer aufgenommen sind. Die Zylinder 20, welche als Hohlzylinder ausgebildet sind, sind somit ortsfest, d.h. maschinengestellfest an der Trägerplatte 18 aufgenommen. Die elektrisch isolierenden Isolationselemente 22 dienen der Isolation der elektrisch leitfähigen Zylinder 20 von der ebenfalls elektrisch leitfähigen Trägerplatte 18, so dass für jeden Pipettierkanal 12 gesondert eine kapazitive Füllstandsmessung möglich ist (sogenannte "cLLD" = "capacitive Liquid Level Detection").
  • Zu dieser kapazitiven Füllstandsmessung sind die Pipettierkanäle 12 mit einem Signalleitungsanschluss 23 verbunden, von welchen der Einfachheit halber nur einer dargestellt ist.
  • In Figur 1 befindet sich unterhalb der gestellfesten Trägerplatte 18 eine relativ zu dieser längs der Kanalachsen K bewegliche Quetschplatte 24, welche in an sich bekannter Weise die Ankopplung von in den Figuren 1 bis 4 nicht dargestellten Pipettierspitzen an Kopplungsenden 26 der Pipettiervorrichtung 10 ermöglicht.
  • Eine relativ zur Trägerplatte 18 längs der Kanalachsen K bewegliche Abstreiferplatte 30 sorgt für ein sicheres Abwerfen von Pipettierspitzen von den Kopplungsenden 26 der Pipettierkanäle 12 und somit für eine Entkopplung von Pipettierspitzen von dem in Figur 1 dargestellten Mehrfachpipettierkopf.
  • Ähnlich wie in der Trägerplatte 18 sind die Zylinder 20 auch in der Quetschplatte 24 zur elektrischen Isolation von dieser durch ein elastomeres Isolationselement 32 umgeben. Im Gegensatz zur Trägerplatte 18 sind die Isolationselemente 32 in der Quetschplatte 24 jedoch mit radialem Abstand von den Zylindern 20 angeordnet, um eine Relativbewegung der Quetschplatte 24 relativ zu den Zylindern 20 nicht zu behindern.
  • Nahe der Kopplungsenden 26 weisen die Pipettierkanäle 12 jeweils einen Quetschring 34 auf, welcher durch eine axiale Bewegung der Quetschplatte 24 in den Figuren 1 und 2 nach unten unter Vermittlung der Quetschhülsen 28 axial gestaucht und aufgrund seiner Querkontraktionseigenschaften dadurch radial gedehnt wird, so dass eine Pipettierspitze, je nach Ausgestaltung ihrer im Ankopplungszustand den Quetschring 34 radial außen umgebenden Gegenkopplungsgeometrie, reib- oder/und formschlüssig an dem Kopplungsende 26 der Pipettierkanäle 12 gehalten werden kann.
  • Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, ist in Figur 1 über der Trägerplatte 18 relativ zu dieser Längs der Kanalachsen K beweglich eine Dosierplatte 36 vorgesehen. Diese Dosierplatte 36, welche über einen nur zum Teil dargestellten Bewegungsantriebsmechanismus 38 relativ zur Trägerplatte 18 in Richtung der Kanalachsen K zur Bewegung antreibbar ist, bildet eine Vielzahl von Außenkolben 40, welche ein Arbeits-Zylinderlängsende 20a der Zylinder 20 radial und axial außen umgeben.
  • Die durch die Dosierplatte 36 gebildeten Außenkolben 40 weisen eine Vertiefung 42 auf, in welche der Bereich des Arbeits-Zylinderlängsendes 20a der Zylinder 20 aufgenommen ist.
  • Jede Pipettierkanal 12 umfasst damit einen Arbeitsraum 44, welcher definiert wird durch das mit Arbeitsfluid gefüllte Volumen der Vertiefung 42 der Kolben 40 und dem in den Figuren 1 bis 4 nicht dargestellten Innenvolumen im Hohlraum der Zylinder 20 und somit wenigstens bis zum Dosier-Zylinderlängsende 20b der Zylinder 20 reicht. Tatsächlich reicht der Arbeitsraum noch bis zu den axialen Längsenden der Pipettierkanäle 12, d.h. bis zu den Öffnungen der Kopplungsenden 26 und, im Falle angekoppelter Pipettierspitzen, sogar von dort noch in die Pipettierspitzen hinein.
  • Für die vorliegende Erfindung ist jedoch der von den Kolben 40 und den Zylindern 20 umgebene Abschnitt der Arbeitsräume 44 von besonderem Interesse.
  • Die zylindrische Innenwandung der Kolben 40 ist zum Zwecke der elektrischen Isolation von Kolben und Zylindern voneinander durch ein zylindrisches Isolationselement 46 gebildet.
  • In dem in den Figuren 1 bis 4 gezeigten Beispiel ist an dem dem Kolbenboden 48 fernen Längsende 50 der Kolben 40 in jedem Kolben 40 eine um den Zylinder 20 umlaufende und an der Außenwand des Zylinders 20 dichtend anliegende Dichtung 52 vorgesehen, welche den Arbeitsraum 44 zwischen Kolben 40 und Zylinder 20 gegen die Außenumgebung abdichtet.
  • Die Dosierplatte 36 ist im vorliegenden Beispiel mehrteilig gebildet, nämlich durch ein Hüllenteil 54, welches eine Mehrzahl von Durchgangsöffnungen 56 enthält und somit als Lochplatte vorbestimmter Dicke ausgestaltet ist.
  • Ausgehend von dem Arbeitsraum 44 ist das Hüllenteil 54 in einer ersten Richtung E durch ein Deckelteil 58 verschlossen, wobei zur Abdichtung des Arbeitsraums 44 an der Berührstelle zwischen Deckelteil 58 und Hüllenteil 56 eine Dichtungsmatte 60 mit Durchgangsöffnungen 62 vorgesehen ist.
  • Im Deckelteil 58 sind, jeder Durchgangsbohrung 56 des Hüllenteils 54 zugeordnet, für jeden Pipettierkanal 12 ein Drucksensor 64 angeordnet. Diese Drucksensoren 64, von welchen in Figur 4 lediglich einer dargestellt ist, verschließen die Durchgangsöffnungen 62 der Dichtungsmatte 60 und bilden somit einen Teil des Kolbenbodens 66.
  • Die Drucksensoren 64 sind über nicht dargestellte Signalleitungen mit einer Rechnereinheit zur Auswertung der von den Drucksensoren 64 gelieferten Signalen verbunden.

Claims (14)

  1. Pipettiervorrichtung zur Aspiration und Dispensation eines Dosierfluids mit Hilfe eines von diesem verschiedenen Arbeitsfluids, wobei das Arbeitsfluid in einem Arbeitsraum mit veränderlichem Volumen aufgenommen ist, welcher sich längs einer Kanalachse erstreckt und bezogen auf die Kanalachse zumindest längs eines axialen Abschnitts desselben durch ein Kolben-Zylinder-System gebildet ist, mit einem den Arbeitsraum längs eines Zylinderabschnitts in radialer Richtung begrenzenden Zylinder und mit einem den Arbeitsraum in einer ersten axialen Richtung begrenzenden Kolben,
    wobei Zylinder und Kolben relativ zueinander beweglich angeordnet sind, so dass das Kolben-Zylinder-System einen zur Aspiration und Dispensation offenen axialen Dosier-Längsendbereich und einen durch den Kolben geschlossenen axialen Arbeits-Längsendbereich aufweist, wobei der Kolben als Außenkolben ausgebildet ist und im Arbeits-Längsendbereich des Kolben-Zylinder-Systems den Zylinder außen umgibt,
    dadurch gekennzeichnet, dass an dem Kolben ein Sensor aufgenommen ist, welcher dazu ausgebildet ist, wenigstens eine Zustandsgröße des Arbeitsfluids, vorzugsweise dessen Druck, zu erfassen.
  2. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass einer radial äußeren Fläche des Zylinders in einem dem Arbeits-Längsendbereich des Kolben-Zylinder-Systems nahen Arbeits-Zylinderendbereich eine radial innere Fläche des Kolbens gegenüberliegt, wobei an wenigstens einer der beiden Flächen eine Dichtung vorgesehen ist, welche an der jeweils anderen Fläche anliegt, um den Kolben und den Zylinder gegeneinander abzudichten.
  3. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben eine Vertiefung aufweist, welche, bezogen auf die Kanalachse und bei Betrachtung im montierten Zustand, in radialer Richtung durch einen um die Kanalachse umlaufenden Kolbenmantel begrenzt ist, in der ersten axialen Richtung durch einen Kolbenboden begrenzt ist und in einer der ersten axialen Richtung entgegengesetzten zweiten axialen Richtung offen ist.
  4. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeits-Zylinderendbereich in der Vertiefung des Kolbens relativ beweglich aufgenommen ist.
  5. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4,
    dadurch gekennzeichnet, dass eine die Vertiefung begrenzende Kolbenwandung eine Öffnung aufweist, an welcher der Sensor zur Erfassung der Zustandsgröße vorgesehen ist.
  6. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor die Öffnung verschließt.
  7. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor einen Teil einer die Vertiefung des Kolbens begrenzenden Kolbenwandung bildet.
  8. Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor im Bereich des Kolbenbodens angeordnet ist oder einen Teil desselben bildet.
  9. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 8, unter Einbeziehung des Anspruchs 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben wenigstens zweiteilig ausgebildet ist, mit einem Hüllenteil, welches wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, und mit einem Deckelteil, welches derart mit dem Hüllenteil verbunden ist, dass es die wenigstens eine Durchgangsöffnung einseitig verschließt.
  10. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass an dem Deckelteil wenigstens ein Sensor zur Erfassung einer Zustandsgröße des Arbeitsfluids vorgesehen ist, vorzugsweise an einer Stelle, welche im montierten Zustand der Vorrichtung axial mit der Durchgangsöffnung fluchtet.
  11. Pipettiervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Pipettierkopf mit einer Mehrzahl von Arbeitsräumen aufweist, welche vorzugsweise matrixartig angeordnet sind.
  12. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 11,
    dadurch gekennzeichnet, dass jedem Arbeitsraum ein Sensor zur Erfassung einer Zustandsgröße des Arbeitsfluids zugeordnet ist.
  13. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, unter Einbeziehung des Anspruchs 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllenteil eine Lochplatte ist.
  14. Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, unter Einbeziehung des Anspruchs 9,
    dadurch gekennzeichnet, dass an dem Deckelteil, vorzugsweise an einer Stirnseite desselben, eine Mehrzahl von Zustandsgrößensensoren, vorzugsweise matrixartig, angeordnet sind.
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