EP3450020B1 - Microdosing device for dosing minute fluid samples - Google Patents

Microdosing device for dosing minute fluid samples Download PDF

Info

Publication number
EP3450020B1
EP3450020B1 EP17189074.2A EP17189074A EP3450020B1 EP 3450020 B1 EP3450020 B1 EP 3450020B1 EP 17189074 A EP17189074 A EP 17189074A EP 3450020 B1 EP3450020 B1 EP 3450020B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
microdosing
fluid
displacement element
chamber
actuator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP17189074.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3450020A1 (en
Inventor
Boris Von Beichmann
Peter Molitor
Uwe Dunker
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eppendorf SE filed Critical Eppendorf SE
Priority to EP17189074.2A priority Critical patent/EP3450020B1/en
Priority to PCT/EP2018/073471 priority patent/WO2019043159A1/en
Publication of EP3450020A1 publication Critical patent/EP3450020A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3450020B1 publication Critical patent/EP3450020B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241Drop counters; Drop formers
    • B01L3/0268Drop counters; Drop formers using pulse dispensing or spraying, eg. inkjet type, piezo actuated ejection of droplets from capillaries
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02Burettes; Pipettes
    • B01L3/021Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
    • B01L3/0217Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0605Metering of fluids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/06Fluid handling related problems
    • B01L2200/0689Sealing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2400/00Moving or stopping fluids
    • B01L2400/04Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0475Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure
    • B01L2400/0478Moving fluids with specific forces or mechanical means specific mechanical means and fluid pressure pistons

Definitions

  • the invention relates to a microdosing device for the dosed delivery and / or intake of fluid samples in the microvolume range and a pipetting device provided with such a microdosing device.
  • Pipetting devices are hand-held or automated laboratory devices commonly used in medical, biological, biochemical, chemical, and other laboratories. They are used in the laboratory for precise dosing as well as the transport of fluid samples with small volumes and the transfer of such volumes between different sample containers.
  • pipetting devices e.g. liquid samples are sucked into pipette containers, e.g. pipette tips, by means of negative pressure, stored there, and released again at the destination.
  • the hand-held pipetting devices include, for example, hand-held pipettes and repeater pipettes, the latter also being referred to as dispensers.
  • a pipette is understood to mean a device in which a sample to be pipetted can be sucked into a pipetting container, in particular a pipette tip, detachably connected to the pipette by means of a movement device which is assigned to the device and which can in particular have a piston.
  • the piston is assigned to the device and between the sample to be pipetted and the end of the piston there is an air cushion as a pressure-transmitting fluid which, when the sample is taken up in the pipetting container, is under a vacuum through which the sample is sucked into the pipetting container and / or is held in the pipetting container.
  • a dispenser is understood to mean a device in which, by means of a movement device, which can in particular have a piston, a volume of a liquid fluid to be pipetted can be sucked into a pipetting container connected to the dispenser, in particular a dispenser tip designed according to the syringe principle, wherein the Movement device is at least partially assigned to the pipetting container by, for example, the piston being arranged in the pipetting container.
  • the dispenser With the dispenser, the end of the piston is very close to the fluid sample to be pipetted or in contact with it, which is why the Dispenser also known as positive displacement pipette.
  • Pipetting devices with a displacement element designed as a piston are also referred to as piston-operated pipettes.
  • Pipette tips or dispenser tips consist in particular of plastic and can be thrown away as disposable items after use or replaced with a fresh pipette tip or dispenser tip. But they can also consist of metal or glass or have such a material. Pipette tips or dispenser tips are available in different sizes for dosing in different volume ranges.
  • the amount of sample released by a single actuation can correspond to the amount of sample sucked into the device.
  • a quantity of sample received corresponding to several dispensing quantities is dispensed again in steps.
  • single-channel pipetting devices and multi-channel pipetting devices with single-channel pipetting devices containing only a single delivery / receiving channel and multi-channel pipetting devices containing multiple delivery / receiving channels, which in particular allow the parallel delivery or collection of multiple samples.
  • Examples of hand-held, electronic pipetting devices or pipettes are the Eppendorf Xplorer® and the Eppendorf Xplorer® plus from Eppendorf AG, Germany, Hamburg;
  • Examples of hand-held, electronic dispensers are the Multipette® E3 and Multipette® E3x from Eppendorf AG, Germany, Hamburg.
  • These devices like the pipetting device according to the present invention, are electrically operated in that the pipetting movable part, in particular the piston, is moved by an electric motor device of the pipetting device.
  • An example of an automatic pipetting machine is the Eppendorf epMotion®.
  • Pipetting devices are used for dosing and thus the precise measurement of liquid volumes.
  • dosing very small amounts of liquid with the help of a Piston-operated pipette can considerably increase the systematic and random errors in dosing. Details on the usual procedure for error determination and for the dosing of small volumes, especially through wall dispensing in the container, can be found in DIN EN ISO 8655.
  • dispensing according to the free jet method in which the fluid sample is a jet or free droplet - also referred to as a jet - Leaves the pipetting container, the smallest volumes between 0.1 ⁇ l and 1.0 ⁇ l, in the present case preferably summarized under the term "micro-volumes”, can no longer be dosed sufficiently safely with conventional pipetting devices.
  • the US9221046B2 describes a pipette which has a cylinder piston segmented in the longitudinal direction with segments of different diameters and a piston with differently dimensioned closure elements correspondingly distributed in the longitudinal direction. Due to the different diameters, larger volumes and smaller volumes can be precisely dispensed or absorbed. By means of a suitable configuration, a drop adhering to the outlet opening is released suddenly by "blowout" from this pipette.
  • the EP0119573A1 describes a dispenser for dispensing microdrops of a laboratory sample.
  • a sample chamber formed as an elastic tube with a nearby outlet opening has an elastic section which is compressed by the actuation of an electromagnetically driven anchor bolt. The resulting pressure wave acts in the direction of the outlet opening and causes a micro-drop to be ejected.
  • the EP0876219B1 describes a pipetting apparatus which has a dispenser tip and, connected to this via a fluid channel, a piston displacer provided with a valve, by means of which larger volumes can be pipetted through the pipette tip, i.e. can be sucked in and dispensed.
  • a pulse generator is arranged between the pipette tip and the piston displacer which exerts a pulse on the liquid in the fluid channel in order to eject a small drop of a defined size from the pipette tip.
  • the pulse generator can be an electromagnetic actuator or a piezo element or can have an ultrasound or heat source.
  • the EP1206966B1 describes a pipetting apparatus for the optional dispensing of larger volumes or the smallest of volumes for life science.
  • a cylinder-piston closure that can be moved by means of a spindle drive is provided with a pulse generator, here a piezo element, in a piston chamber.
  • the pulse generator is arranged as part of the cylinder piston between the cylinder piston closure and the piston rod. Drops in the submicroliter range are precisely dosed by the piezo-controlled, abrupt stop of the piston.
  • the EP1654068B1 describes a microdosing device with an elastically deformable fluid line which connects a liquid reservoir to an outlet opening of the fluid line.
  • a displacer driven by a piezo actuator is arranged along a section of the fluid line, the longitudinal position and the stroke of which defines the volume of liquid to be dispensed when pressed onto the fluid line. This leaves the outlet opening as a free-flying droplet or as a free-flying jet.
  • the WO2013167594A1 describes a dispensing arrangement for dispensing laboratory samples, with a piston displacer serving as a liquid reservoir for dispensing and receiving liquid by means of a piston movement.
  • a tapered outlet area of the piston chamber can be excited by a pulse generator, which can be driven piezoelectrically, pneumatically, electromagnetically or by means of ultrasound. Taking into account the liquid meniscus at the outlet opening measured by means of a sensor, a drop with the desired volume is detached from the outlet opening by means of a pulse.
  • the WO 99/37400 A1 describes a metering device for the nanoliter to microliter range with a pressure chamber which is delimited by a displacer, which can be filled via an inlet connected to a liquid reservoir and which can be emptied via an outlet, the liquid volume released in the free jet via the voltage-controlled deflection of the displacer is dosed by a piezo actuator.
  • The also uses a similar dispenser WO 99/10099 A1 .
  • the DE 197 37 173 B4 describes how to manufacture such a free-jet dispenser as a microsystem-technical dispensing element.
  • EP 1 488 106 B1 describes a dosing module with a dosing chamber, actuator and actuator membrane that strikes a chamber wall to generate a free jet.
  • the WO 2006 / 018617A1 describes a device for the dosed delivery of a drug from a pre-filled cartridge to a patient with the aid of a closure element of the cartridge, which moves within the cartridge with the aid of a shape memory material actuator arranged on the closure element and a locking pawl and thus effects a step-by-step dose delivery to the patient.
  • the object of the present invention is to provide an efficiently designed microdosing device for the precise generation of a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet.
  • the invention is based in particular on the results of measurements on microdosing devices with actuators made of a shape memory alloy, which show that even with very compact shape memory material actuators, a sample can be dispensed very precisely and efficiently using the free jet principle.
  • Shape memory alloys show a special behavior due to a phase transition, which is known as the shape memory effect. Below a material-specific critical temperature, a SMA component is particularly in the martensite phase and can (apparently) be plastically deformed by low forces. When heated to a further critical temperature, however, the original component shape is restored within milliseconds, and the material then behaves like an ordinary metal in accordance with Hook's law.
  • the inventors found that such shape memory material components are particularly suitable for generating a microfluid free jet due to the force-deflection characteristics that can be implemented with these components. Preferred configurations of a shape memory material actuator are described below.
  • a microdosing chamber is understood to mean a chamber whose chamber volume - at least in the first position - is in the microliter range (V_mikro), particularly preferably in the V_mikro range of less than 2 ⁇ l, in particular V_mikro less than 1 ⁇ l.
  • the chamber volume can correspond to the volume displaced by a displacement element, but the latter can also be smaller than the chamber volume.
  • a microdosing chamber preferably has an interior space with a maximum volume of less than 10 ⁇ l, particularly preferably less than 3 ⁇ l, particularly preferably less than 2 ⁇ l and more preferably less than 1.5 ⁇ l.
  • the maximum volume is preferably at least 50 nl (nanoliters), at least 100 nl or at least 150 nl, or at least 200 nl.
  • the maximum volume can be measured in the first position of the displacement element, or can correspond to or be derived from the structural-geometric height, measured parallel to the direction between the first and second position, of the interior of the microdosing chamber.
  • a microdosing chamber is particularly suitable for generating a microfludijet, also referred to here as a microfree jet.
  • a micro free jet is a fluid volume in the microliter range or submicroliter range that leaves the outlet opening of a fluid channel or pipetting container as a jet or free drop - also referred to as a jet.
  • the dosage is determined very precisely by using the stop device to stop the deflection of the displacement element in the first and / or the second position and is also resistant and permanently reliable, since the stop device is realized by solid components.
  • Preferred configurations of a microdosing chamber and a stop device are described below.
  • the invention accordingly relates in particular to a microdosing device for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet by abruptly displacing a predetermined microvolume, which is achieved by a stop device and / or a shape memory material actuator.
  • the micro-volume displaced by means of the micro-metering chamber through the deflection between the first and second position is preferably in the sub-microliter range, that is to say less than 1 ⁇ l. Accordingly, the fluid volume of the microdosing volume dispensed by the microdosing device is in the submicroliter range.
  • the microdosing volume generated as a free jet by a microdosing device preferably corresponds essentially to the microvolume displaced by a displacement element, in particular the microdosing volume is identical to the microvolume displaced by a displacement element. In the case of a microdosing device which has more than one microdosing device, its displacement elements In particular, displacing different volumes, e.g.
  • the combined microdosing volume generated by the microdosing device in the form of a free jet preferably essentially corresponds to the sum of the several micro-volumes displaced by the several displacement elements, e.g. the sum of the first and second micro-volumes.
  • a combined microdosing volume can therefore also be greater than 1 ⁇ l and is preferably in the range from 0.1 ⁇ l to 5.0 ⁇ l, in particular 0.1 ⁇ l to 2.5 ⁇ l, in particular 0.1 ⁇ l to 1.5 ⁇ l .
  • An actuator of the microdosing device is a shape memory material actuator.
  • actuators are used for the actuation which at least partially or completely consist of or have a shape memory alloy (SMA). These are called shape memory material actuators or SMA actuators.
  • SMA actuators have a particularly high energy density, so that even very compact actuators are suitable for driving the microdosing devices defined here.
  • the required voltage sources are compact, so that the present microdosing devices are particularly suitable for the construction of portable dosing devices, in particular pipetting devices and microdosing devices.
  • the shape memory material actuator preferably has or consists of a NiTi alloy.
  • a NiTi alloy also known under the trade name Nitinol
  • Nitinol is particularly biocompatible. It enables changes in shape of up to 8% in particular, which means that microdosing chambers are also efficiently incorporated can generate displaced microvolumes in the microliter range and in the submicroliter range.
  • the shape memory material actuator particularly preferably has an alloy based on TiNiCu. Compared to conventional NiTi, this is particularly fatigue-resistant and therefore guarantees, in particular, a high level of reliability of the microdosing device over its entire service life.
  • the phase transition or switching temperatures of the material can be determined using dynamic differential calorimetry (DSC), see Figure 18 .
  • phase transition that is important for actuation appears as a peak.
  • the diagram shows that the temperature must be increased to at least 67 ° C to switch a NiTi actuator; to reset the temperature, the temperature must again be reduced to a maximum of 50 ° C.
  • Film-based SMA actuators are preferably used.
  • the SMA is in the form of a film which has a thickness between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m, in particular between 10 and 30 ⁇ m, in particular approx. 20 ⁇ m. This enables the forces and travel ranges to be set by adapting the two-dimensional geometry.
  • the surface area which is very large in relation to the volume, is retained and ensures rapid heat dissipation or resetting of the SMA actuator in the de-energized state.
  • An SMA actuator is preferably designed in an elongated form, in particular in the form of a wire or web, and in particular made of an SMA film. The ends of the SMA actuator are electrically contacted.
  • a SMA actuator is preferably arranged in the microdosing device in such a way that the load on the SMA actuator is essentially a tensile load.
  • An elongated SMA actuator can be arranged in a curved geometry in the non-activated form. The activated shape can have a less curved shape or a straight alignment, in particular the elongated SMA actuator can have a shorter length in the activated, straight shape than in the non-activated, more strongly curved shape.
  • the SMA actuator is preferably arranged so that the radius of curvature is always at least 50 times corresponds to the diameter perpendicular to the longitudinal direction of the elongated actuator in order to reduce the risk of damage to the SMA actuator.
  • the diameter or the required web width of a web-shaped SMA actuator is preferably adapted to the actuating force required to implement the desired micro-metering device. Force-deflection characteristics of SMA actuators can be determined using a tensile testing machine.
  • the SMA actuator can in particular also be shaped as a spring, in particular a helical, spiral or spiral spring. Such a spring can be relaxed in the first position and tensioned in the second position.
  • a microdosing device has an SMA actuator which is set up to deflect at least two displacement elements.
  • the at least two displacement elements can be mechanically connected to one another or optionally connectable.
  • the microdosing device can have a coupling device by means of which the optional coupling of at least one actuator with one or more displacement elements from one or more microdosing devices can take place, in particular depending on an activation by an electrical control device of the microdosing device.
  • a single actuator, or a combination of several actuators can, in particular by means of the coupling device, optionally deflect one or more displacement elements synchronously, i.e. according to a predetermined time pattern and / or in time coordination, in particular simultaneously.
  • the stroke i.e.
  • the difference in the distance between the first and second position, of at least two displacement elements from at least one microdosing device can be the same or can be different, in particular in that an elastically deformable coupling element, e.g. a spring, is arranged between the actuator and the displacement element.
  • the stroke of a displacement element of a microdosing device is preferably between 5 ⁇ m and 500 ⁇ m, in particular between 50 ⁇ m and 200 ⁇ m, in particular between 75 ⁇ m and 125 ⁇ m, and is in particular constant.
  • the microdosing device can have more than one actuator, in particular at least two actuators, which are arranged to deflect the displacement element are.
  • two SMA actuators can be used to effect the displacement of the displacement element from the first to the second position.
  • the microdosing device and / or the microdosing device preferably has an actuator device.
  • This preferably has one or more actuators, in particular SMA actuators, in particular exactly two actuators or more than two actuators, in particular SMA actuators.
  • two elongated, in particular web-shaped, preferably film-based SMA actuators are arranged crossing one another, that is to say cross-shaped or X-shaped, above a displacement element.
  • the crossing point of the SMA actuators is preferably arranged centrally above a support section of the displacement element, the ends of the SMA actuators are anchored on a base body of the microdosing device.
  • the SMA actuators are preferably tensioned above the support point in such a way that the intersection each forms a point of curvature of the SMA actuator.
  • This as in the Figures 9a, 9b and 9c is shown by way of example, a shell-like area of the actuator arrangement is formed, through which the actuator arrangement is centered above the support point and generates a precisely downward force along the linear direction of movement between the first and second position, which results in a correspondingly precise deflection.
  • SMA actuators can be coupled by a connecting link.
  • the deflection of the actuators is thereby further synchronized and the force vector of the actuator device formed in this way is influenced.
  • a connecting link can be provided at the intersection; this aligns the force vector that acts vertically downward when the SMA actuators contract, and the SMA actuators are held in position at the intersection.
  • the connecting member can also be designed in such a way that the SMA actuators do not contact one another mechanically and, in particular, are electrically isolated from one another by the connecting member.
  • An actuator device can have a first actuator, in particular an SMA actuator, which is set up to exert a first force in a first direction and can in particular have a second actuator, in particular SMA actuator, which is set up to exert a second force in a second direction.
  • the first and second forces can be the same. But they can also be different.
  • the first and second directions can be the same, but can also be different. In this way, an actuator device can be designed flexibly.
  • the first direction can be the direction from the first to the second position
  • the second direction can be the opposite direction, from the second to the first position.
  • the resetting of the displacement element from the second to the first position can also be generated by a second SMA actuator after the deflection from the first to the second position has taken place by a first SMA actuator.
  • the actuator device preferably has at least one coupling element in order to connect the at least one actuator, in particular SMA actuator, to a base body.
  • the displacement element is arranged in particular so as to be movable with respect to the base body.
  • An SMA actuator can be connected to the base body by one or more connecting devices.
  • an SMA actuator can be materially connected, in particular soldered, to the base body or to a component attached to the base body, e.g. a circuit board.
  • An SMA actuator is preferably electrically isolated from the base body and preferably from other SMA actuators and other parts, while its ends are preferably connected or connectable to a voltage source.
  • An actuator device can have a transmission or a mechanism which is driven by the actuator, in particular an SMA actuator, and which drives one or more displacement elements.
  • a transmission, in particular a step-up or step-down, of the actuator deflection caused by the actuator can be generated in order to effect the desired deflection of the displacement element from the first to the second position.
  • a variation of the stroke can also be implemented in this way, in that the actuator deflection is optionally transferred differently to the deflection of the displacement element becomes.
  • the stop device with which the deflection of the displacement element is stopped can in particular be part of the mechanism.
  • the microdosing device preferably has a stop device which is designed to stop the deflection of the displacement element.
  • the stop device is assigned a first stop of the microdosing device, against which the displacement element hits in the first position, and / or a second stop, against which the displacement element hits in the second position.
  • the stop can in each case be an area of a base body of the microdosing device. If a linear movement of the displacement element is referred to as a movement from top to bottom, the direction designations “up” and “down” are sufficiently defined with reference to a single microdosing device.
  • a stop can be formed by an area of the bottom of a microdosing chamber, which is preferably defined by a shape of the base body, or can be formed by a projection, a flange, or a section on the microdosing chamber, which is preferably defined in each case by a shape of the base body and / or is defined by a component attached to the base body, in particular a stop element.
  • the first and / or the second position is precisely defined by the stop, in particular without the need for a high degree of precision in the deflection of the actuator, as long as at least the stroke can be generated by the actuator. This concept is particularly, but not exclusively, a very efficient approach to solving the problem on which the patent is based when using SMA actuators.
  • the positions of the first and second stops are preferably invariable in relation to one another and / or in relation to the base body. In this way, a precisely working microdosing device with a constant stroke can be efficiently provided or manufactured.
  • the stop device can have at least one stop with a variable stop position, so that the first and / or second position can be variable due to the variable position of at least one stop.
  • a stop element can be provided on a base body of the microdosing device, whose stop surface is variable in its position with respect to the base body.
  • the stop element can in particular have a thread in order to be screw-like countersunk and extendable in the base body, or can have a rotatable eccentric which, depending on the rotational position, offers a different stop height and thus a different stroke.
  • the variable stop element can be designed to be automatically adjustable by a drive and can in particular be controllable by means of an electrical control device. However, it can also be adjusted manually.
  • the microdosing device or a microdosing device preferably has a base body.
  • the base body is preferably formed integrally, but can also be formed in several parts. It is preferably made of metal, plastic or ceramic, or has such materials.
  • the manufacturing method of the microdosing device provides, in particular, that the manufacturing takes place by a primary molding method, in particular a casting method, so that the base body or its components is preferably formed or cast by a primary molding method.
  • the base body forms at least one microdosing chamber.
  • the base body can have a first part which forms at least one fluid chamber. A second part of the base body can be provided in order to be connected to the first part.
  • the second part can in particular have at least one guide section or guide channel in order to guide the displacement element during the deflection and to align it with a perpendicular longitudinal direction of the microdosing chamber.
  • a membrane can be arranged between the first and second part, in particular fastened, in particular fastened by clamping between the first and second part.
  • the membrane can in particular seal the fluid chamber and / or can in particular serve as a restoring element for restoring the displacement element from the second to the first position.
  • the second part can in particular be set up as a carrier for the actuator device or the one or more actuators, which can in particular be anchored to the second part.
  • the first and / or the second part can each have the first and / or the second stop with which the first and second positions are defined.
  • the displacement element is in particular a piston-like part.
  • the shape of the displacement element is preferably adapted to its deflection with the aid of a guide device.
  • the displacement element can be cylindrical or have one or more cylindrical sections. However, it can also have a differently shaped cross-section, measured to the longitudinal axis through the microdosing device, in particular an ellipsoidal, triangular, rectangular, square or polygonal cross-section.
  • the surface of the displacement element that possibly contacts a membrane or a bottom surface of the fluid chamber and abuts this downward can have rounded edges to prevent damage to the membrane, and a damping element can be arranged on the displacement element to dampen the shock if necessary.
  • the displacement element is particularly solid, in contrast to the optionally provided deformable membrane.
  • the displacement element must not be confused with the membrane that is preferably provided.
  • the solid construction makes it possible to implement the stop device for stopping the displacement element precisely and reliably over the long term.
  • the displacement element is preferably made of metal, but it can also be made of a plastic or a composite material.
  • a microdosing chamber has an interior that is designed to at least partially accommodate the displacement element.
  • the interior space is formed in particular by at least one wall section of a base body, but can also be formed by an insert element which is inserted into the base body or is attached there.
  • the interior space can be shaped like a cylinder or can have a rectangular or square cross section perpendicular to the axis of the deflection.
  • At least one wall of the microdosing chamber can be designed as part of a guide device which guides the displacement element during the deflection.
  • the microdosing device preferably has a guide device which guides the displacement element during the deflection.
  • At least one stop can be formed by a wall section of the microdosing chamber.
  • the fluid chamber can be a microdosing chamber, but it can also be a larger fluid chamber with a maximum internal space in the range in particular from 5 ⁇ l to 1000 ⁇ l.
  • the fluid chamber can be assigned to a pipetting device or a dispenser for dosing larger volumes in the range in particular from 5 ⁇ l to 1000 ⁇ l.
  • the microdosing device can in particular be integrated into such a pipetting device or a dispenser for dosing larger volumes, in that the displacement element is installed in particular in a wall of the fluid chamber or in a piston element or a fluid channel that makes fluid contact with the fluid chamber, and in particular the displacement element creates a microvolume by deflecting it displaced abruptly in the fluid chamber.
  • a larger fluid chamber does not have to differ from a micro-dosing chamber.
  • preferred configurations of the micro-metering chamber can also be transferred to a macro-metering chamber.
  • the fluid chamber has in particular an engagement opening for engagement of the displacement element, which during the deflection extends through the engagement opening into the fluid chamber.
  • the engagement opening preferably has a cross section perpendicular to the direction of deflection which corresponds to the dimensions, in particular the diameter, and / or the shape of the displacement element.
  • the engagement opening of an essentially cylinder-like displacement element can also be cylindrical.
  • the microdosing device preferably has a sealing device by which the engagement opening is sealed fluid-tight and / or by which the interior of the fluid chamber or the microdosing chamber is sealed fluid-tight, in particular in every position of the displacement element relative to the base body.
  • the sealing device can have at least one sealing element, in particular an elastic seal, or a membrane, as described below.
  • essentially the entire interior of the microdosing chamber is displaced and reduced to zero.
  • C is different from zero.
  • the sealing device preferably includes a membrane which is elastically deformable and which seals the engagement opening and which is arranged between the interior of the fluid chamber and the displacement element.
  • the microdosing device preferably has a membrane. This membrane is provided in addition to the displacement element.
  • the microdosing device preferably has a resetting element which is elastically deformable and which is tensioned by the deflection and with which a resetting force can be exerted on the displacement element in order to reset it after the deflection from the second position to the first position.
  • the membrane serving as a sealing element can also be the restoring element of the microdosing device.
  • the restoring element can be a spring which is arranged between the base body and the displacement element.
  • the resetting element can be an actuator which is controlled in particular by the electrical control device.
  • an elastically deformable component can also be arranged as a drive element of the deflection, which is tensioned by the actuator.
  • a membrane serving as a sealing element and / or as a restoring element is preferably made of polydimethylsiloxane (PDMS), in particular flexible or highly flexible PDMS or silicone, or has such a material.
  • the thickness of the membrane is preferably between 50 ⁇ m and 500 ⁇ m, preferably between 100 ⁇ m and 300 ⁇ m, preferably between 150 ⁇ m and 250 ⁇ m, and preferably about 200 ⁇ m.
  • the microdosing device preferably has a closable bypass channel which, in the open state, connects the interior of the fluid chamber to the exterior, in particular the environment.
  • the bypass channel is used in particular to ventilate the fluid chamber or to equalize the pressure of the fluid channel that is fluidically connected or optionally connectable to the bypass channel.
  • the microdosing device is set up for repeated delivery of a microdosing volume of a fluid sample and for this purpose preferably has at least one valve.
  • the microdosing device preferably has a shuttle valve.
  • a shuttle valve is preferably provided, which is designed in particular as a slide valve.
  • One or more valves, in particular controllable valves and / or one-way valves, can also be provided.
  • the interior of the microdosing chamber is optionally connected by the shuttle valve to the outlet opening of the fluid channel or to the bypass channel which is fluidically connected to the exterior.
  • a microdosing device is also set up to receive a fluid sample in that the fluid sample is sucked in by resetting the displacement element from the second position to the first position, in particular either in the fluid channel or - via another channel - in the fluid chamber .
  • the microdosing device is preferably designed as a pipetting device with which a fluid sample can be sucked in and dispensed via the fluid channel.
  • the suction can be carried out by a (conventional) piston element of a hand-held piston stroke pipette or a dispenser.
  • the microdosing device is preferably designed so that the displacement element selectively sucks in or displaces a microvolume of a fluid.
  • the microdosing device is preferably designed according to the air cushion principle, and the fluid chamber is filled with the fluid “air”.
  • the microdosing device can, however, also be designed according to the positive displacement principle, the fluid chamber being filled with a liquid or viscous substance, the microvolume of which is displaced by deflection.
  • a pipetting device for the metered uptake and dispensing of fluid samples preferably has: a piston chamber, a movable piston arranged in the piston chamber for sucking in a fluid into the piston chamber and for dispensing the fluid from the piston chamber, a pipetting channel that connects the piston chamber with the outer space the piston chamber connects, and a microdosing device according to the invention, the fluid channel of which can be connected to the piston chamber and / or the pipetting channel, so that a microdosing volume of a fluid sample can be metered by the pipetting device by means of the microdosing device and delivered to the outside space in the form of a microfluid jet via the pipetting channel.
  • the invention further relates to a pipetting device with at least one microdosing device according to the invention for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet, having a fluid chamber, a fluid channel which connects the interior of the fluid chamber with an outer space and which serves to accommodate the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element , which is set up to deflect between a first position and a second position and to displace a micro-volume of the fluid chamber, wherein the microdosing device has a shape memory material actuator which is arranged to deflect the displacement element, and wherein the microdosing device is set up so that the Displacement of the micro-volume from the fluid chamber causes the micro-dosing volume to be dispensed in the form of a micro-free jet into the outer space, the pipetting device having a piston drive, in particular an electric one hen motor, and a piston driven by this piston drive, which forms the displacement element, the fluid chamber forming
  • the shape memory material actuator is preferably arranged between the piston serving as a displacement element and the piston drive, that is to say in particular the electric motor.
  • the pipetting device preferably has a drive spindle driven by the piston drive, and in particular a piston coupling.
  • the shape memory material actuator is preferably arranged between the end of the drive spindle and the piston coupling, in particular floating or movable, or above (in the logical drive chain) the coupling between the piston and spindle, in particular floating or movable.
  • the piston can have a first piston section which faces the fluid channel and which works as the displacement element, in addition, in particular a second piston part, in particular a second piston section, which is driven by the piston drive, in particular the electric motor, the shape memory material actuator preferably is arranged between the first piston section and the second piston part so that the second piston part serves as an abutment when the shape memory material actuator is actuated and deflects the first piston section with respect to the second piston part in order to dispense the microdosing volume.
  • a pipetting device can be operated on the one hand in a conventional manner, i.e. by means of a piston drive, for dispensing larger volumes, in particular larger than 1 ⁇ l, e.g. up to several 10 ⁇ l or up to 1 ml, and on the other hand for dispensing microdosing volumes.
  • this shape memory material actuator or several of these shape memory material actuators can be used to implement a piston drive, in particular in the case of a pipetting device designed as a dispenser, so that the movement of the (conventional) piston is carried out by one or more shape memory material actuators.
  • the invention further relates to microdosing device for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet, having a fluid chamber, a fluid channel that connects the interior of the fluid chamber with an outer space and that serves to accommodate the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element that is used for deflection between a first position and a second position and is set up to displace a micro volume of the fluid chamber, wherein the microdosing device has a shape memory material actuator which is arranged to deflect the displacement element, and wherein the microdosing device is set up so that by displacing the microvolume from the fluid chamber the delivery of the microdosing volume is effected in the form of a micro-free jet into the outer space, the displacement element being at least partially or completely formed by this shape memory material actuator.
  • microdosing device A typical use of the microdosing device is in the dosing of biological, biochemical, chemical or medical fluid samples in a laboratory.
  • a microdosing device for generating a combined microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet has: at least a first and a second microdosing device, each of which is in particular a microdosing device according to the invention, the first microdosing device having a first fluid chamber and a first displacement element that is used to displace one first microvolume of the first fluid chamber is set up, and wherein the second microdosing device has a second fluid chamber and a second displacement element that is set up to displace a second microvolume of the second fluid chamber, a fluid channel that the interior of the first and second fluid chamber connects to an outer space and which serves to receive the microdosing volume of a fluid sample, wherein the microdosing device has an actuator device which is set up for the synchronized deflection of the first and the second displacement element, and wherein the microdosing device is set up so that the synchronized displacement of the first and second microvolume from the first and second
  • the microdosing device can be part of another device, in particular a pipetting device.
  • the microdosing device can furthermore be set up as a pipette device which is set up in particular for sucking in a fluid sample from the outer space, for example from an external liquid container, into the fluid channel or into a pipetting container connected to it.
  • the microdosing device or the microdosing device or the pipetting device, which has a microdosing device, or an external device has an electrical control device in order to control the actuator or the SMA actuator. In particular, it is an internal control device if it is not arranged in an external device.
  • the microdosing device preferably has an electrical voltage source, in particular a battery, in order to supply the actuator or the SMA actuator with energy. Alternatively or additionally, an interface for connecting an external voltage source is provided.
  • An external device or external part is not part of the microdosing device and can in particular be or can be connected to the microdosing device by a connecting device, for example a cable.
  • the control device is set up to control the actuator in order to effect the displacement of the displacement element from the first position into the second position. In addition or as an alternative, it can also be set up to cause the displacement element to be deflected from the second position into the first position.
  • the control device is preferably set up so that the actuator exerts a force on the displacement element which moves the displacement element from the first position into the second position, in particular accelerates it.
  • the actuator is preferably controlled by the control device in such a way that the actuator exerts a force exerts on the displacement element even after the displacement element has reached the second position, in particular by striking a second stop of a stop device.
  • the displacement element accelerates until it reaches the second position, is stopped abruptly there and a force is applied in the second position, in particular for a predetermined period of time, a shock or shock-like displacement of the fluid in the fluid chamber is generated.
  • the microfree jet is generated reliably and with the desired microdosing volume.
  • the microdosing device can have an elastically deformable drive element, in particular a spring, which is tensioned by the actuator, in particular is elastically compressed or expanded, and which, through its relaxation, exerts the force on the displacement element that moves the displacement element from the first position into the second Position moved.
  • the displacement element can be releasably fixed, in particular locked, in the second position by a fixing device.
  • a release device can be provided in order to release the fixation so that the drive element carries out the deflection.
  • the control device is set up to control the deflection of an SMA actuator from the first to the second position.
  • the SMA actuator is electrically contacted, in particular at a first contact point and a second contact point, in order to have a current flowing through it when an electrical voltage is applied between the two contact points, which heats the SMA actuator in order to use the shape memory effect (FGE) To cause deflection.
  • the control device is set up in particular to specify the time profile and the amplitude of the voltage applied to the SMA actuator.
  • the control device is set up to activate the SMA actuator with a very short voltage or current pulse.
  • the time span is 1 ms to 100 ms, preferably a few 10 milliseconds (ms), preferably 10 ms to 100 ms, in particular about 10 ms.
  • the control device is preferably set up to control the SMA actuator, in particular after a period of activation, to be controlled by a pulse width modulation. This is done in particular in such a way that the effective voltage is throttled to such an extent that the switching position or the mechanical tension of the SMA actuator can just be maintained.
  • the control device has in particular an electronic data processing device, in particular a CPU or a microprocessor.
  • the control device can be program-controlled, in particular by means of program parameters, which determine the point in time and / or type of deflection of the displacement element of the microdosing device.
  • program parameters which determine the point in time and / or type of deflection of the displacement element of the microdosing device.
  • the microdosing device or the microdosing device or the pipetting device, which has a microdosing device, or an external device, preferably has a user interface device with which a user controls the electrical control device, in particular by using the program parameters that are used to control the microdosing device, in particular that generate control signals influenced by user inputs or, in the case of an analog electronic control, it triggers the delivery or intake of the desired microdosing volume and the generation of the control signals that activate and / or deactivate the actuator.
  • the user interface device can each have one or more electrical switches, buttons and / or sensors, and can have output devices, e.g. displays, in particular a display.
  • the control device can have at least one electrical interface with which control signals can be exchanged, in particular can be exchanged with an external device.
  • the control device can be set up to be controlled by an external device, so that the control device, and thus the microdosing device or microdosing device, can be controlled by an external device by means of the electrical interface.
  • the control device can in particular be used as a control interface between the control device of an external device and be formed at least one microdosing device or a microdosing device.
  • the control interface can have an electrical circuit in order to apply voltage to at least one actuator of the at least one microdosing device as a function of a control signal.
  • the control signal can be generated by an internal control device or an external control device.
  • the voltage supply for at least one actuator from at least one microdosing device can be integrated into the control device or can be implemented via the at least one electrical interface.
  • the electrical interface can be designed to send and / or receive electrical signals, in particular data.
  • the signal exchange can take place via a wired or wireless connection device.
  • an internal control device can be or is temporarily connected to the device, in particular the pipetting device, via an electrical interface by means of a connecting device, this device is referred to as an external device.
  • the external device can be a pipetting device, in particular a portable, hand-held pipetting device or a hand-held pipette or a hand-held dispenser. If the microdosing device is integrated in a beeper device, the pipetting device is not referred to as an external device.
  • the microdosing device or a microdosing device can be a stand-alone or autonomously operating device that can basically be operated without the intermediation of an external device.
  • the microdosing device or a microdosing device can, however, also be designed as a module of an external device.
  • the module is characterized in that it is operated or can be operated — in particular exclusively — as a function of the external device, in that in particular a control device of the external device controls the deflection of at least one displacement element of at least one microdosing device.
  • a microdosing device preferably has a constant stroke of the displacement element which is defined by the difference between the first and second positions. In particular, the stroke is not varied by changing the voltage that is applied to an actuator, in particular an SMA actuator. Rather is the control device is preferably set up to always control the actuator with the same voltage or to always execute the same stroke of the displacement element.
  • An SMA actuator is particularly suitable for performing a constant stroke.
  • the microdosing device works particularly precisely thanks to the constant stroke.
  • microdosing device with more than one microdosing device
  • several microdosing devices with a constant stroke generate a combined microdosing volume.
  • This can be varied by controlling different combinations of microdosing devices each with a constant stroke, the height of the constant stroke and / or the microvolume displaced by the constant stroke depending on the individual microdosing device.
  • the constant stroke results in a constant, displaced micro-volume of the microdosing device for each microdosing device.
  • the combined micro-dispensing volume generated overall can be varied on the basis of the different possible combinations of displaced, constant individual volumes of the microdosing devices. This summation takes place in particular in that, in a microdosing device with more than one microdosing device, the respectively displaced microvolume is output into a common fluid channel, so that it leads in particular to a combined or summed microvolume there.
  • a microdosing device preferably has a plurality of microdosing devices with a constant stroke, each of which displaces a different microvolume, in particular at least two of the microvolumes 0.1 ⁇ l, 0.2 ⁇ l, 0.4 ⁇ l and 0.8 ⁇ l.
  • a microdosing device preferably has several microdosing devices with a constant stroke, each of which displaces a different microvolume, in particular at least two of the microvolumes 0.05 ⁇ l, 0.1 ⁇ l, 0.15 ⁇ l, 0.2 ⁇ l, 0.25 ⁇ l, 0, 3 ⁇ l, 0.35 ⁇ l, 0.4 ⁇ l, 0.45 ⁇ l, 0.5 ⁇ l, 0.55 ⁇ l, 0.6 ⁇ l, 0.65 ⁇ l, 0.7 ⁇ l, 0.75 ⁇ l, 0.8 ⁇ l, 0.85 ⁇ l, 0.9 ⁇ l and 0.95 ⁇ l, 1.0 ⁇ l is also a possible value.
  • the Figures 1a to 8b each show an exemplary microdosing device according to the invention, either in the first position P1 (each figure “a”) or in the second position P2 (each figure “b”) of the displacement element.
  • the Figures 11a to 13 show how such a microdosing device can be integrated into a pipetting device or a microdosing device.
  • Figure 1a shows, in the first position P1, and Figure 1b in the second position P2 of the displacement element 13, the microdosing device 10, which is set up here as a positive displacement device.
  • Figure 2a shows, in the first position P1, and Figure 2b in the second position P2 of the displacement element 23, the microdosing device 20, which is set up according to the air cushion principle.
  • the microdosing device 10 or 20 is used to generate a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet 99.
  • the microdosing device has a fluid chamber designed as a microdosing chamber 11 or 21, a fluid channel 12 or 22, which connects the interior of the microdosing chamber with an outside space and which is used to receive the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element 13 or 23, which is set up to deflect between the first position P1 and the second position P2 and to displace a microvolume of the microdosing chamber.
  • the microdosing device 10 or 20 has a stop device 14a, 14b or 24a, 24b, which is set up to stop the deflection of the displacement element, and an actuator 15 or 25, which is arranged to deflect the displacement element.
  • the stop device has a first stop 14a or 24a, which is formed on a projection of the base body 16 or 26 of the microdosing device.
  • the first position P1 is structurally predetermined by the first stop.
  • the stop device also has a second stop 14b or 24b, which is formed by a bottom section of the base body 16 or 26 of the microdosing device.
  • the second position P2 is structurally predetermined by the second stop.
  • the linear movement of the displacement element is limited by the two stops to the area between P1 and P2. In particular, that will Displacement element stopped abruptly by striking the second stop.
  • the actuator is operated in particular in such a way that the displacement element is pressed against the second stop, at least for a short period of time.
  • the microdosing device is set up so that by displacing the microvolume from the microdosing chamber, the microdosing volume 99 is released in the form of a microdosing into the outside space.
  • the fluid chamber is set up in particular as a microdosing chamber: the one in Fig. 1a present maximum internal volume of the fluid chamber is 2 ⁇ l or less. In Figure 1b the internal volume is reduced to zero: the fluid chamber is here essentially completely occupied by the displacement element.
  • the fluid chamber is preferably that portion of a structurally predetermined space of the base body that is occupied by the fluid to be displaced (eg air or liquid) in the first position of the displacement element.
  • the upper edge region of the fluid chamber which is provided with the reference numeral 11 'and in which the displacement element engages during the movement from the first to the second position, is therefore referred to as the engagement opening 11' of the fluid chamber.
  • the microdosing devices shown in the other figures have the engagement openings 21 ', 31', 41 ', 51', 61 ', 71'.
  • the components of the microdosing device 10 or 20 are arranged essentially within the base body 16 or 26 of the microdosing device, in particular in the first and second position of the displacement element or in its first or second position (not shown). As a result, a modular design of the microdosing device can advantageously be implemented.
  • Microdosing volume 99 of a liquid laboratory sample, e.g. an aqueous solution or suspension, to be generated as a free jet, is contained in position P1 in the fluid chamber 11 according to the positive displacement principle and is released from the fluid chamber in a jolt-like manner through the actuation of the actuator 15 as a free jet through the fluid channel 12 .
  • a liquid laboratory sample e.g. an aqueous solution or suspension
  • the microdosing volume 99 of a liquid laboratory sample, for example an aqueous solution or suspension, to be generated as a free jet is contained in the pipetting container 98.
  • a liquid laboratory sample for example an aqueous solution or suspension
  • the microdosing volume 99 of a liquid laboratory sample for example an aqueous solution or suspension
  • the pipetting container 98 According to the air cushion principle, an amount of air is contained in the fluid chamber 21 in the fluid chamber 21 in the position P1, which air is discharged from the fluid chamber through the fluid channel 22 in a jolting manner through the actuation of the actuator 25.
  • a corresponding micro-volume is displaced by the micro-air jet penetrating into the interior of the pipetting container, so that the microdosing volume 99 is pushed out of the pipetting container as a free jet.
  • microdosing devices described below can be designed either as positive displacement devices or according to the air cushion principle, without this being expressly mentioned in each case.
  • Fig. 3a shows a microdosing device 30 for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet (99), having a fluid chamber 31, a fluid channel 32 which connects the interior of the fluid chamber with an outer space and which serves to receive the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element 33, which is set up to deflect between a first position P1 and a second position P2 and to displace a micro-volume of the fluid chamber.
  • a microdosing device 30 for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet (99), having a fluid chamber 31, a fluid channel 32 which connects the interior of the fluid chamber with an outer space and which serves to receive the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element 33, which is set up to deflect between a first position P1 and a second position P2 and to displace a micro-volume of the fluid chamber.
  • the microdosing device 30 has a shape memory material actuator 35, which is arranged to deflect the displacement element, and is set up so that the displacement of the microdosing volume from the fluid chamber causes the microdosing volume in the form of a microfree jet 99 to be released into the outside space.
  • the functionality of the microdosing device in Figures 3a, 3b corresponds to that in Figures 1a, 1b : the displacement element is stopped abruptly by the second stop 34b and the free jet is generated. This is favored by the way the shape memory material actuator 35 works:
  • the shape memory material actuator 35 is firmly connected to the base body 36 by means of a connecting device, in particular by means of a coupling element 38, e.g. a clamp, in particular a first end of the shape memory material actuator is connected to the base body at a first connection point and a second end is connected to the shape memory material -Actuator connected to the base body at a second connection point.
  • the displacement element 33 lies in Fig. 3a on the first (upper) stop - this can be achieved by a return element, a second actuator or a holding device, in particular a locking device (not shown in each case).
  • the shape memory material actuator 35 rests on a support section 33 a of the displacement element 33.
  • the shape memory material actuator 35 can be wire-shaped or web-shaped, and in this case is preferably supported by a guide device, for example a U-shaped section 85a '(cf. Figure 9c ) guided on the displacement element. It could also be fixed or held captive on the support section, for example by being guided through an opening in the support section. Alternatively, other arrangements of an actuator device can be implemented, which have already been or will be described above.
  • a contraction of the shape memory material actuator 35 leads to the displacement element 33 being moved from the first to the second position in a very short time, that is to say in a pulse-like manner.
  • the shape memory material actuator is an alloy based on TiNiCu, which is even more fatigue-resistant than conventional NiTi and thus offers advantageous long-term stability and reliability of the shape memory material actuator.
  • the phase transition or switching temperatures of the material are determined by means of dynamic differential calorimetry (DSC), see diagram of Fig. 18 . In this measurement, the phase transition that is important for actuation appears as a peak. The diagram shows that the temperature of the actuator must be increased to at least 67 ° C in order to switch the actuator; to reset the temperature, the temperature must again be reduced to a maximum of 50 ° C.
  • the shape memory material actuator is particularly in the martensite phase and can (apparently) be plastically deformed by low forces.
  • the shape memory material actuator is in the in Fig. 3a shown first position of the displacement element.
  • the shape memory material actuator can in particular be arranged in the first position in such a way that it is under mechanical tension. But he can also be relaxed.
  • the critical temperatures of the shape memory material actuator can be set in that an electric current I flows through the shape memory material actuator.
  • a voltage supply 88 is provided with which a circuit leading through the shape memory material actuator can be closed optionally for heating ( Figure 3b ) or lets open the shape memory material actuator to cool down ( Fig. 3a ).
  • the shape memory material actuator 35 is preferably not only arranged in the first position but also in the second position of the displacement element so as to be deflected, in particular curved, with respect to a linear orientation.
  • the original component shape of the shape memory material actuator corresponds to a straight line.
  • the shape memory material actuator is under mechanical tension in the second position, which is expressed as a downward force component in the direction of the deflection arrow A.
  • the displacement element 33 is also pressed downwards against the second stop 34b in the second position, at least for a certain period of time.
  • the components of the microdosing device 16 and 26 are arranged essentially within the base body 36 of the microdosing device, in particular in the second position of the displacement element. In the first position, the displacement element 33 protrudes from an opening of a space framed by the base body.
  • Figure 4a shows a microdosing device 40, which essentially corresponds to the microdosing device 30, but which does not have a stop device. Instead, the shape memory material actuator 45 is suddenly transferred into the martensite phase by the flow of current - and thus promoting the formation of the free jet 99 - in which the shape memory material actuator has a linear arrangement.
  • the displacement element 43 has holding elements 43a with which the displacement element 43 is held immovably on the shape memory material actuator 45 at least in the vertical direction, that is to say along the direction of the deflection A. This clearly defines the second position of the displacement element, which further promotes the formation of the free jet 99.
  • the first position can be defined by the maximum length of the shape memory material actuator anchored on the base body, or by the maximum length of one or more cable elements (not shown) that are anchored on the base body and are arranged on the displacement element in such a way that it is in the first position against the force of a return element (not shown in Figure 4a , but in Figure 5a ) is held on the base body 46.
  • a resetting element another resetting device can be implemented in which a further shape memory material actuator (not shown) can be provided which, in its martensite phase, has a shape similar to that in FIG Fig. 3a having shown actuator.
  • a holding device for releasably holding the displacement element in the first position can be provided (not shown), in particular a releasable locking device, so that the displacement element can be transferred into the first position and in particular locked in place by means of the further shape memory material actuator (not shown), with to move the displacement element into the second position, the locking is released and the displacement element is actuated by means of the shape memory material actuator 45.
  • the locking can be released in an electronically controlled manner by means of the control device which is preferably provided.
  • Figure 5a shows a microdosing device 50, which essentially corresponds to the microdosing device 30, and which may or may not have a stop device.
  • the microdosing device 50 has a restoring element 57, here a spring 57, which in the first position between the base body 56 and Displacement element is clamped and compressed, and thereby presses the displacement element 53, in particular against its gravitational force, upwards into the clearly defined first position. This can be defined upwards by a stop or some other holding device (not shown).
  • the displacement element 53 By heating the shape memory material actuator 55 above the upper critical temperature, the displacement element 53 is suddenly actuated, the deflection force along direction A being greater than the restoring force of the spring 57 pointing in the opposite direction B, so that the spring 57 compresses further is, the displacement element is suddenly transferred to the second position and the free jet 99 is emitted.
  • the shape memory material actuator 55 After the shape memory material actuator 55 has cooled to the lower critical temperature, the shape memory material actuator leaves the martensite phase, the restoring force of the spring 57 dominates and pushes the displacement element back into the first position.
  • Figure 6a shows a microdosing device 60, which essentially corresponds to the microdosing device 30 or 50, and which has a stop device with a movable second stop 64b, against which a projection 63a of the displacement element 63 strikes.
  • the micro-volume of the fluid chamber can be adjusted in that the second position P2 is variable.
  • the preferred principle of the remains unchanged Figure 1a, 3a and 5a that the displacement element is deflected by means of an actuator and is suddenly stopped by the second stop.
  • a first stop which defines the first position could alternatively (not shown) have a variably adjustable vertical position
  • the second stop then, as in FIG Figure 5a shown as a stop 54b, could hit a bottom portion of the fluid chamber 61 in the second position.
  • FIG. 7a shows a microdosing device 70, which essentially corresponds to the microdosing device 50, and which additionally has a membrane 79, which instead of a spring (like the spring 57 in FIG Figure 5a ) serves as a restoring element 77, which returns the displacement element 73 from the second position to the first position.
  • the Membrane 79 serves at the same time as a sealing element, that is to say as part of a sealing device through which the engagement opening 71 'is sealed in a fluid-tight manner.
  • the sealing device prevents the liquid sample 99, which is initially arranged in a pipetting container 98 here, from reaching the area of the base body in which the displacement element and the actuator are arranged. This reduces the wear and tear on the moving parts.
  • the microdosing device 70 has a stop device 74b, which is designed here as an upper edge 74b of the base body 76, against which a projection 73a of the displacement element strikes in the second position.
  • the stop device is designed such that the forces acting when the displacement element is stopped are preferably predominantly, in particular completely, absorbed by the base body 76. In contrast, these forces are predominantly, in particular completely, not transmitted to the membrane 79, in that the lower surface 73b of the displacement element predominantly, in particular completely, avoids hitting the membrane. In this way, damage to the membrane is avoided and the operation of the metering device is permanently reliable.
  • FIG. 8 shows a microdosing device 80, the aspects of the microdosing devices in FIG Figure 3a and 7a implements.
  • the microdosing device 80 is used to generate a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet (99), and has a fluid chamber 81, a fluid channel 82, which connects the interior of the fluid chamber with an outer space and which serves to receive the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element 83, which is set up to deflect between a first position P1 and a second position P2 and to displace a microvolume of the fluid chamber.
  • the microdosing device has a shape memory material actuator 85, which is arranged to deflect the displacement element, and is set up so that the displacement of the microdosing volume from the fluid chamber causes the microdosing volume to be dispensed in the form of a microfree jet into the outside space.
  • the fluid chamber is designed as a microdosing chamber which, for example, can have a maximum internal volume of the fluid chamber of less than 2 ⁇ l, with the displaced micro volume being in particular between 0.1 ⁇ l and 1 ⁇ l.
  • the microdosing device 80 of Figure 8a has a base body 86, within which the components of the microdosing device are arranged.
  • the base body 86 has a first part 86a and a second part 86b, which are preferably each formed integrally, in particular each manufactured by an original molding process. It is also preferred that the first part 86a and / or the second part 86b consist of at least two further parts which are joined together to form the microdosing device.
  • the base body 86 has a second part 86b, which forms the fluid chamber 81 and which here forms at least one fluid channel, in this case the fluid channel 82.
  • the fluid channel 82 can be fluidically connected to a pipetting container (not shown) in such a way that a microdosing volume contained in the pipetting container is a Liquid sample can be emitted as a free jet according to the air cushion principle from the air microvolume suddenly displaced from the fluid chamber 81.
  • the microdosing device 80 has a stop device 84a, 84b which is set up to stop the deflection of the displacement element when it is moved from the first in the direction of the second position.
  • the stop device has a first, upper, stop 84a, which is designed as a projection of the base body 86, and a second, lower, stop 84b, which is also designed as a projection of the base body 86.
  • a projection 83a of the displacement element strikes the stop 84b of the base body in the second position, and an upper section of the displacement element strikes the stop 84a in the first position.
  • the membrane When it hits the second position, the membrane can contact the lower surface of the chamber, but is mainly mechanically relieved, since the forces acting in the direction of stop A are mainly, preferably completely, absorbed by the stop 84b.
  • the base body 86 has a first part 86a, which serves as a guide device in the form of a guide channel for the displacement element 83, which is essentially cylindrical here.
  • the stop device is formed by the first part 86a, in particular both the first - upper - stop 84a and the second - lower - stop 84b.
  • the displacement element 83 strikes when it is deflected out of the first part the second position in direction A, or analogously in the opposite direction B, to a lesser extent - or not - on the second part 86b, so that a lower - or no - force on the second part 86b compared to striking the displacement element on the second stop 84b second part 86b is exercised.
  • the bottom section of the displacement element 83 or the bottom section of the fluid chamber does not serve, or not primarily, as a stop.
  • the microdosing device 80 in particular the displacement element 83 or its length, is preferably set up in such a way that the displacement element guides the membrane 89 during the movement into the second position against the bottom section of the fluid chamber 81.
  • the greater part of the pulse-shaped deflection force A is absorbed by striking the second stop 84b.
  • the microdosing device 80 of Figure 8a has a membrane 89, which - analogously to the membrane 79 - serves as a restoring element 77 and which returns the displacement element 83 from the second position to the first position as soon as the restoring force exceeds the deflection force of the shape memory material actuator 85.
  • the membrane 79 serves at the same time as a sealing element, that is to say as a component of a sealing device, through which the engagement opening 81 'is sealed in a fluid-tight manner.
  • the fluid chamber 81 is designed as a microdosing chamber, which is formed as a cylindrical chamber with radius R, which can be or is connected to the pipetting container, e.g. a pipette tip, via an outlet opening of the fluid channel 82 on the underside.
  • the fluid chamber 81 is closed off by the membrane 89, as a result of which the shape memory material actuator never comes into contact with the fluid inside the chamber (media separation).
  • a ball is inserted between the plunger and the actuator which centers itself under the X-shaped, pocket-like curved actuator device 85.
  • the Figures 9a and 9b show the actuator device 85 which is arranged in an X-shape and has a pocket-like design
  • FIG Figure 9a the first position is shown in which the The displacement element is held in the first position by the restoring element 87, that is to say the membrane 89
  • FIG Figure 9b the second position is shown in which the actuator device 85 has been activated and the displacement element has been pushed against the second stop.
  • the actuator device 85 has two shape memory material actuators based on a NiCuTi alloy, namely two elongated, bar-shaped shape memory material actuators produced on the basis of sputtered film, which cross one another, i.e.
  • the ends of the shape memory material actuators are on the base body 86 of the microdosing device 80 at the two coupling points 88 ( Figure 9a ) anchored.
  • the shape memory material actuators are tensioned above the support point in such a way that the intersection point 85a in each case forms a point of curvature of the shape memory material actuator.
  • This, as in the Figures 9a, 9b and 9c is shown by way of example, a shell-like area of the actuator device is formed, through which the actuator device centers itself above the support point and generates a precisely downward force along the linear direction of movement between the first and second position, which results in a correspondingly precise deflection.
  • the two shape memory material actuators can be coupled by a connector (not shown). While in Figures 9a to 9c the displacement element 83 'is made up of cuboid sections, the displacement element 83 in FIG Figures 8a and 8b cylindrical sections, as well as a ball as a support surface for the actuator device 85.
  • the membrane 89 consists of highly flexible PDMS with a thickness of 200 ⁇ m and is already deflected in advance when the shape memory material actuators are de-energized. This is desired in order to apply sufficient force to reset the actuator device.
  • the membrane is deflected by the displacement element by the stroke.
  • the stroke is predetermined by the mechanical stops 84a, 84b of the guide of the displacement element and is 100 ⁇ m here.
  • a stop device with adjustable stops can also be implemented, as in FIG Figure 6a shown, which allows an adjustment of the dispensing volume.
  • the membrane 89 deflected by the displacement element forms a truncated cone.
  • the actuator device is actuated, the height of the truncated cone increases by 100 ⁇ m, and the flanks of the truncated cone become steeper.
  • the displaced volume results from the difference in volume between the cylindrical space, reduced by the volume of the two truncated cones, which forms the fluid chamber 81.
  • the mechanical behavior of the module consisting of microdosing chamber 81, membrane 89 and displacement element 83 can be examined by means of a compression test in a tensile testing machine.
  • the displacement element is slowly pressed into the microdosing chamber until the lower stop 84b is reached, the deflection and the force being recorded.
  • the membrane 89 is pretensioned, a certain minimum force is already required in order to release the displacement element from the upper stop 84a.
  • the force increases continuously. After reaching the lower stop 84b, an increase in the force does not lead to any further deflection of the membrane.
  • a typical characteristic curve for a 0.1 ⁇ l microdosing chamber is in Figure 17 shown.
  • the actuator device is designed in such a way that it can fully deflect the diaphragm when power is supplied, while in the de-energized state it is returned to the upper stop 84a by the pretensioned diaphragm.
  • the actuators of the actuator device 85 are, for example, each applied in pairs to a carrier plate with integrated conductor tracks and are electrically contacted, see FIG Figures 9a, 9b .
  • the electrical control of the shape memory material actuators takes place via an electrical control device which is set up to apply a voltage simultaneously to both shape memory material actuators and to apply these synchronously to contract.
  • both actuators are connected to a power source via a three-wire cable.
  • a middle wire serves as a common ground electrode.
  • the actuators are activated during operation with a very short voltage or current pulse that lasts a few 10 ms, and then the effective voltage is throttled by pulse width modulation to such an extent that the switching position of the shape memory material actuators can be kept straight.
  • the supply voltage is set to 4 V, the duration of the initial voltage pulse to 10 ms, and the pulse width modulation, for example, to a duty cycle of 1/128.
  • the actual switching time is determined, for example, by observing the actuator (or the ball below) with a high-speed camera.
  • a shape memory material actuator needs less than 2 ms to cover the stroke.
  • the force-deflection characteristics of the actuators can be determined using a tensile testing machine. Examples for the coordination of micro-dispensing chambers with displaceable micro-volumes of 0.1 ⁇ l ( Fig. 19 ) and 0.4 ⁇ l (the pair of curves in Fig. 20 in lighter color) and 0.8 ⁇ l (the pair of curves in Fig. 20 in darker color) and actuator are in the Figures 19 and 20 shown.
  • the force-deflection characteristic curve is shown in the cold (lower curve beginning on the left) and in the heated state (upper curve beginning on the left).
  • the equilibrium points of the actuator in the de-energized and switched state result from the intersection of the actuator characteristics with the micro-metering chamber characteristic. Since the switching forces required to deflect the membrane are about three times as great for the larger chambers as for the smallest chamber, actuators of different web widths are used.
  • Figures 11a, 11b and 11c each show a schematic side view of a pipetting device 100 with a connected microdosing device according to the invention.
  • the pipetting device 100 designed according to the invention is used for the dosed uptake and delivery of fluid samples, in particular microdosing volumes 99. It has a conventional pipetting device 101 (not shown), hereinafter referred to as a pipetting device for better differentiation, which has a piston chamber and one in the Arranged piston chamber, movable piston for sucking a fluid into the piston chamber and for dispensing the fluid from the piston chamber.
  • the pipetting device 100 furthermore has a pipetting channel 102 which connects the piston chamber with the outer space of the piston chamber.
  • the pipetting device 100 also has a microdosing device according to the invention, here is a microdosing device 70 ', which essentially corresponds to the microdosing device 70, but which additionally has a bypass channel 103, which connects the interior of the microdosing chamber of the microdosing device 70' fluidically with the outside space, the environment, connects.
  • a microdosing device 70 ' which essentially corresponds to the microdosing device 70, but which additionally has a bypass channel 103, which connects the interior of the microdosing chamber of the microdosing device 70' fluidically with the outside space, the environment, connects.
  • the bypass channel 103 can optionally be opened / closed by means of a controllable valve 104.
  • the fluid channel 72 'of the microdosing device 70' can be connected to the pipetting channel 102 so that a microdosing volume of a fluid sample can be dosed by the pipetting device 100 by means of the microdosing device 70 'and delivered to the outside space in the form of a microfluid jet via the pipetting channel 102.
  • “connectable” means that a valve 105 is provided which enables the fluidic connection between the fluid channel 72 ′ and the pipetting channel 102.
  • the valve 105 is also a controllable valve 105, the open or closed state of which can be determined by electrical control.
  • the microdosing device 70 works according to the air cushion principle, the displaced fluid is air, the microdosing volume of an aqueous sample is initially ( Figure 11a ) contained in the pipetting container 98 and is held there by the negative pressure in the pipetting channel 102, which in Figure 11a is closed up by the valves 104 and 106 are closed.
  • the controllable valve 106 makes it possible to selectively open or close the pipetting channel 102 in the area between the conventional pipetting device and the confluence of the fluid channel of the microdosing device into the pipetting channel.
  • valves 104 and 106 are closed, the valve 105 is open.
  • the actuation of the shape memory material actuator generates a microdosing volume of an amount of air which is emitted as a microjet from the microdosing device 70 'through its fluid channel 72' into an outer space of the microdosing device.
  • This outer space is the inner space of the pipetting channel 102 here.
  • the microvolume that is suddenly displaced there leads into Figure 11b for dispensing the microdosing volume of the liquid sample from the pipetting container 98 in the form of a microfree jet 99.
  • the valves 104, 105 and 106 are shown in FIG Figure 11b across from Figure 11a unchanged.
  • valve 105 is closed, the valves 104 and 106 are each open.
  • a new liquid sample can be aspirated into the pipetting container 98 by means of the pipetting device 101 or the pipetting channel 102 which is now open to the environment.
  • the displacement element of the microdosing device 70 ' can be moved into the first position, which is possible when the valve 105 is closed due to the open valve 104, which enables air to be sucked in from the environment into the fluid chamber (ventilate) via the bypass channel 103.
  • Fig. 12 is a microdosing device 200 for generating a combined microdosing volume 99 'of a fluid sample in the form of a micro free jet.
  • the microdosing device 200 has four microdosing devices 70a, 70b, 70c and 70d, which are essentially identical in construction to the microdosing device 70 or the microdosing device 80.
  • the first microdosing device 70a has a first fluid chamber and a first displacement element that is set up to displace a first microvolume of the first fluid chamber.
  • the second microdosing device 70b has a second fluid chamber and a second displacement element that is set up to displace a second microvolume of the second fluid chamber.
  • the third microdosing device 70c has a third fluid chamber and a third displacement element that is set up to displace a third microvolume of the third fluid chamber.
  • the fourth microdosing device 70d has a fourth fluid chamber and a fourth displacement element that for displacing one fourth microvolume of the fourth fluid chamber is set up.
  • the respectively displaced micro-volumes all have different sizes, in the present case the values 0.1 ⁇ l, 0.2 ⁇ l, 0.4 ⁇ l and 0.8 ⁇ l.
  • the microdosing device 200 also forms an exemplary pipetting device according to the invention; here, too, the liquid sample is sucked in by means of a pipetting device 101 via the pipetting channel 202.
  • a bypass channel 203 is provided, which connects the interior of the pipetting channel 202 - by means of the controllable valve 204 optionally - with the Environment connects in order to ventilate the pipetting channel 202 and, via its intermediary, also, depending on the activity of the respective displacement element, the fluid chamber (s) of the desired microdosing device 70a, 70b, 70c and / or 70d.
  • the fluid channels 72a, 72b, 72c and 72d of the four microdosing devices which connect the interior of the fluid chambers of the microdosing devices with an outer space of the microdosing device, namely here the inside of the pipetting channel 202 and which serve to accommodate the microdosing volume of a fluid sample, are opposite the pipetting channel 202 here permanently open and have no valve.
  • a controllable valve 205 is provided between the transitions of the fluid channels into the pipetting channel 202 and the outlet opening, which valve is closed to close the outlet of the pipetting channel 202 when the fluid chambers are ventilated.
  • the controllable valve 206 is arranged between the transitions of the fluid channels into the pipetting channel 202 and the pipetting device 101 and is opened for conventional pipetting, in particular for picking up and / or dispensing a pipetting sample, but is closed for dispensing the microdosing volume 99 of a microfree jet.
  • the microdosing device 200 has the four actuator devices of the microdosing devices 70a, 70b, 70c and 70d, which are set up for the synchronized deflection of the first and the second displacement element.
  • the microdosing device 300 is set up so that the output of a combined microdosing volume 99 'in the form of a microfree jet into the outside space is effected by the synchronized displacement of at least two microvolumes of the total of four microvolumes from a first and second fluid chamber.
  • n 4 of such microdosing devices 70a, 70b, 70c and 70d, each of which has different volumes
  • FIG. 3 shows an embodiment of the microdosing device 200 according to FIG Fig. 12 as a microdosing device 300 in the form of an autonomous device or module that can be combined with a conventional pipetting device 101, the valves each being implemented by means of a shape memory material actuator.
  • the module 300 consists of a base body 316 with two connections 311 and 312.
  • the proximal connection 311 which is closer to a connected conventional pipetting device 101 (pipette or the like), can be connected via a cone.
  • a cone for connecting a disposable article (pipette tip 98 ') is connected to the distal connection 312.
  • microdosing devices 380a, 380b, 380c, 380d - each in principle identical to the microdosing device 80- with displaced microvolumes of 100nl, 200nl, 400nl, and 800nl, and three controllable valves 304, 305, 306 are integrated in the pump body are provided with separate drives - one drive based on a shape memory material actuator.
  • the valves 305 and 306, as well as the displacement elements of the microdosing devices 380a, 380b are guided or held by a guide part 317 of the base body, which is arranged on the first part 316 of the base body and is covered by the cover part 331, which is covered with the first part 316 of the base body connected is.
  • a common silicone membrane 379 which is located between the cover part 331 and the first part 316 of the Base body is clamped and thereby fixed.
  • the valve 304 which opens and closes the bypass to the environment, and the displacement elements of the microdosing devices 380c, 380d, are guided or held by the guide part 317 of the base body, which is arranged on the first part 316 of the base body and is covered by the cover part 332, which is connected to the first part 316 of the base body.
  • a (further) common silicone membrane 379 which is clamped between the cover part 332 and the first part 316 of the base body and thereby fixed, also serves as a seal to the microdosing chambers of the microdosing devices 380c and 380c and the valve seat.
  • valves 304, 305, 306 each consist of the valve 306 in FIG Fig. 14 is shown by way of example, composed of a valve tappet 306a, a valve spring 306b and a clamping pin 306d.
  • the clamping pin is used to adjust the preload of the shape memory material actuator 306e.
  • microdosing devices 380a, 380b, 380c and 380d By combining the microdosing devices 380a, 380b, 380c and 380d, the combined microdosing volumes between 100nl and 1500nl with an increment of 100nl are possible, as shown in the table in FIG Fig. 16 is listed.
  • the liquid sample is received in the pipetting container 98 'by means of a conventional piston drive of a pipette 101 that can be connected to the module 300.
  • the piston of the pipette 101 is in the lower position. All valves are closed.
  • the valves 306 and 305 are now opened (connection to the pipette tip is open).
  • the piston is moved upwards and thus picks up the liquid via the pipetting channel 302.
  • the valves 306 and 305 are now closed again.
  • the procedure is as follows: In the initial situation, the piston of the pipette 101 is in the upper position (neutral state). All valves are closed (neutral state). The valve 304 (ambient level) is opened. All displacement elements of the microdosing devices 380a to 380d or the desired number / selection of displacement elements are moved downward in the direction of the respective membrane 379 (against the respective second stop of the microdosing devices 380a to 380d). Valve 304 is now closed and valve 305 is opened.
  • valve 305 is now closed again and the liquid is thus fixed in the pipetting channel by negative pressure.
  • valve 304 is briefly opened and then closed again in order to carry out a pressure equalization.
  • the system is now back in its original position. This process can now be repeated as required until the desired total volume has been absorbed.
  • the brief opening and closing of valve 304 is omitted; this only takes place after the displacement elements have moved again in the direction of the membrane 379.
  • the (repeated) delivery of the liquid aspirated into the pipetting container 98 'or for the pump operation is proceeded as follows:
  • the displacement elements of the microdosing devices 380a to 380d are in the upper position (neutral state).
  • the pressure level is neutral. All valves are closed (neutral state).
  • the valve 305 is opened.
  • a displacement element or any number of displacement elements is moved in the direction of the membrane 379 and the desired micro-volume is emitted, and as a result the desired combined (or simple) microdosing volume 99 'is emitted as a micro-free jet.
  • valve 305 is closed again and the displacement element or displacement elements are moved back into their starting position (s).
  • To the Pressure equalization valve 304 is opened briefly and then closed again. The process now starts from the beginning.
  • the control of these methods for operating the module 300 are preferably implemented by an electrical control device 350 set up in the desired manner, in particular programmed ( Fig. 10 , 15th ).
  • the control device 350 can be part of the module 300.
  • the control device 350 can be an external device or a component thereof.
  • the control device 350 can be part of a modified pipetting device, in particular a conventional pipetting device 101 supplemented by the control device 350.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Clinical Laboratory Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrodosiereinrichtung zur dosierten Abgabe und/oder Aufnahme von Fluidproben im Mikrovolumenbereich und eine mit einer solchen Mikrodosiereinrichtung versehene Pipettiervorrichtung.The invention relates to a microdosing device for the dosed delivery and / or intake of fluid samples in the microvolume range and a pipetting device provided with such a microdosing device.

Pipettiervorrichtungen sind handgehaltene oder automatisierte Laborgeräte, die üblicherweise in medizinischen, biologischen, biochemischen, chemischen und anderen Laboratorien verwendet werden. Sie dienen im Labor der präzisen Dosierung sowie dem Transport von fluiden Proben mit kleinen Volumina und dem Transfer solcher Volumina zwischen unterschiedlichen Probenbehältnissen. Bei Pipettiervorrichtungen werden z.B. flüssige Proben mittels Unterdruck in Pipettenbehälter, z.B. Pipettenspitzen, eingesaugt, dort gelagert, und am Zielort wieder aus diesen abgegeben.Pipetting devices are hand-held or automated laboratory devices commonly used in medical, biological, biochemical, chemical, and other laboratories. They are used in the laboratory for precise dosing as well as the transport of fluid samples with small volumes and the transfer of such volumes between different sample containers. In the case of pipetting devices, e.g. liquid samples are sucked into pipette containers, e.g. pipette tips, by means of negative pressure, stored there, and released again at the destination.

Zu den handgehaltenen Pipettiervorrichtungen gehören z.B. handgehaltene Pipetten und Repetierpipetten, wobei letztere auch als Dispenser bezeichnet werden. Unter einer Pipette wird ein Gerät verstanden, bei dem mittels einer Bewegungseinrichtung, die dem Gerät zugeordnet ist und die insbesondere einen Kolben aufweisen kann, eine zu pipettierende Probe in einen mit der Pipette lösbar verbundenen Pipettierbehälter, insbesondere eine Pipettenspitze, eingesaugt werden kann. Bei einer Luftpolsterpipette ist der Kolben dem Gerät zugeordnet und zwischen der zu pipettierenden Probe und dem Kolbenende befindet sich als druckübertragendes Fluid ein Luftpolster, das beim Aufnehmen der Probe in den Pipettierbehälter unter einem Unterdruck steht, durch den die Probe in den Pipettierbehälter gesaugt wird und/oder im Pipettierbehälter gehalten wird. Unter einem Dispenser wird ein Gerät verstanden, bei dem mittels einer Bewegungseinrichtung, die insbesondere einen Kolben aufweisen kann, ein zu pipettierendes Volumen eines flüssigen Fluids in einen mit dem Dispenser verbundenen Pipettierbehälter, insbesondere eine nach dem Spritzenprinzip ausgestaltete Dispenserspitze, eingesaugt werden kann, wobei die Bewegungseinrichtung zumindest teilweise dem Pipettierbehälter zugeordnet ist, indem z.B. der Kolben im Pipettierbehälter angeordnet ist. Beim Dispenser befindet sich das Kolbenende sehr nahe an der zu pipettierenden Fluidprobe oder in Kontakt mit dieser, weshalb man den Dispenser auch als Direktverdrängerpipette bezeichnet. Pipettiervorrichtungen mit einem als Kolben ausgebildeten Verdrängungselement werden auch als Kolbenhubpipetten bezeichnet.The hand-held pipetting devices include, for example, hand-held pipettes and repeater pipettes, the latter also being referred to as dispensers. A pipette is understood to mean a device in which a sample to be pipetted can be sucked into a pipetting container, in particular a pipette tip, detachably connected to the pipette by means of a movement device which is assigned to the device and which can in particular have a piston. In the case of an air cushion pipette, the piston is assigned to the device and between the sample to be pipetted and the end of the piston there is an air cushion as a pressure-transmitting fluid which, when the sample is taken up in the pipetting container, is under a vacuum through which the sample is sucked into the pipetting container and / or is held in the pipetting container. A dispenser is understood to mean a device in which, by means of a movement device, which can in particular have a piston, a volume of a liquid fluid to be pipetted can be sucked into a pipetting container connected to the dispenser, in particular a dispenser tip designed according to the syringe principle, wherein the Movement device is at least partially assigned to the pipetting container by, for example, the piston being arranged in the pipetting container. With the dispenser, the end of the piston is very close to the fluid sample to be pipetted or in contact with it, which is why the Dispenser also known as positive displacement pipette. Pipetting devices with a displacement element designed as a piston are also referred to as piston-operated pipettes.

Pipettenspitzen oder Dispenserspitzen bestehen insbesondere aus Kunststoff und können als Einmalartikel nach Gebrauch weggeworfen bzw. durch eine frische Pipettenspitze oder Dispenserspitze ersetzt werden. Sie können aber auch aus Metall oder Glas bestehen oder solches Material aufweisen. Pipettenspitzen oder Dispenserspitze werden in verschiedenen Größen für Dosierungen in verschiedenen Volumenbereichen zur Verfügung gestellt.Pipette tips or dispenser tips consist in particular of plastic and can be thrown away as disposable items after use or replaced with a fresh pipette tip or dispenser tip. But they can also consist of metal or glass or have such a material. Pipette tips or dispenser tips are available in different sizes for dosing in different volume ranges.

Bei einer Pipettiervorrichtung kann die durch eine einzelne Betätigung abgegebene Probenmenge der in das Gerät aufgesaugten Probenmenge entsprechen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine mehreren Abgabemengen entsprechende aufgenommene Probenmenge schrittweise wieder abgegeben wird. Zudem wird zwischen Einkanal-Pipettiervorrichtungen und Mehrkanal-Pipettiervorrichtungen unterschieden, wobei Einkanal-Pipettiervorrichtungen nur einen einzigen Abgabe-/Aufnahmekanal enthalten und Mehrkanal-Pipettiervorrichtungen mehrere Abgabe-/Aufnahmekanäle enthalten, die insbesondere das parallele Abgeben oder Aufnehmen mehrerer Proben erlauben.In the case of a pipetting device, the amount of sample released by a single actuation can correspond to the amount of sample sucked into the device. However, it can also be provided that a quantity of sample received corresponding to several dispensing quantities is dispensed again in steps. In addition, a distinction is made between single-channel pipetting devices and multi-channel pipetting devices, with single-channel pipetting devices containing only a single delivery / receiving channel and multi-channel pipetting devices containing multiple delivery / receiving channels, which in particular allow the parallel delivery or collection of multiple samples.

Beispiele für handgehaltene, elektronische Pipettiervorrichtungen bzw. Pipetten sind die Eppendorf Xplorer® und die Eppendorf Xplorer® plus der Eppendorf AG, Deutschland, Hamburg; Beispiele für handgehaltene, elektronische Dispenser sind die Multipette® E3 und Multipette® E3x der Eppendorf AG, Deutschland, Hamburg. Diese Geräte werden, wie auch die Pipettiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, elektrisch betrieben, indem das pipettierende bewegbare Teil, insbesondere der Kolben, durch eine elektrische Motoreinrichtung der Pipettiervorrichtung bewegt wird. Ein Beispiel für einen Pipettierautomaten ist die Eppendorf epMotion®.Examples of hand-held, electronic pipetting devices or pipettes are the Eppendorf Xplorer® and the Eppendorf Xplorer® plus from Eppendorf AG, Germany, Hamburg; Examples of hand-held, electronic dispensers are the Multipette® E3 and Multipette® E3x from Eppendorf AG, Germany, Hamburg. These devices, like the pipetting device according to the present invention, are electrically operated in that the pipetting movable part, in particular the piston, is moved by an electric motor device of the pipetting device. An example of an automatic pipetting machine is the Eppendorf epMotion®.

Pipettiervorrichtungen dienen der Dosierung und somit der präzisen Abmessung von Flüssigkeitsvolumina. Beim Dosieren sehr kleiner Flüssigkeitsmengen mit Hilfe einer Kolbenhubpipette können die systematischen und zufälligen Fehler der Dosierung beträchtlich anwachsen. Details zum üblichen Vorgehen bei der Fehlerbestimmung und bei der Dosierung kleiner Volumina, insbesondere durch Wandabgabe im Behälter, finden sich in der DIN EN ISO 8655. Bei der Abgabe nach der Freistrahlmethode, bei der die Fluidprobe als Strahl oder freier Tropfen -auch bezeichnet als Jet- den Pipettierbehälter verlässt, können kleinste Volumina zwischen 0,1 µl und 1,0 µl, vorliegend vorzugsweise zusammengefasst unter dem Begriff "Mikrovolumina", mit herkömmlichen Pipettiervorrichtungen nicht mehr ausreichend sicher dosiert werden. Hierfür sind verschiedene physikalische Einflüsse verantwortlich. Zu diesen Einflüssen gehören unter anderem die Bildung von Satellitentropfen durch Reflexion des abgegebenen Volumens an der Flüssigkeitsoberfläche, an der sie auftreffen; der unvollständige Ausstoß des in der Pipettenspitze befindlichen Volumens; die geometrischen Verhältnisse innerhalb der Pipettenspitze; die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten und Pipettenspitze und das damit verbundene Benetzungsverhalten bzw. das Auftreten von Kapillarkräften; die elektrostatische Aufladung der Pipettenspitze; eine zu geringe Strömungsgeschwindigkeit bzw. kinetische Energie der Fluidprobe an der Austrittsöffnung der Pipettenspitze. Die Abgabe kleinster Volumina wird zudem dadurch erschwert, dass das Gesamtluftvolumen zwischen Kolben und Probenflüssigkeit als dämpfendes Element hinter dem auszustoßenden Volumen liegt und der effizienten Abgabe eines Freistrahls entgegenwirkt.Pipetting devices are used for dosing and thus the precise measurement of liquid volumes. When dosing very small amounts of liquid with the help of a Piston-operated pipette can considerably increase the systematic and random errors in dosing. Details on the usual procedure for error determination and for the dosing of small volumes, especially through wall dispensing in the container, can be found in DIN EN ISO 8655. When dispensing according to the free jet method, in which the fluid sample is a jet or free droplet - also referred to as a jet - Leaves the pipetting container, the smallest volumes between 0.1 μl and 1.0 μl, in the present case preferably summarized under the term "micro-volumes", can no longer be dosed sufficiently safely with conventional pipetting devices. Various physical influences are responsible for this. These influences include, among other things, the formation of satellite droplets as a result of the reflection of the released volume on the surface of the liquid on which they strike; incomplete ejection of the volume in the pipette tip; the geometric relationships within the pipette tip; the surface tension of liquids and pipette tips and the associated wetting behavior or the occurrence of capillary forces; the electrostatic charge on the pipette tip; too low a flow velocity or kinetic energy of the fluid sample at the outlet opening of the pipette tip. The delivery of the smallest volumes is also made more difficult because the total air volume between the piston and the sample liquid, as a damping element, lies behind the volume to be ejected and counteracts the efficient delivery of a free jet.

Um auch Fluidproben mit geringem Volumen im Freistrahl dosiert abgeben zu können, wurden im Stand der Technik verschiedene Ansätze verfolgt.In order to be able to dispense even fluid samples with a small volume in the free jet, various approaches have been pursued in the prior art.

Die US9221046B2 beschreibt eine Pipette, die einen in Längsrichtung segmentierten Zylinderkolben mit Segmenten unterschiedlichen Durchmessers und einen Kolben mit entsprechend in Längsrichtung verteilten, unterschiedlich dimensionierten Verschlusselementen aufweist. Durch die unterschiedlichen Durchmesser können größere Volumen und kleinere Volumen präzise abgegeben bzw. aufgenommen werden. Durch eine geeignete Ausgestaltung wird von dieser Pipette ein an der Auslassöffnung haftender Tropfen ruckartig per "Blowout" abgegeben.The US9221046B2 describes a pipette which has a cylinder piston segmented in the longitudinal direction with segments of different diameters and a piston with differently dimensioned closure elements correspondingly distributed in the longitudinal direction. Due to the different diameters, larger volumes and smaller volumes can be precisely dispensed or absorbed. By means of a suitable configuration, a drop adhering to the outlet opening is released suddenly by "blowout" from this pipette.

Die EP0119573A1 beschreibt einen Dispenser zur Abgabe von Mikrotropfen einer Laborprobe. Eine als elastisches Rohr gebildete Probenkammer mit einer nahe gelegenen Auslassöffnung weist einen elastischen Abschnitt auf, der durch die Aktuierung eines elektromagnetisch angetriebenen Ankerbolzens komprimiert wird. Die resultierende Druckwelle wirkt in Richtung der Auslassöffnung und bewirkt den Auswurf eines Mikrotropfens.The EP0119573A1 describes a dispenser for dispensing microdrops of a laboratory sample. A sample chamber formed as an elastic tube with a nearby outlet opening has an elastic section which is compressed by the actuation of an electromagnetically driven anchor bolt. The resulting pressure wave acts in the direction of the outlet opening and causes a micro-drop to be ejected.

Die EP0876219B1 beschreibt einen Pipettierapparat, der eine Dispenserspitze und, mit dieser über einen Fluidkanal verbunden, einen mit Ventil versehenen Kolbenverdränger aufweist, mittels dem duch die Pipettenspitze größere Volumina pipettierbar, also ansaugbar und abgebbar sind. Zwischen der Pipettenspitze und dem Kolbenverdränger ist ein Impulsgenerator angeordnet, der auf die Flüssigkeit im Fluidkanal einen Impuls ausübt, um einen kleinen Tropfen definierter Größe aus der Pipettenspitze auszuwerfen. Der Impulsgenerator kann ein elektromagnetischer Aktuator oder ein Piezoelement sein oder kann eine Ultraschall- oder Wärmequelle aufweisen.The EP0876219B1 describes a pipetting apparatus which has a dispenser tip and, connected to this via a fluid channel, a piston displacer provided with a valve, by means of which larger volumes can be pipetted through the pipette tip, i.e. can be sucked in and dispensed. A pulse generator is arranged between the pipette tip and the piston displacer which exerts a pulse on the liquid in the fluid channel in order to eject a small drop of a defined size from the pipette tip. The pulse generator can be an electromagnetic actuator or a piezo element or can have an ultrasound or heat source.

Die EP1206966B1 beschreibt einen Pipettierapparat zur wahlweisen Abgabe größerer Volumina oder kleinster Volumina für die Life-Science. Hierbei wird ein mittels Spindelantrieb bewegbarer Zylinderkolbenverschluss in einer Kolbenkammer mit einem Impulsgenerator, hier ein Piezoelement, versehen. Der Impulsgenerator als Teil des Zylinderkolbens zwischen dem Zylinderkolbenverschluss und der Kolbenstange angeordnet. Tropfen im Submikroliterbereich werden durch das piezogesteuerte, abrupte Stoppen des Kolbens genau dosiert abgegeben.The EP1206966B1 describes a pipetting apparatus for the optional dispensing of larger volumes or the smallest of volumes for life science. Here, a cylinder-piston closure that can be moved by means of a spindle drive is provided with a pulse generator, here a piezo element, in a piston chamber. The pulse generator is arranged as part of the cylinder piston between the cylinder piston closure and the piston rod. Drops in the submicroliter range are precisely dosed by the piezo-controlled, abrupt stop of the piston.

Die EP1654068B1 beschreibt eine Mikrodosiervorrichtung mit einer elastisch verformbaren Fluidleitung, die ein Flüssigkeitsreservoir mit einer Auslassöffnung der Fluidleitung verbindet. Entlang einer Strecke der Fluidleitung ist ein von einem Piezoaktor angetriebener Verdränger angeordnet, dessen Längsposition und dessen Hub beim Pressen auf die Fluidleitung das abzugebende Flüssigkeitsvolumen definiert. Dieses verlässt die Auslassöffnung als freifliegendes Tröpfchen oder als freifliegender Strahl.The EP1654068B1 describes a microdosing device with an elastically deformable fluid line which connects a liquid reservoir to an outlet opening of the fluid line. A displacer driven by a piezo actuator is arranged along a section of the fluid line, the longitudinal position and the stroke of which defines the volume of liquid to be dispensed when pressed onto the fluid line. This leaves the outlet opening as a free-flying droplet or as a free-flying jet.

Die WO2013167594A1 beschreibt eine Dispensieranordnung zum Dispensieren von Laborproben, mit einem als Flüssigkeitsreservoir dienenden Kolbenverdränger zur Abgabe und Aufnahme von Flüssigkeit mittels einer Kolbenbewegung. Ein verjüngter Auslassbereich der Kolbenkammer ist durch einen Impulsgenerator anregbar, der piezoelektrisch, pneumatisch, elektromagnetisch oder mittels Ultraschall antreibbar sein kann. Unter Berücksichtigung der mittels eines Sensors gemessenen Flüssigkeitsmeniskus an der Auslassöffnung wird mittels Impuls ein Tropfen mit dem gewünschten Volumen von der Auslassöffnung gelöst.The WO2013167594A1 describes a dispensing arrangement for dispensing laboratory samples, with a piston displacer serving as a liquid reservoir for dispensing and receiving liquid by means of a piston movement. A tapered outlet area of the piston chamber can be excited by a pulse generator, which can be driven piezoelectrically, pneumatically, electromagnetically or by means of ultrasound. Taking into account the liquid meniscus at the outlet opening measured by means of a sensor, a drop with the desired volume is detached from the outlet opening by means of a pulse.

Die WO 99/37400 A1 beschreibt eine Dosiervorrichtung für den Nanoliter- bis Mikroliterbereich mit einer Druckkammer, die von einem Verdränger begrenzt ist, die über einen mit einem Flüssigkeitsreservoir verbundenen Einlass befüllbar ist und die über einen Auslass entleerbar ist, wobei das im Freistrahl abgegebene Flüssigkeitsvolumen über die spannungsgesteuerte Auslenkung des Verdrängers durch einen Piezoaktor dosiert wird. Einen ähnlichen Dosierer verwendet auch die WO 99/10099 A1 . Die DE 197 37 173 B4 beschreibt, einen solchen Freistrahldosierer als mikrosystemtechnisches Dosierelement zu fertigen. EP 1 488 106 B1 beschreibt ein Dosiermodul mit Dosierkammer, Aktor und Aktormembran, die zur Erzeugung eines Freistrahls an einer Kammerwand auftrifft.The WO 99/37400 A1 describes a metering device for the nanoliter to microliter range with a pressure chamber which is delimited by a displacer, which can be filled via an inlet connected to a liquid reservoir and which can be emptied via an outlet, the liquid volume released in the free jet via the voltage-controlled deflection of the displacer is dosed by a piezo actuator. The also uses a similar dispenser WO 99/10099 A1 . The DE 197 37 173 B4 describes how to manufacture such a free-jet dispenser as a microsystem-technical dispensing element. EP 1 488 106 B1 describes a dosing module with a dosing chamber, actuator and actuator membrane that strikes a chamber wall to generate a free jet.

Die genannten Ansätze weisen jeweils bestimmte Nachteile auf und sind insbesondere entweder aufwändig oder voluminös bzw. unflexibel betreffend der Integration in bestehende Laborgeräte, oder zu unpräzise zur Erzeugung der gewünschten Mikrodosiervolumina.The approaches mentioned each have certain disadvantages and are in particular either complex or voluminous or inflexible in terms of integration into existing laboratory equipment, or too imprecise to generate the desired microdosing volumes.

Die WO 2006/018617A1 beschreibt eine Vorrichtung zur dosierten Abgabe eines Medikaments aus einer vorbefüllten Kartusche an einen Patienten mithilfe eines Verschlusselementes der Kartusche, das sich mithilfe eines am Verschlusselement angeordneten Formgedächtnismaterial-Aktuators und einer Sperrklinke innerhalb der Kartusche bewegt und so eine schrittweise Dosisabgabe an den Patienten bewirkt.The WO 2006 / 018617A1 describes a device for the dosed delivery of a drug from a pre-filled cartridge to a patient with the aid of a closure element of the cartridge, which moves within the cartridge with the aid of a shape memory material actuator arranged on the closure element and a locking pawl and thus effects a step-by-step dose delivery to the patient.

Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine effizient gestaltete Mikrodosiereinrichtung zum präzisen Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls bereitzustellen.Against this background, the object of the present invention is to provide an efficiently designed microdosing device for the precise generation of a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Mikrodosiereinrichtung gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstände der Unteransprüche.The invention solves this problem with the microdosing device according to claim 1. Preferred embodiments are, in particular, the subject matter of the subclaims.

Der Erfindung liegen bezüglich dieser Mikrodosiereinrichtung insbesondere Resultate von Messungen an Mikrodosiereinrichtungen mit Aktuatoren aus einer Formgedächtnislegierung zugrunde, die zeigen, dass sich bereits mit sehr kompakt ausgebildeten Formgedächtnismaterial-Aktuatoren sehr präzise und effizient eine Probenabgabe nach dem Freistrahlprinzip verwirklichen lässt. Formgedächtnislegierungen (FGL) zeigen aufgrund eines Phasenübergangs ein spezielles Verhalten, das als Formgedächtniseffekt bekannt ist. Unterhalb einer materialspezifischen kritischen Temperatur befindet sich ein FGL-Bauteil insbesondere in der Martensit-Phase und lässt sich bereits durch geringe Kräfte (scheinbar) plastisch verformen. Beim Aufheizen auf eine weitere kritische Temperatur wird jedoch innerhalb von Millisekunden die ursprüngliche Bauteilgestalt wiederhergestellt, das Material verhält sich dann wie ein gewöhnliches Metall entsprechend dem Hookschen Gesetz. Von den Erfindern wurde festgestellt, dass sich solche Formgedächtnismaterial-Bauteile aufgrund der mit diesen Bauteilen realisierbaren Kraft-Auslenkungs-Kennlinien besonders zur Erzeugung eines Mikrofluidfreistrahls eignen. Bevorzugte Ausgestaltungen eines Formgedächtnismaterial-Aktuators werden nachfolgend noch beschrieben.With regard to this microdosing device, the invention is based in particular on the results of measurements on microdosing devices with actuators made of a shape memory alloy, which show that even with very compact shape memory material actuators, a sample can be dispensed very precisely and efficiently using the free jet principle. Shape memory alloys (SMA) show a special behavior due to a phase transition, which is known as the shape memory effect. Below a material-specific critical temperature, a SMA component is particularly in the martensite phase and can (apparently) be plastically deformed by low forces. When heated to a further critical temperature, however, the original component shape is restored within milliseconds, and the material then behaves like an ordinary metal in accordance with Hook's law. The inventors found that such shape memory material components are particularly suitable for generating a microfluid free jet due to the force-deflection characteristics that can be implemented with these components. Preferred configurations of a shape memory material actuator are described below.

Unter einer Mikrodosierkammer wird vorliegend eine Kammer verstanden, deren Kammervolumen -zumindest in der ersten Position- im Mikroliterbereich (V_mikro) liegt, besonders bevorzugt im Bereich V_mikro kleiner als 2 µl, insbesondere V_mikro kleiner als 1 µl. Der Volumenbereich V_mikro kleiner-gleich als 1 µl, insbesondere kleiner 1 µl, dabei jeweils insbesondere 50 nl <= V_mikro, wird vorliegend auch als Submikroliterbereich bezeichnet. Das Kammervolumen kann dem von einem Verdrängungselement verdrängten Volumen entsprechen, letzteres kann aber auch kleiner sein als das Kammervolumen. Eine Mikrodosierkammer weist vorzugsweise einen Innenraum mit einem maximalen Volumen von kleiner als 10 µl auf, besonders bevorzugt kleiner als 3 µl, besonders bevorzugt kleiner als 2 µl und weiter bevorzugt kleiner als 1,5 µl auf. Das maximale Volumen beträgt dabei vorzugsweise mindestens 50 nl (Nanoliter), mindestens 100 nl oder mindestens 150 nl, oder mindestens 200 nl. Das maximale Volumen kann in der ersten Position des Verdrängungselements gemessen sein, oder kann der strukturell-geometrischen Bauhöhe, gemessen parallel der Richtung zwischen erster und zweiter Position, des Innenraums der Mikrodosierkammer entsprechen bzw. daraus abgeleitet sein.In the present case, a microdosing chamber is understood to mean a chamber whose chamber volume - at least in the first position - is in the microliter range (V_mikro), particularly preferably in the V_mikro range of less than 2 μl, in particular V_mikro less than 1 μl. The volume range V_micro less than or equal to 1 μl, in particular less than 1 μl, in each case in particular 50 nl <= V_micro, is also referred to here as the submicroliter range. The chamber volume can correspond to the volume displaced by a displacement element, but the latter can also be smaller than the chamber volume. A microdosing chamber preferably has an interior space with a maximum volume of less than 10 μl, particularly preferably less than 3 μl, particularly preferably less than 2 μl and more preferably less than 1.5 μl. The maximum volume is preferably at least 50 nl (nanoliters), at least 100 nl or at least 150 nl, or at least 200 nl. The maximum volume can be measured in the first position of the displacement element, or can correspond to or be derived from the structural-geometric height, measured parallel to the direction between the first and second position, of the interior of the microdosing chamber.

Durch dieses sehr geringe Kammervolumen wird eine sehr effiziente Beschleunigung des in der Fluidkammer befindlichen Fluids erzeugt, wenn das Verdrängungselement zwischen der ersten und zweiten Position ausgelenkt wird. Durch die Anschlageinrichtung wird die aktuatorbeschleunigte Auslenkung des Verdrängungselements abrupt beendet, was letztlich zu einem Abriss des abzugebenden Fluids an der Auslassöffnung und der Erzeugung eines Freistrahls des Mikrodosiervolumens führt. Auf diese Weise ist die Verwendung einer Mikrodosierkammer besonders geeignet zur Erzeugung eines Mikrofludijets, vorliegend auch bezeichnet als Mikrofreistrahl. Ein Mikrofreistrahl ist ein Fluidvolumen im Mikroliterbereich oder Submikroliterbereich, das als Strahl oder freier Tropfen -auch bezeichnet als Jet- die Auslassöffnung eines Fluidkanals oder Pipettierbehälters verlässt. Zudem ist die Dosierung durch die Verwendung der Anschlageinrichtung zum Stoppen der Auslenkung des Verdrängungselements in der ersten und/oder der zweiten Position sehr präzise bestimmt und zudem widerstandsfähig und dauerhaft zuverlässig, da die Anschlageinrichtung durch solide Bauteile realisiert wird. Bevorzugte Ausgestaltungen einer Mikrodosierkammer und einer Anschlageinrichtung werden nachfolgend noch beschrieben. Die Erfindung betrifft demnach insbesondere eine Mikrodosiereinrichtung zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls durch schlagartiges Verdrängen eines vorbestimmten Mikrovolumens, was durch eine Anschlageinrichtung und/oder einen Formgedächtnismaterial-Aktuator erreicht wird.As a result of this very small chamber volume, a very efficient acceleration of the fluid located in the fluid chamber is generated when the displacement element is deflected between the first and second positions. The actuator-accelerated deflection of the displacement element is abruptly ended by the stop device, which ultimately leads to the fluid to be dispensed tearing off at the outlet opening and the generation of a free jet of the microdosing volume. In this way, the use of a microdosing chamber is particularly suitable for generating a microfludijet, also referred to here as a microfree jet. A micro free jet is a fluid volume in the microliter range or submicroliter range that leaves the outlet opening of a fluid channel or pipetting container as a jet or free drop - also referred to as a jet. In addition, the dosage is determined very precisely by using the stop device to stop the deflection of the displacement element in the first and / or the second position and is also resistant and permanently reliable, since the stop device is realized by solid components. Preferred configurations of a microdosing chamber and a stop device are described below. The invention accordingly relates in particular to a microdosing device for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet by abruptly displacing a predetermined microvolume, which is achieved by a stop device and / or a shape memory material actuator.

Das mittels der Mikrodosierkammer durch die Auslenkung zwischen der ersten und zweiten Position verdrängte Mikrovolumen liegt vorzugsweise im Submikroliterbereich, also kleiner als 1 µl. Dementsprechend liegt das Fluidvolumen des von der Mikrodosiereinrichtung abgegebenen Mikrodosiervolumens im Submikroliterbereich. Das als Freistrahl von einer Mikrodosiereinrichtung erzeugte Mikrodosiervolumen entspricht vorzugsweise im Wesentlichen dem von einem Verdrängungselement verdrängten Mikrovolumen, insbesondere ist das Mikrodosiervolumen identisch zu dem von einem Verdrängungselement verdrängten Mikrovolumen. Bei einer Mikrodosiervorrichtung, die mehr als eine Mikrodosiereinrichtung aufweist, deren Verdrängungselemente insbesondere unterschiedliche Volumina verdrängen, z.B. ein erstes und ein zweites Mikrovolumen, entspricht das von der Mikrodosiervorrichtung in Form eines Freistrahls erzeugte kombinierte Mikrodosiervolumen vorzugsweise im Wesentlichen die Summe der von den mehreren Verdrängungselementen verdrängten mehreren Mikrovolumina, also z.B. der Summe des ersten und zweiten Mikrovolumens. Insbesondere ein kombiniertes Mikrodosiervolumen kann deshalb auch größer als 1 µl sein, und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 µl bis 5,0 µl, insbesondere 0,1 µl bis 2,5 µl, insbesondere 0,1 µl bis 1,5 µl.The micro-volume displaced by means of the micro-metering chamber through the deflection between the first and second position is preferably in the sub-microliter range, that is to say less than 1 μl. Accordingly, the fluid volume of the microdosing volume dispensed by the microdosing device is in the submicroliter range. The microdosing volume generated as a free jet by a microdosing device preferably corresponds essentially to the microvolume displaced by a displacement element, in particular the microdosing volume is identical to the microvolume displaced by a displacement element. In the case of a microdosing device which has more than one microdosing device, its displacement elements In particular, displacing different volumes, e.g. a first and a second micro-volume, the combined microdosing volume generated by the microdosing device in the form of a free jet preferably essentially corresponds to the sum of the several micro-volumes displaced by the several displacement elements, e.g. the sum of the first and second micro-volumes. In particular, a combined microdosing volume can therefore also be greater than 1 μl and is preferably in the range from 0.1 μl to 5.0 μl, in particular 0.1 μl to 2.5 μl, in particular 0.1 μl to 1.5 μl .

Ein Aktuator der Mikrodosiereinrichtung ist ein Formgedächtnismaterial-Aktuator.An actuator of the microdosing device is a shape memory material actuator.

Für die Aktuierung werden im Rahmen dieser Erfindung Aktuatoren verwendet, die zumindest abschnittsweise oder vollständig aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) bestehen oder diese aufweisen. Diese werden als Formgedächtnismaterial-Aktuatoren oder FGL-Aktuatoren bezeichnet. Im Vergleich zu anderen Aktuatoren besitzen FGL-Aktuatoren eine besonders hohe Energiedichte, so dass bereits sehr kompakte Aktuatoren zum Antrieb der hier definierten Mikrodosiereinrichtungen geeignet sind. Ein weiterer entscheidender Vorteil beim Einsatz der FGL-Aktuatoren, insbesondere gegenüber piezoelektrischen Aktuatoren ist, dass der Betrieb der FGL-Aktuatoren bei einer relativ geringen Spannung erfolgen kann, die insbesonder zwischen 3 V und 10 V, insbesondere bei 5 V liegt. Die erforderlichen Spannungsquellen sind kompakt, so dass sich die vorliegenden Mikrodosiereinrichtungen insbesondere für die Konstruktion portabler Dosiervorrichtungen, insbesondere Pipettiervorrichtungen und Mikrodosiervorrichtungen eignen.In the context of this invention, actuators are used for the actuation which at least partially or completely consist of or have a shape memory alloy (SMA). These are called shape memory material actuators or SMA actuators. Compared to other actuators, SMA actuators have a particularly high energy density, so that even very compact actuators are suitable for driving the microdosing devices defined here. Another decisive advantage when using SMA actuators, especially compared to piezoelectric actuators, is that the SMA actuators can be operated at a relatively low voltage, in particular between 3 V and 10 V, in particular 5 V. The required voltage sources are compact, so that the present microdosing devices are particularly suitable for the construction of portable dosing devices, in particular pipetting devices and microdosing devices.

Vorzugsweise weist der Formgedächtnismaterial-Aktuator eine NiTi-Legierung auf oder besteht aus dieser. Eine NiTi-Legierung (auch bekannt unter dem Handelsnamen Nitinol) ist insbesondere biokompatibel. Sie ermöglicht Formänderungen von insbesondere bis zu 8%, wodurch sich insbesondere in effizienter Weise Mikrodosierkammern mit verdrängten Mikrovolumina im Mikroliterbereich und im Submikroliterbereich erzeugen lassen. Besonders bevorzugt weist der Formgedächtnismaterial-Aktuator eine Legierung auf der Basis von TiNiCu auf. Diese ist im Vergleich zum herkömmlichen NiTi besonders ermüdungsresistent und garantiert deshalb insbesondere eine hohe Zuverlässigkeit der Mikrodosiereinrichtung über deren gesamte Lebensdauer. Die Phasenübergangs- oder Schalttemperaturen des Materials lassen sich mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (engl. DSC) bestimmen, siehe Figur 18. In dieser Messung erscheint der für die Aktuierung wichtige Phasenübergang als Peak. Aus dem Diagramm lässt sich entnehmen, dass für ein Schalten eines NiTi-Aktuators die Temperatur auf mindestens 67 °C erhöht werden muss; für das Zurückstellen muss die Temperatur wiederum auf höchstens 50 °C gesenkt werden.The shape memory material actuator preferably has or consists of a NiTi alloy. A NiTi alloy (also known under the trade name Nitinol) is particularly biocompatible. It enables changes in shape of up to 8% in particular, which means that microdosing chambers are also efficiently incorporated can generate displaced microvolumes in the microliter range and in the submicroliter range. The shape memory material actuator particularly preferably has an alloy based on TiNiCu. Compared to conventional NiTi, this is particularly fatigue-resistant and therefore guarantees, in particular, a high level of reliability of the microdosing device over its entire service life. The phase transition or switching temperatures of the material can be determined using dynamic differential calorimetry (DSC), see Figure 18 . In this measurement, the phase transition that is important for actuation appears as a peak. The diagram shows that the temperature must be increased to at least 67 ° C to switch a NiTi actuator; to reset the temperature, the temperature must again be reduced to a maximum of 50 ° C.

Vorzugsweise werden Film-basierte FGL-Aktuatoren verwendet. Die FGL liegt dabei als Film vor, der eine Dicke zwischen 5 µm und 50 µm, insbesondere zwischen 10 und 30 µm, insbesondere ca. 20 µm aufweist. Diese ermöglicht ein Einstellen der Kräfte und Stellwege durch Anpassung der zweidimensionalen Geometrie. Die im Verhältnis zum Volumen sehr große Oberfläche bleibt dabei erhalten und sorgt für eine schnelle Wärmeabgabe bzw. Rückstellung des FGL-Aktuators im stromlosen Zustand.Film-based SMA actuators are preferably used. The SMA is in the form of a film which has a thickness between 5 μm and 50 μm, in particular between 10 and 30 μm, in particular approx. 20 μm. This enables the forces and travel ranges to be set by adapting the two-dimensional geometry. The surface area, which is very large in relation to the volume, is retained and ensures rapid heat dissipation or resetting of the SMA actuator in the de-energized state.

Vorzugsweise ist ein FGL-Aktuator in langgestreckter Form, insbesondere drahtförmig oder stegförmig, und insbesondere aus einem FGL-Film gefertigt, ausgebildet. Die Enden des FGL-Aktuators werden elektrisch kontaktiert. Ein FGL-Aktuator wird vorzugsweise so in der Mikrodosiereinrichtung angeordnet, dass die Belastung des FGL-Aktuators im Wesentlichen eine Zugbelastung ist. Ein langgestreckter FGL-Aktuator kann in der nicht-aktivierten Form in einer gekrümmten Geometrie angeordnet werden. Die aktivierte Form kann eine weniger gekrümmte Form oder eine gerade Ausrichtung aufweisen, insbesondere kann der langgestreckte FGL-Aktuator in der aktivierten, geraden Form eine geringere Länge aufweisen als in der nicht aktivierten, stärker gekrümmten Form. Durch die Kontraktion bei Aktivierung kann eine Kraft auf das Verdrängungselement ausgeübt werden, wenn die Enden des Aktuators an einem Basiskörper der Mikrodosiereinrichtung verankert sind. Der FGL-Aktuator wird vorzugsweise so angeordnet, dass der Krümmungsradius stets mindestens dem 50-fachen des Durchmessers senkrecht zur Längsrichtung des langgestreckten Aktuators entspricht, um das Risiko einer Beschädigung des FGL-Aktuators zu reduzieren. Der Durchmesser bzw. die benötigte Stegbreite eines stegförmigen FGL-Aktuators wird vorzugsweise auf den Bedarf an Stellkraft angepasst, der für die Realisierung der gewünschten Mikrodosiereinrichtung erforderlich ist. Kraft-Auslenkungs-Kennlinien von FGL-Aktuatoren sind mittels einer Zugprüfmaschine bestimmbar. Der FGL-Aktuator kann insbesondere auch als Feder geformt sein, insbesondere Schrauben-, Spiral- oder Biegefeder. Eine solche Feder kann in der ersten Position entspannt sein und in der zweiten Position gespannt sein.An SMA actuator is preferably designed in an elongated form, in particular in the form of a wire or web, and in particular made of an SMA film. The ends of the SMA actuator are electrically contacted. A SMA actuator is preferably arranged in the microdosing device in such a way that the load on the SMA actuator is essentially a tensile load. An elongated SMA actuator can be arranged in a curved geometry in the non-activated form. The activated shape can have a less curved shape or a straight alignment, in particular the elongated SMA actuator can have a shorter length in the activated, straight shape than in the non-activated, more strongly curved shape. As a result of the contraction upon activation, a force can be exerted on the displacement element when the ends of the actuator are anchored on a base body of the microdosing device. The SMA actuator is preferably arranged so that the radius of curvature is always at least 50 times corresponds to the diameter perpendicular to the longitudinal direction of the elongated actuator in order to reduce the risk of damage to the SMA actuator. The diameter or the required web width of a web-shaped SMA actuator is preferably adapted to the actuating force required to implement the desired micro-metering device. Force-deflection characteristics of SMA actuators can be determined using a tensile testing machine. The SMA actuator can in particular also be shaped as a spring, in particular a helical, spiral or spiral spring. Such a spring can be relaxed in the first position and tensioned in the second position.

Eine Mikrodosiervorrichtung weist einen FGL-Aktuator, auf, der zur Auslenkung von mindestens zwei Verdrängungselementen eingerichtet ist. Dazu können die mindestens zwei Verdrängungselemente mechanisch miteinander verbunden oder wahlweise verbindbar sein. Die Mikrodosiervorrichtung kann eine Kopplungseinrichtung aufweisen, mittels der die wahlweise Kopplung mindestens eines Aktuators mit einem oder mehreren Verdrängungselementen aus einer oder mehreren Mikrodosiereinrichtungen erfolgen kann, insbesondere in Abhängigkeit von einer Ansteuerung durch eine elektrische Steuereinrichtung der Mikrodosiervorrichtung. Ein einzelner Aktuator, oder eine Kombination aus mehreren Aktuatoren, kann insbesondere mittels der Kopplungseinrichtung wahlweise einen oder mehrere Verdrängungselemente synchron -also nach vorgegebenen zeitlichen Muster und/oder in zeitlicher Abstimmung-, insbesondere gleichzeitig auslenken. Der Hub, also die Differenz der Strecke zwischen erster und zweiter Position, mindestens zweier Verdrängungselemente aus mindestens einer Mikrodosiereinrichtung kann gleich sein oder kann unterschiedlich sein, insbesondere indem zwischen Aktuator und Verdrängungselement jeweils ein elastisch verformbares Kopplungselement angeordnet ist, z.B. eine Feder. Der Hub eines Verdrängungselementes einer Mikrodosiereinrichtung beträgt vorzugsweise zwischen 5 µm und 500 µm, insbesondere zwischen 50 µm und 200 µm, insbesondere zwischen 75 µm und 125 µm und ist insbesondere konstant.A microdosing device has an SMA actuator which is set up to deflect at least two displacement elements. For this purpose, the at least two displacement elements can be mechanically connected to one another or optionally connectable. The microdosing device can have a coupling device by means of which the optional coupling of at least one actuator with one or more displacement elements from one or more microdosing devices can take place, in particular depending on an activation by an electrical control device of the microdosing device. A single actuator, or a combination of several actuators, can, in particular by means of the coupling device, optionally deflect one or more displacement elements synchronously, i.e. according to a predetermined time pattern and / or in time coordination, in particular simultaneously. The stroke, i.e. the difference in the distance between the first and second position, of at least two displacement elements from at least one microdosing device can be the same or can be different, in particular in that an elastically deformable coupling element, e.g. a spring, is arranged between the actuator and the displacement element. The stroke of a displacement element of a microdosing device is preferably between 5 μm and 500 μm, in particular between 50 μm and 200 μm, in particular between 75 μm and 125 μm, and is in particular constant.

Die Mikrodosiereinrichtung kann mehr als einen Aktuator aufweisen, insbesondere mindestens zwei Aktuatoren, die zur Auslenkung des Verdrängungselements angeordnet sind. Insbesondere können zwei FGL-Aktuatoren verwendet werden, um die Auslenkung des Verdrängungselements aus der ersten in die zweite Position zu bewirken.The microdosing device can have more than one actuator, in particular at least two actuators, which are arranged to deflect the displacement element are. In particular, two SMA actuators can be used to effect the displacement of the displacement element from the first to the second position.

Vorzugsweise weist die Mikrodosiereinrichtung und/oder die Mikrodosiervorrichtung eine Aktuatoreinrichtung auf. Diese weist vorzugsweise einen oder mehrere Aktuatoren auf, insbesondere FGL-Aktuatoren, insbesondere genau zwei Aktuatoren oder mehr als zwei Aktuatoren, insbesondere FGL-Aktuatoren. Vorzugsweise werden zwei langgestreckte, insbesondere stegförmige, vorzugsweise auf Film-Basis hergestellte FGL-Aktuatoren einander überkreuzend, also kreuzförmig bzw. X-förmig, oberhalb eines Verdrängungselements angeordnet. Die Kreuzungsstelle der FGL-Aktuatoren ist vorzugsweise zentral oberhalb eines Auflageabschnitts des Verdrängungselements angeordnet, die Enden der FGL-Aktuatoren an einem Basiskörper der Mikrodosiereinrichtung verankert sind. Die FGL-Aktuatoren sind vorzugsweise oberhalb der Auflagestelle so gespannt, dass die Kreuzungsstelle jeweils eine Krümmungsstelle des FGL-Aktuators bildet. Dadurch wird, wie in den Figuren 9a, 9b und 9c beispielhaft dargestellt ist, ein schalenartiger Bereich der Aktuatoranordnung gebildet, durch die sich die Aktuatoranordnung oberhalb der Auflagestelle zentriert und eine präzise entlang der linearen Bewegungsrichtung zwischen der ersten und zweiten Position nach unten gerichtete Kraft erzeugt, die eine entsprechend präzise Auslenkung zur Folge hat.The microdosing device and / or the microdosing device preferably has an actuator device. This preferably has one or more actuators, in particular SMA actuators, in particular exactly two actuators or more than two actuators, in particular SMA actuators. Preferably, two elongated, in particular web-shaped, preferably film-based SMA actuators are arranged crossing one another, that is to say cross-shaped or X-shaped, above a displacement element. The crossing point of the SMA actuators is preferably arranged centrally above a support section of the displacement element, the ends of the SMA actuators are anchored on a base body of the microdosing device. The SMA actuators are preferably tensioned above the support point in such a way that the intersection each forms a point of curvature of the SMA actuator. This, as in the Figures 9a, 9b and 9c is shown by way of example, a shell-like area of the actuator arrangement is formed, through which the actuator arrangement is centered above the support point and generates a precisely downward force along the linear direction of movement between the first and second position, which results in a correspondingly precise deflection.

Falls mehrere FGL-Aktuatoren vorgesehen sind, können diese durch ein Verbindungsglied gekoppelt sein. Dadurch wird die Auslenkung der Aktuatoren weiter synchronisiert und der Kraftvektor der so gebildeten Aktuatoreinrichtung wird beeinflusst. Bei einer X-förmigen Anordnung kann ein Verbindungsglied an der Kreuzungsstelle vorgesehen sein; dadurch wird der bei Kontraktion der FGL-Aktuatoren senkrecht nach unten wirkende Kraftvektor ausgerichtet, und die FGL-Aktuatoren werden an der Kreuzungsstelle in Position gehalten. Das Verbindungsglied kann auch so gestaltet sein, dass die FGL-Aktuatoren einander nicht mechanisch kontaktieren und insbesondere durch das Verbindungsglied elektrisch voneinander isoliert sind.If several SMA actuators are provided, they can be coupled by a connecting link. The deflection of the actuators is thereby further synchronized and the force vector of the actuator device formed in this way is influenced. In the case of an X-shaped arrangement, a connecting link can be provided at the intersection; this aligns the force vector that acts vertically downward when the SMA actuators contract, and the SMA actuators are held in position at the intersection. The connecting member can also be designed in such a way that the SMA actuators do not contact one another mechanically and, in particular, are electrically isolated from one another by the connecting member.

Eine Aktuatoreinrichtung kann einen ersten Aktuator, insbesondere FGL-Aktuator, aufweisen, der zur Ausübung einer ersten Kraft in einer ersten Richtung eingerichtet ist und kann insbesondere einen zweiten Aktuator, insbesondere FGL-Aktuator, aufweisen, der zur Ausübung einer zweiten Kraft in einer zweiten Richtung eingerichtet ist. Die ersten und zweiten Kräfte können gleich sein. Sie können aber auch unterschiedlich sein. Die erste und zweite Richtung können gleich sein, können aber auch unterschiedlich sein. Auf diese Weise lässt sich eine Aktuatoreinrichtung flexibel gestalten. Die erste Richtung kann die Richtung von der ersten zur zweiten Position sein, die zweite Richtung kann die entgegengesetzte Richtung sein, von der zweiten zur ersten Position. Dadurch kann insbesondere auch die Rückstellung des Verdrängungselements von der zweiten in die erste Position durch einen zweiten FGL-Aktuator erzeugt werden, nachdem die Auslenkung von der ersten in die zweite Position durch einen ersten FGL-Aktuator erfolgt ist.An actuator device can have a first actuator, in particular an SMA actuator, which is set up to exert a first force in a first direction and can in particular have a second actuator, in particular SMA actuator, which is set up to exert a second force in a second direction. The first and second forces can be the same. But they can also be different. The first and second directions can be the same, but can also be different. In this way, an actuator device can be designed flexibly. The first direction can be the direction from the first to the second position, the second direction can be the opposite direction, from the second to the first position. As a result, the resetting of the displacement element from the second to the first position can also be generated by a second SMA actuator after the deflection from the first to the second position has taken place by a first SMA actuator.

Vorzugsweise weist die Aktuatoreinrichtung mindestens ein Kopplungselement auf, um den mindestens einen Aktuator, insbesondere FGL-Aktuator, mit einem Basiskörper zu verbinden. Das Verdrängungselement ist gegenüber dem Basiskörper insbesondere beweglich angeordnet. Ein FGL-Aktuator kann durch eine oder mehrere Verbindungseinrichtungen mit dem Basiskörper verbunden sein. Insbesondere kann ein FGL-Aktuator mit dem Basiskörper oder mit einem am Basiskörper befestigten Bauteil, z.B. einer Platine, stoffschlüssig verbunden sein, insbesondere verlötet sein. Ein FGL-Aktuator ist vorzugsweise gegenüber dem Basiskörper und vorzugsweise gegenüber anderen FGL-Aktuatoren und anderen Teilen elektrisch isoliert, während vorzugsweise seine Enden mit einer Spannungsquelle verbunden bzw. verbindbar sind.The actuator device preferably has at least one coupling element in order to connect the at least one actuator, in particular SMA actuator, to a base body. The displacement element is arranged in particular so as to be movable with respect to the base body. An SMA actuator can be connected to the base body by one or more connecting devices. In particular, an SMA actuator can be materially connected, in particular soldered, to the base body or to a component attached to the base body, e.g. a circuit board. An SMA actuator is preferably electrically isolated from the base body and preferably from other SMA actuators and other parts, while its ends are preferably connected or connectable to a voltage source.

Eine Aktuatoreinrichtung kann ein Getriebe bzw. eine Mechanik aufweisen, die vom Aktuator, insbesondere FGL-Aktuator, angetrieben wird und die ein oder mehrere Verdrängungselemente antreibt. Dadurch kann insbesondere eine Übertragung, insbesondere Übersetzung oder Untersetzung, der vom Aktuator bewirkten Aktuatorauslenkung erzeugt werden, um die gewünschte Auslenkung des Verdrängungselements von der ersten in die zweite Position zu bewirken. Insbesondere kann so auch eine Variation des Hubs realisiert werden, indem die Aktuatorauslenkung wahlweise unterschiedlich in die Auslenkung des Verdrängungselements übertragen wird. Die Anschlageinrichtung, mit der die Auslenkung des Verdrängungselements gestoppt wird, kann insbesondere Bestandteil der Mechanik sein.An actuator device can have a transmission or a mechanism which is driven by the actuator, in particular an SMA actuator, and which drives one or more displacement elements. As a result, a transmission, in particular a step-up or step-down, of the actuator deflection caused by the actuator can be generated in order to effect the desired deflection of the displacement element from the first to the second position. In particular, a variation of the stroke can also be implemented in this way, in that the actuator deflection is optionally transferred differently to the deflection of the displacement element becomes. The stop device with which the deflection of the displacement element is stopped can in particular be part of the mechanism.

Vorzugsweise weist die Mikrodosiereinrichtung eine Anschlageinrichtung auf, die zum Stoppen der Auslenkung des Verdrängungselements eingerichtet ist. Insbesondere ist der Anschlageinrichtung ein erster Anschlag der Mikrodosiereinrichtung zugeordnet, an dem das Verdrängungselement in der ersten Position anschlägt, und/oder ein zweiter Anschlag zugeordnet, an dem das Verdrängungselement in der zweiten Position anschlägt. Der Anschlag kann jeweils ein Bereich eines Basiskörpers der Mikrodosiereinrichtung sein. Bezeichnet man eine lineare Bewegung des Verdrängungselements als eine Bewegung von oben nach unten, sind die Richtungsbezeichnungen "oben" und "unten" mit Bezug auf eine einzelne Mikrodosiereinrichtung ausreichend definiert. Ein Anschlag kann durch einen Bereich des Bodens einer Mikrodosierkammer gebildet sein, die vorzugsweise durch eine Formgebung des Basiskörpers definiert wird, oder kann durch einen Vorsprung, einen Flansch, oder einen Abschnitt an der Mikrodosierkammer gebildet sein, der jeweils vorzugsweise durch eine Formgebung des Basiskörpers definiert wird und/oder durch ein am Basiskörper angebrachtes Bauteil definiert wird, insbesondere ein Anschlagelement. Durch den Anschlag wird die erste und/oder die zweite Position präzise definiert, insbesondere ohne dass eine hohe Präzision der Auslenkung des Aktuators erforderlich ist, solange mindestens der Hub vom Aktuator erzeugbar ist. Dieses Konzept ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, bei der Verwendung von FGL-Aktuatoren ein sehr effizienter Ansatz zur Lösung der dem Patent zugrunde gelegten Aufgabe. Vorzugsweise sind die Positionen des ersten und zweiten Anschlags in Bezug zueinander und/oder in Bezug auf den Basiskörper unveränderlich. Auf diese Weise lässt sich eine präzise arbeitende Mikrodosiereinrichtung mit konstantem Hub effizient bereitstellen bzw. herstellen.The microdosing device preferably has a stop device which is designed to stop the deflection of the displacement element. In particular, the stop device is assigned a first stop of the microdosing device, against which the displacement element hits in the first position, and / or a second stop, against which the displacement element hits in the second position. The stop can in each case be an area of a base body of the microdosing device. If a linear movement of the displacement element is referred to as a movement from top to bottom, the direction designations “up” and “down” are sufficiently defined with reference to a single microdosing device. A stop can be formed by an area of the bottom of a microdosing chamber, which is preferably defined by a shape of the base body, or can be formed by a projection, a flange, or a section on the microdosing chamber, which is preferably defined in each case by a shape of the base body and / or is defined by a component attached to the base body, in particular a stop element. The first and / or the second position is precisely defined by the stop, in particular without the need for a high degree of precision in the deflection of the actuator, as long as at least the stroke can be generated by the actuator. This concept is particularly, but not exclusively, a very efficient approach to solving the problem on which the patent is based when using SMA actuators. The positions of the first and second stops are preferably invariable in relation to one another and / or in relation to the base body. In this way, a precisely working microdosing device with a constant stroke can be efficiently provided or manufactured.

Die Anschlageinrichtung kann mindestens einen Anschlag mit veränderlicher Anschlagsposition aufweisen, so dass durch die veränderliche Position mindestens eines Anschlags die erste und/oder zweite Position veränderlich sein kann. Dazu kann ein Anschlagelement an einem Basiskörper der Mikrodosiereinrichtung vorgesehen sein, dessen Anschlagfläche in ihrer Position bezüglich des Basiskörpers veränderlich ist. Das Anschlagelement kann insbesondere ein Gewinde aufweisen, um schraubenartig im Basiskörper versenkbar und ausfahrbar zu sein, oder kann einen rotierbaren Exzenter aufweisen, der je nach Rotationsstellung eine andere Anschlaghöhe und damit anderen Hub bietet. Das veränderliche Anschlagelement kann durch einen Antrieb automatisch verstellbar ausgeführt sein, und kann insbesondere mittels einer elektrischen Steuereinrichtung steuerbar sein. Es kann aber auch manuell verstellbar sein.The stop device can have at least one stop with a variable stop position, so that the first and / or second position can be variable due to the variable position of at least one stop. For this purpose, a stop element can be provided on a base body of the microdosing device, whose stop surface is variable in its position with respect to the base body. The stop element can in particular have a thread in order to be screw-like countersunk and extendable in the base body, or can have a rotatable eccentric which, depending on the rotational position, offers a different stop height and thus a different stroke. The variable stop element can be designed to be automatically adjustable by a drive and can in particular be controllable by means of an electrical control device. However, it can also be adjusted manually.

Die Mikrodosiereinrichtung bzw. eine Mikrodosiervorrichtung weist vorzugsweise einen Basiskörper auf. Der Basiskörper ist vorzugsweise integral gebildet, kann aber auch mehrteilig ausgebildet sein. Er besteht vorzugsweise aus Metall, Kunststoff oder Keramik, oder weist solche Werkstoffe auf. Das Herstellungsverfahren der Mikrodosiereinrichtung sieht insbesondere vor, dass die Herstellung des durch ein Urformverfahren, insbesondere ein Gießverfahren erfolgt, so dass der Basiskörper oder seine Bestandteile vorzugsweise durch ein Urformverfahren gebildet oder gegossen ist. Der Basiskörper bildet insbesondere mindestens eine Mikrodosierkammer. Der Basiskörper kann ein erstes Teil aufweisen, das mindestens eine Fluidkammer bildet. Ein zweites Teil des Basiskörpers kann vorgesehen sein, um mit dem ersten Teil verbunden zu werden. Der zweite Teil kann insbesondere mindestens einen Führungsabschnitt oder Führungskanal aufweisen, um das Verdrängungselement bei der Auslenkung zu führen und an einer senkrechten Längsrichtung der Mikrodosierkammer auszurichten. Zwischen dem ersten und zweiten Teil kann eine Membran angeordnet werden, insbesondere befestigt werden, insbesondere durch Klemmen zwischen dem ersten und zweiten Teil befestigt werden. Die Membran kann insbesondere die Fluidkammer abdichten und/oder kann insbesondere als Rückstellelement für das Rückstellen des Verdrängungselements von der zweiten in die erste Position dienen. Das zweite Teil kann insbesondere als Träger für die Aktuatoreinrichtung bzw. den einen oder die mehreren Aktuatoren eingerichtet sein, die insbesondere am zweiten Teil verankert sein können. Das erste und/oder das zweite Teil können jeweils den ersten und/oder den zweiten Anschlag aufweisen, mit dem die erste und zweite Position definiert werden.The microdosing device or a microdosing device preferably has a base body. The base body is preferably formed integrally, but can also be formed in several parts. It is preferably made of metal, plastic or ceramic, or has such materials. The manufacturing method of the microdosing device provides, in particular, that the manufacturing takes place by a primary molding method, in particular a casting method, so that the base body or its components is preferably formed or cast by a primary molding method. In particular, the base body forms at least one microdosing chamber. The base body can have a first part which forms at least one fluid chamber. A second part of the base body can be provided in order to be connected to the first part. The second part can in particular have at least one guide section or guide channel in order to guide the displacement element during the deflection and to align it with a perpendicular longitudinal direction of the microdosing chamber. A membrane can be arranged between the first and second part, in particular fastened, in particular fastened by clamping between the first and second part. The membrane can in particular seal the fluid chamber and / or can in particular serve as a restoring element for restoring the displacement element from the second to the first position. The second part can in particular be set up as a carrier for the actuator device or the one or more actuators, which can in particular be anchored to the second part. The first and / or the second part can each have the first and / or the second stop with which the first and second positions are defined.

Das Verdrängungselement ist insbesondere ein Kolben-artiges Teil. Die Form des Verdrängungselements ist vorzugsweise an seine Auslenkung mithilfe einer Führungseinrichtung angepasst. Insbesondere kann das Verdrängungselement zylinderförmig sein oder einen oder mehrere zylinderförmige Abschnitte aufweisen. Es kann aber auch einen anders geformten Querschnitt -gemessen zur Längsachse durch die Mikrodosiereinrichtung- aufweisen, insbesondere einen ellipsoiden, dreieckigen, rechteckigen, quadratischen, oder mehreckigen Querschnitt. Die gegebenenfalls eine Membran oder eine Bodenfläche der Fluidkammer kontaktierende und auf diese nach unten stoßende Fläche des Verdrängungselements kann abgerundete Kanten aufweisen, um eine Beschädigung der Membran zu verhindern, zudem kann ein Dämpfungselement am Verdrängungselement angeordnet sein, um den Stoß bei Bedarf zu dämpfen. Das Verdrängungselement ist insbesondere solide ausgestaltet, im Gegensatz zur optional vorgesehenen verformbaren Membran. Das Verdrängungselement darf nicht mit der vorzugsweise vorgesehenen Membran verwechselt werden. Durch die solide Bauweise ist es möglich, die Anschlageinrichtung zum Stoppen des Verdrängungselements präzise und dauerhaft zuverlässig zu realisieren. Das Verdrängungselement ist vorzugsweise aus Metall gefertigt, es kann aber auch aus einem Kunststoff oder einem Verbundmaterial gefertigt sein.The displacement element is in particular a piston-like part. The shape of the displacement element is preferably adapted to its deflection with the aid of a guide device. In particular, the displacement element can be cylindrical or have one or more cylindrical sections. However, it can also have a differently shaped cross-section, measured to the longitudinal axis through the microdosing device, in particular an ellipsoidal, triangular, rectangular, square or polygonal cross-section. The surface of the displacement element that possibly contacts a membrane or a bottom surface of the fluid chamber and abuts this downward can have rounded edges to prevent damage to the membrane, and a damping element can be arranged on the displacement element to dampen the shock if necessary. The displacement element is particularly solid, in contrast to the optionally provided deformable membrane. The displacement element must not be confused with the membrane that is preferably provided. The solid construction makes it possible to implement the stop device for stopping the displacement element precisely and reliably over the long term. The displacement element is preferably made of metal, but it can also be made of a plastic or a composite material.

Eine Mikrodosierkammer weist einen Innenraum auf, der zur zumindest teilweisen Aufnahme des Verdrängungselements ausgebildet ist. Der Innenraum wird insbesondere durch mindestens einen Wandabschnitt eines Basiskörpers gebildet, kann aber auch durch ein Einsatzelement gebildet sein, das in den Basiskörper eingesetzt wird oder dort angebracht wird. Der Innenraum kann zylinderförmig geformt sein, oder kann einen rechteckigen bzw. quadratischen Querschnitt senkrecht zur Achse der Auslenkung aufweisen. Mindestens eine Wand der Mikrodosierkammer kann als Teil einer Führungseinrichtung ausgebildet sein, die das Verdrängungselement während der Auslenkung führt. Vorzugsweise weist die Mikrodosiereinrichtung eine Führungseinrichtung auf, die das Verdrängungselement während der Auslenkung führt. Mindestens ein Anschlag kann durch einen Wandabschnitt der Mikrodosierkammer gebildet sein.A microdosing chamber has an interior that is designed to at least partially accommodate the displacement element. The interior space is formed in particular by at least one wall section of a base body, but can also be formed by an insert element which is inserted into the base body or is attached there. The interior space can be shaped like a cylinder or can have a rectangular or square cross section perpendicular to the axis of the deflection. At least one wall of the microdosing chamber can be designed as part of a guide device which guides the displacement element during the deflection. The microdosing device preferably has a guide device which guides the displacement element during the deflection. At least one stop can be formed by a wall section of the microdosing chamber.

Die Fluidkammer kann eine Mikrodosierkammer sein, kann aber auch eine größere Fluidkammer sein mit einem maximalen Innenraum im Bereich von insbesondere 5 µl bis 1000 µl. Die Fluidkammer kann einer Pipettiervorrichtung bzw. einem Dispenser zum Dosieren von größeren Volumina im Bereich von insbesondere 5 µl bis 1000 µl zugeordnet sein. Die Mikrodosiereinrichtung kann insbesondere in eine solche Pipettiervorrichtung bzw. einem Dispenser zum Dosieren von größeren Volumina integriert sein, indem das Verdrängungselement insbesondere in eine Wand der Fluidkammer oder in ein Kolbenelement oder einen die Fluidkammer fluidisch kontaktierenden Fluidkanal eingebaut ist und insbesondere das Verdrängungselement durch Auslenkung ein Mikrovolumen in der Fluidkammer stoßartig verdrängt. Abgesehen von der Größe des Innenraums muss sich eine größere Fluidkammer (Makrodosierkammer) nicht von einer Mikrodosierkammer unterscheiden. Im Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Erfindung lassen sich bevorzugte Ausgestaltungen der Mikrodosierkammer auch auf eine Makrodosierkammer übertragen.The fluid chamber can be a microdosing chamber, but it can also be a larger fluid chamber with a maximum internal space in the range in particular from 5 μl to 1000 μl. The fluid chamber can be assigned to a pipetting device or a dispenser for dosing larger volumes in the range in particular from 5 μl to 1000 μl. The microdosing device can in particular be integrated into such a pipetting device or a dispenser for dosing larger volumes, in that the displacement element is installed in particular in a wall of the fluid chamber or in a piston element or a fluid channel that makes fluid contact with the fluid chamber, and in particular the displacement element creates a microvolume by deflecting it displaced abruptly in the fluid chamber. Apart from the size of the interior space, a larger fluid chamber (macro-dosing chamber) does not have to differ from a micro-dosing chamber. In the context of the description of the present invention, preferred configurations of the micro-metering chamber can also be transferred to a macro-metering chamber.

Die Fluidkammer weist insbesondere eine Eingriffsöffnung zum Eingriff des Verdrängungselements auf, das sich während der Auslenkung durch die Eingriffsöffnung in die Fluidkammer erstreckt. Die Eingriffsöffnung weist senkrecht zur Auslenkungsrichtung vorzugsweise einen Querschnitt auf, der den Maßen, insbesondere dem Durchmesser, und/oder der Form des Verdrängungselements entspricht. Insbesondere kann die Eingriffsöffnung eines im Wesentlichen zylinderartigen Verdrängungselements ebenfalls zylinderförmig sein.The fluid chamber has in particular an engagement opening for engagement of the displacement element, which during the deflection extends through the engagement opening into the fluid chamber. The engagement opening preferably has a cross section perpendicular to the direction of deflection which corresponds to the dimensions, in particular the diameter, and / or the shape of the displacement element. In particular, the engagement opening of an essentially cylinder-like displacement element can also be cylindrical.

Vorzugsweise weist die Mikrodosiereinrichtung eine Dichtungseinrichtung auf, durch die die Eingriffsöffnung fluiddicht abgedichtet wird, und/oder durch die der Innenraum der Fluidkammer bzw. der Mikrodosierkammer fluiddicht abgedichtet wird, insbesondere in jeder Position des Verdrängungselements relativ zum Basiskörper. Die Dichtungseinrichtung kann mindestens ein Dichtungselement aufweisen, insbesondere eine elastische Dichtung, oder eine Membran, wie im weiteren beschrieben.The microdosing device preferably has a sealing device by which the engagement opening is sealed fluid-tight and / or by which the interior of the fluid chamber or the microdosing chamber is sealed fluid-tight, in particular in every position of the displacement element relative to the base body. The sealing device can have at least one sealing element, in particular an elastic seal, or a membrane, as described below.

Die Mikrodosiereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, dass das Innenraumvolumen V_Mikrodosierkammer einer Mikrodosierkammer, das in der ersten Position V_Mikrodosierkammer=V1 beträgt, durch die Auslenkung des Verdrängungselements reduziert wird und in der zweiten Position V_Mikrodosierkammer=V2 beträgt, wobei 0 <= V2 <= 0,5*V1 bzw. 0 <= C <= 0,5 mit C=V2/V1. Im Grenzfall wird also im Wesentlichen der gesamte Innenraum der Mikrodosierkammer verdrängt und auf Null reduziert. Insbesondere bei Verwendung einer Membran als Dichtungselement ist C aber von Null verschieden.The microdosing device is preferably set up so that the interior volume V_Mikrodosierkammer a microdosing chamber that is in the first Position V_Mikrodosierkammer = V1, is reduced by the deflection of the displacement element and in the second position V_Mikrodosierkammer = V2, where 0 <= V2 <= 0.5 * V1 or 0 <= C <= 0.5 with C = V2 / V1. In the borderline case, essentially the entire interior of the microdosing chamber is displaced and reduced to zero. In particular when using a membrane as a sealing element, however, C is different from zero.

Die Dichtungseinrichtung beinhaltet vorzugsweise eine Membran, die elastisch verformbar ist, und die die Eingriffsöffnung abdichtet und die zwischen dem Innenraum der Fluidkammer und dem Verdrängungselement angeordnet ist.The sealing device preferably includes a membrane which is elastically deformable and which seals the engagement opening and which is arranged between the interior of the fluid chamber and the displacement element.

Vorzugsweise weist die Mikrodosiereinrichtung eine Membran auf. Diese Membran wird zusätzlich zum Verdrängungselement vorgesehen.The microdosing device preferably has a membrane. This membrane is provided in addition to the displacement element.

Vorzugsweise weist die Mikrodosiereinrichtung ein Rückstellelement auf, das elastisch verformbar ist und das durch die Auslenkung gespannt wird, und mit dem auf das Verdrängungselement eine Rückstellkraft ausübbar ist, um dieses nach der Auslenkung von der zweiten Position in die erste Position zurückzustellen. Insbesondere kann die als Dichtungselement dienende Membran auch das Rückstellelement der Mikrodosiereinrichtung sein. Alternativ kann das Rückstellelement eine Feder sein, die zwischen Basiskörper und Verdrängungselement angeordnet ist. Ferner kann das Rückstellelement ein Aktuator sein, der insbesondere von der elektrischen Steuereinrichtung angesteuert wird. Wie ausgeführt, kann ein elastisch verformbares Bauteil auch als Antriebselement der Auslenkung angeordnet werden, das vom Aktuator gespannt wird.The microdosing device preferably has a resetting element which is elastically deformable and which is tensioned by the deflection and with which a resetting force can be exerted on the displacement element in order to reset it after the deflection from the second position to the first position. In particular, the membrane serving as a sealing element can also be the restoring element of the microdosing device. Alternatively, the restoring element can be a spring which is arranged between the base body and the displacement element. Furthermore, the resetting element can be an actuator which is controlled in particular by the electrical control device. As stated, an elastically deformable component can also be arranged as a drive element of the deflection, which is tensioned by the actuator.

Eine als Dichtungselement und/oder als Rückstellelement dienende Membran besteht vorzugsweise aus Polydimethylsiloxan (PDMS), insbesondere flexiblen oder hochflexiblem PDMS oder Silikon, oder weist solches Material auf. Die Dicke der Membran beträgt vorzugsweise zwischen 50 µm und 500 µm, vorzugsweise zwischen 100 µm und 300 µm, vorzugsweise zwischen 150 µm und 250 µm, und vorzugsweise etwa 200 µm.A membrane serving as a sealing element and / or as a restoring element is preferably made of polydimethylsiloxane (PDMS), in particular flexible or highly flexible PDMS or silicone, or has such a material. The thickness of the membrane is preferably between 50 μm and 500 μm, preferably between 100 μm and 300 μm, preferably between 150 μm and 250 μm, and preferably about 200 μm.

Vorzugsweise Mikrodosiereinrichtung weist vorzugsweise einen verschließbaren Bypasskanal auf, der im geöffneten Zustand den Innenraum der Fluidkammer mit dem Außenraum verbindet, insbesondere der Umgebung. Der Bypasskanal dient insbesondere zum Ventilieren der Fluidkammer bzw. zum Druckausgleich des mit dem Bypasskanal fluidisch verbundenen bzw. wahlweise verbindbaren Fluidkanals.The microdosing device preferably has a closable bypass channel which, in the open state, connects the interior of the fluid chamber to the exterior, in particular the environment. The bypass channel is used in particular to ventilate the fluid chamber or to equalize the pressure of the fluid channel that is fluidically connected or optionally connectable to the bypass channel.

In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Mikrodosiereinrichtung zur wiederholten Abgabe eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe eingerichtet und weist zu diesem Zweck vorzugsweise mindestens ein Ventil auf. Die Mikrodosiereinrichtung weist vorzugsweise ein Wechselventil auf. Vorzugsweise ist ein Wechselventil vorgesehen, das insbesondere als Schieberventil ausgeführt ist. Es können auch ein oder mehrere Ventile, insbesondere steuerbare Ventile und/oder Einwegventile vorgesehen sein. Vorzugsweise wird durch das Wechselventil der Innenraum der Mikrodosierkammer wahlweise mit der Auslassöffnung des Fluidkanals oder mit dem Bypasskanal verbunden, der mit dem Außenraum fluidisch verbunden ist.In further preferred embodiments, the microdosing device is set up for repeated delivery of a microdosing volume of a fluid sample and for this purpose preferably has at least one valve. The microdosing device preferably has a shuttle valve. A shuttle valve is preferably provided, which is designed in particular as a slide valve. One or more valves, in particular controllable valves and / or one-way valves, can also be provided. Preferably, the interior of the microdosing chamber is optionally connected by the shuttle valve to the outlet opening of the fluid channel or to the bypass channel which is fluidically connected to the exterior.

In bevorzugten Ausführungsformen ist eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung auch zur Aufnahme einer Fluidprobe eingerichtet, indem die Fluidprobe durch das Rückstellen des Verdrängungselements von der zweiten Position in die erste Position angesaugt wird, insbesondere entweder in den Fluidkanal oder -über einen anderen Kanal - in die Fluidkammer angesaugt wird.In preferred embodiments, a microdosing device according to the invention is also set up to receive a fluid sample in that the fluid sample is sucked in by resetting the displacement element from the second position to the first position, in particular either in the fluid channel or - via another channel - in the fluid chamber .

Vorzugsweise ist die Mikrodosiereinrichtung als eine Pipettiereinrichtung ausgebildet, mit der über den Fluidkanal eine Fluidprobe ansaugbar und abgebbar ist. Das Ansaugen kann durch ein (herkömmliches) Kolbenelement einer handgehaltenen Kolbenhubpipette bzw. eines Dispensers erfolgen. Vorzugsweise ist die Mikrodosiereinrichtung dazu ausgebildet, dass das Verdrängungselement wahlweise ein Mikrovolumen eines Fluids ansaugt oder verdrängt.The microdosing device is preferably designed as a pipetting device with which a fluid sample can be sucked in and dispensed via the fluid channel. The suction can be carried out by a (conventional) piston element of a hand-held piston stroke pipette or a dispenser. The microdosing device is preferably designed so that the displacement element selectively sucks in or displaces a microvolume of a fluid.

Die Mikrodosiereinrichtung ist vorzugsweise nach dem Luftpolsterprinzip ausgebildet, und die Fluidkammer ist mit dem Fluid "Luft" gefüllt.The microdosing device is preferably designed according to the air cushion principle, and the fluid chamber is filled with the fluid “air”.

Die Mikrodosiereinrichtung kann aber auch nach dem Direktverdrängerprinzip ausgebildet sein, wobei die Fluidkammer mit einer flüssigen oder viskosen Substanz gefüllt ist, deren Mikrovolumen durch Auslenkung verdrängt wird.The microdosing device can, however, also be designed according to the positive displacement principle, the fluid chamber being filled with a liquid or viscous substance, the microvolume of which is displaced by deflection.

Eine Pipettiervorrichtung zur dosierten Aufnahme und Abgabe von Fluidproben, weist vorzugsweise auf: eine Kolbenkammer, einen in der Kolbenkammer angeordneten, beweglichen Kolben zum Ansaugen eines Fluids in die Kolbenkammer und zur Abgabe des Fluids aus der Kolbenkammer, einen Pipettierkanal, der die Kolbenkammer mit dem Außenraum der Kolbenkammer verbindet, und eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung, deren Fluidkanal mit der Kolbenkammer und/oder dem Pipettierkanal verbindbar ist, so dass von der Pipettiervorrichtung mittels der Mikrodosiereinrichtung ein Mikrodosiervolumen einer Fluidprobe dosierbar und in Form eines Mikrofluidjets über den Pipettierkanal an den Außenraum abgebbar ist.A pipetting device for the metered uptake and dispensing of fluid samples preferably has: a piston chamber, a movable piston arranged in the piston chamber for sucking in a fluid into the piston chamber and for dispensing the fluid from the piston chamber, a pipetting channel that connects the piston chamber with the outer space the piston chamber connects, and a microdosing device according to the invention, the fluid channel of which can be connected to the piston chamber and / or the pipetting channel, so that a microdosing volume of a fluid sample can be metered by the pipetting device by means of the microdosing device and delivered to the outside space in the form of a microfluid jet via the pipetting channel.

Die Erfindung betrifft ferner eine Pipettiervorrichtung mit mindestens einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls, aufweisend eine Fluidkammer, einen Fluidkanal, der das Innere der Fluidkammer mit einem Außenraum verbindet und der der Aufnahme des Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe dient, ein Verdrängungselement, das zur Auslenkung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position und zum Verdrängen eines Mikrovolumens der Fluidkammer eingerichtet ist, wobei die Mikrodosiereinrichtung einen Formgedächtnismaterial-Aktuator aufweist, der zur Auslenkung des Verdrängungselements angeordnet ist, und wobei die Mikrodosiereinrichtung dazu eingerichtet ist, dass durch das Verdrängen des Mikrovolumens aus der Fluidkammer die Abgabe des Mikrodosiervolumens in Form eines Mikrofreistrahls in den Außenraum bewirkt wird, wobei die Pipettiervorrichtung einen Kolbenantrieb, insbesondere einen elektrischen Motor, und einen durch diesen Kolbenantrieb angetriebenen Kolben aufweist, der das Verdrängungselement bildet, wobei die Fluidkammer die Kolbenkammer zur Aufnahme des innerhalb der Kolbenkammer beweglich angeordneten Kolbens bildet, so dass insbesondere Kolben und Kolbenkammer nach Art einer konventionellen Kolbenhubpipette oder nach Art eines konventionellen Dispensers arbeiten.The invention further relates to a pipetting device with at least one microdosing device according to the invention for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet, having a fluid chamber, a fluid channel which connects the interior of the fluid chamber with an outer space and which serves to accommodate the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element , which is set up to deflect between a first position and a second position and to displace a micro-volume of the fluid chamber, wherein the microdosing device has a shape memory material actuator which is arranged to deflect the displacement element, and wherein the microdosing device is set up so that the Displacement of the micro-volume from the fluid chamber causes the micro-dosing volume to be dispensed in the form of a micro-free jet into the outer space, the pipetting device having a piston drive, in particular an electric one hen motor, and a piston driven by this piston drive, which forms the displacement element, the fluid chamber forming the piston chamber for receiving the piston which is movably arranged within the piston chamber, so that in particular the piston and piston chambers operate in the manner of a conventional piston stroke pipette or in the manner of a conventional dispenser.

Dabei ist der Formgedächtnismaterial-Aktuator vorzugsweise zwischen dem als Verdrängungselement dienenden Kolben und dem Kolbenantrieb, also insbesondere dem elektrischen Motor, angeordnet. Vorzugsweise weist die Pipettiervorrichtung eine vom Kolbenantrieb angetriebene Antriebsspindel auf, und insbesondere eine Kolbenkupplung. Der Formgedächtnismaterial-Aktuator ist vorzugsweise zwischen dem Ende der Antriebsspindel und der Kolbenkupplung angeordnet, insbesondere schwimmend bzw. beweglich, oder oberhalb (in der logischen Antriebskette) der Kupplung zwischen Kolben und Spindel angeordnet, insbesondere schwimmend bzw. beweglich. Insbesondere kann der Kolben einen ersten Kolbenabschnitt aufweisen, welcher dem Fluidkanal zugewandt ist und der als das Verdrängungselement arbeitet, zudem insbesondere ein zweites Kolbenteil, insbesondere einen zweiten Kolbenabschnitt, der vom Kolbenantrieb, insbesondere dem elektrischen Motor, angetrieben wird, wobei der Formgedächtnismaterial-Aktuator vorzugsweise so zwischen dem ersten Kolbenabschnitt und dem zweiten Kolbenteil angeordnet ist, dass das zweite Kolbenteil als Widerlager dient, wenn der Formgedächtnismaterial-Aktuator aktuiert wird und den ersten Kolbenabschnitt gegenüber dem zweiten Kolbenteil auslenkt, um das Mikrodosiervolumen auszugeben. Durch solche Ausführungsformen kann eine Pipettievorrichtung einerseits in herkömmlicher Weise, also mittels Kolbenantrieb, zur Ausgabe größerer Volumina, insbesondere größer als 1 µl z.B. bis mehrere 10 µl oder bis 1 ml, und andererseits zu Abgabe von Mikrodosiervolumina betrieben werden.The shape memory material actuator is preferably arranged between the piston serving as a displacement element and the piston drive, that is to say in particular the electric motor. The pipetting device preferably has a drive spindle driven by the piston drive, and in particular a piston coupling. The shape memory material actuator is preferably arranged between the end of the drive spindle and the piston coupling, in particular floating or movable, or above (in the logical drive chain) the coupling between the piston and spindle, in particular floating or movable. In particular, the piston can have a first piston section which faces the fluid channel and which works as the displacement element, in addition, in particular a second piston part, in particular a second piston section, which is driven by the piston drive, in particular the electric motor, the shape memory material actuator preferably is arranged between the first piston section and the second piston part so that the second piston part serves as an abutment when the shape memory material actuator is actuated and deflects the first piston section with respect to the second piston part in order to dispense the microdosing volume. With such embodiments, a pipetting device can be operated on the one hand in a conventional manner, i.e. by means of a piston drive, for dispensing larger volumes, in particular larger than 1 μl, e.g. up to several 10 μl or up to 1 ml, and on the other hand for dispensing microdosing volumes.

Anstelle eines elektrischen Motors kann zur Realisierung eines Kolbenantriebs, insbesondere bei einer als Dispenser ausgebildeten Pipettiervorrichtung, dieser Formgedächtnismaterial-Aktuator oder mehrere dieser Formgedächtnismaterial-Aktuatoren verwendet werden, so dass die Bewegung des (konventionellen) Kolbens durch einen oder mehrere Formgedächtnismaterial-Aktuatoren erfolgt.Instead of an electric motor, this shape memory material actuator or several of these shape memory material actuators can be used to implement a piston drive, in particular in the case of a pipetting device designed as a dispenser, so that the movement of the (conventional) piston is carried out by one or more shape memory material actuators.

Ebenso wäre, insbesondere bei einer als Dispenser ausgebildeten Pipettiervorrichtung möglich, dass ein Formgedächtnismaterial-Aktuator die (konventionelle) Kolbenkammer gegenüber dem Kolben bewegt.Likewise, especially in the case of a pipetting device designed as a dispenser, it would be possible for a shape memory material actuator to move the (conventional) piston chamber relative to the piston.

Die Erfindung betrifft ferner Mikrodosiereinrichtung zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls, aufweisend eine Fluidkammer, einen Fluidkanal, der das Innere der Fluidkammer mit einem Außenraum verbindet und der der Aufnahme des Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe dient, ein Verdrängungselement, das zur Auslenkung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position und zum Verdrängen eines Mikrovolumens der Fluidkammer eingerichtet ist, wobei die Mikrodosiereinrichtung einen Formgedächtnismaterial-Aktuator aufweist, der zur Auslenkung des Verdrängungselements angeordnet ist, und wobei die Mikrodosiereinrichtung dazu eingerichtet ist, dass durch das Verdrängen des Mikrovolumens aus der Fluidkammer die Abgabe des Mikrodosiervolumens in Form eines Mikrofreistrahls in den Außenraum bewirkt wird, wobei das Verdrängungselement zumindest teilweise oder vollständig durch diesen Formgedächtnismaterial-Aktuator gebildet wird. Dadurch lässt sich eine kompakte und effiziente Mikrodosiereinrichtung gestalten.The invention further relates to microdosing device for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet, having a fluid chamber, a fluid channel that connects the interior of the fluid chamber with an outer space and that serves to accommodate the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element that is used for deflection between a first position and a second position and is set up to displace a micro volume of the fluid chamber, wherein the microdosing device has a shape memory material actuator which is arranged to deflect the displacement element, and wherein the microdosing device is set up so that by displacing the microvolume from the fluid chamber the delivery of the microdosing volume is effected in the form of a micro-free jet into the outer space, the displacement element being at least partially or completely formed by this shape memory material actuator. This allows a compact and efficient microdosing device to be designed.

Eine typische Verwendung der Mikrodosiereinrichtung liegt in der Dosierung von biologischen, biochemischen, chemischen oder medizinischen Fluidproben in einem Labor.A typical use of the microdosing device is in the dosing of biological, biochemical, chemical or medical fluid samples in a laboratory.

Eine Mikrodosiervorrichtung zum Erzeugen eines kombinierten Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls, weist auf: mindestens eine erste und eine zweite Mikrodosiereinrichtung, die insbesondere jeweils eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung ist, wobei die erste Mikrodosiereinrichtung eine erste Fluidkammer und ein erstes Verdrängungselement aufweist, dass zum Verdrängen eines ersten Mikrovolumens der ersten Fluidkammer eingerichtet ist, und wobei die zweite Mikrodosiereinrichtung eine zweite Fluidkammer und ein zweites Verdrängungselement aufweist, dass zum Verdrängen eines zweiten Mikrovolumens der zweite Fluidkammer eingerichtet ist, einen Fluidkanal, der das Innere der ersten und zweiten Fluidkammer mit einem Außenraum verbindet und der der Aufnahme des Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe dient, wobei die Mikrodosiervorrichtung eine Aktuatoreinrichtung aufweist, welche zur synchronisierten Auslenkung des ersten und des zweiten Verdrängungselements eingerichtet ist, und wobei die Mikrodosiervorrichtung dazu eingerichtet ist, dass durch das synchronisierte Verdrängen des ersten und zweiten Mikrovolumens aus der ersten und zweiten Fluidkammer die Abgabe eines kombinierten Mikrodosiervolumens in Form eines Mikrofreistrahls in den Außenraum bewirkt wird. Die Mikrodosiervorrichtung kann Bestandteil eines anderen Geräts sein, insbesondere einer Pipettiervorrichtung. Die Mikrodosiervorrichtung kann ferner als Pipetteireinrichtung eingerichtet sein, die insbesondere für das Ansaugen einer Fluidprobe aus dem Außenraum, z.B. aus einem externene Flüssigkeitsbehälter, in den Fluidkanal oder in ein mit diesem verbundenen Pipettierbehälter eingerichtet ist.A microdosing device for generating a combined microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet has: at least a first and a second microdosing device, each of which is in particular a microdosing device according to the invention, the first microdosing device having a first fluid chamber and a first displacement element that is used to displace one first microvolume of the first fluid chamber is set up, and wherein the second microdosing device has a second fluid chamber and a second displacement element that is set up to displace a second microvolume of the second fluid chamber, a fluid channel that the interior of the first and second fluid chamber connects to an outer space and which serves to receive the microdosing volume of a fluid sample, wherein the microdosing device has an actuator device which is set up for the synchronized deflection of the first and the second displacement element, and wherein the microdosing device is set up so that the synchronized displacement of the first and second microvolume from the first and second fluid chambers, the delivery of a combined microdosing volume in the form of a microfree jet into the outer space is effected. The microdosing device can be part of another device, in particular a pipetting device. The microdosing device can furthermore be set up as a pipette device which is set up in particular for sucking in a fluid sample from the outer space, for example from an external liquid container, into the fluid channel or into a pipetting container connected to it.

Die Mikrodosiereinrichtung, oder die Mikrodosiervorrichtung oder die Pipettiervorrichtung, die eine Mikrodosiereinrichtung aufweist, oder ein externes Gerät weist eine elektrische Steuereinrichtung auf, um den Aktuator bzw. den FGL-Aktuator zu steuern. Es handelt sich insbesondere um eine interne Steuereinrichtung, wenn diese nicht in einem externen Gerät angeordnet ist. Die Mikrodosiereinrichtung weist vorzugsweise eine elektrische Spannungsquelle, insbesondere eine Batterie auf, um den Aktuator bzw. den FGL-Aktuator mit Energie zu versorgen. Alternativ oder zusätzlich ist eine Schnittstelle zum Anschluss einer externen Spannungsquelle vorgesehen. Ein externes Gerät oder externes Teil ist kein Bestandteil der Mikrodosiereinrichtung und kann insbesondere durch eine Verbindungseinrichtung, z.B. Kabel, mit der Mikrodosiereinrichtung verbindbar oder verbunden sein. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, den Aktuator zu steuern, um die Auslenkung des Verdrängungselements von der ersten Position in die zweite Position zu bewirken. Er kann zusätzlich oder alternativ auch dazu eingerichtet sein, die Auslenkung des Verdrängungselements von der zweiten Position in die erste Position zu bewirken. Dabei ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, dass der Aktuator eine Kraft auf das Verdrängungselement ausübt, die das Verdrängungselement von der ersten Position in die zweite Position bewegt, insbesondere beschleunigt. Vorzugsweise wird der Aktuator von der Steuereinrichtung so gesteuert, dass der Aktuator eine Kraft auf das Verdrängungselement auch dann ausübt, nachdem das Verdrängungselement die zweite Position erreicht hat, insbesondere indem es an einem zweiten Anschlag einer Anschlageinrichtung anschlägt. Insbesondere wenn das Verdrängungselement bis zum Erreichen der zweiten Position beschleunigt, dort abrupt gestoppt wird und in der zweiten Position insbesondere noch für einen vorbestimmten Zeitraum mit einer Kraft beaufschlagt wird, wird ein Stoß bzw. eine stoßartige Verdrängung des Fluids in der Fluidkammer erzeugt. Dadurch wird der Mikrofreistrahl zuverlässig und mit dem gewünschten Mikrodosiervolumen erzeugt.The microdosing device, or the microdosing device or the pipetting device, which has a microdosing device, or an external device has an electrical control device in order to control the actuator or the SMA actuator. In particular, it is an internal control device if it is not arranged in an external device. The microdosing device preferably has an electrical voltage source, in particular a battery, in order to supply the actuator or the SMA actuator with energy. Alternatively or additionally, an interface for connecting an external voltage source is provided. An external device or external part is not part of the microdosing device and can in particular be or can be connected to the microdosing device by a connecting device, for example a cable. The control device is set up to control the actuator in order to effect the displacement of the displacement element from the first position into the second position. In addition or as an alternative, it can also be set up to cause the displacement element to be deflected from the second position into the first position. The control device is preferably set up so that the actuator exerts a force on the displacement element which moves the displacement element from the first position into the second position, in particular accelerates it. The actuator is preferably controlled by the control device in such a way that the actuator exerts a force exerts on the displacement element even after the displacement element has reached the second position, in particular by striking a second stop of a stop device. In particular, when the displacement element accelerates until it reaches the second position, is stopped abruptly there and a force is applied in the second position, in particular for a predetermined period of time, a shock or shock-like displacement of the fluid in the fluid chamber is generated. As a result, the microfree jet is generated reliably and with the desired microdosing volume.

Alternativ kann die Mikrodosiereinrichtung ein elastisch verformbares Antriebselement aufweisen, insbesondere eine Feder, das durch den Aktuator gespannt wird, insbesondere elastisch komprimiert oder expandiert wird, und das durch seine Entspannung die Kraft auf das Verdrängungselement ausübt, die das Verdrängungselement von der ersten Position in die zweite Position bewegt. Dabei kann das Verdrängungselements in der zweiten Position durch eine Fixierungseinrichtung lösbar fixiert sein, insbesondere arretiert sein. Es kann eine Auslöseeinrichtung vorgesehen sein, um die Fixierung zu lösen, damit das Antriebselement die Auslenkung durchführt.Alternatively, the microdosing device can have an elastically deformable drive element, in particular a spring, which is tensioned by the actuator, in particular is elastically compressed or expanded, and which, through its relaxation, exerts the force on the displacement element that moves the displacement element from the first position into the second Position moved. The displacement element can be releasably fixed, in particular locked, in the second position by a fixing device. A release device can be provided in order to release the fixation so that the drive element carries out the deflection.

Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Auslenkung eines FGL-Aktuators von der ersten in die zweite Position zu steuern. Dazu ist der FGL-Aktuator insbesondere an einer ersten Kontaktstelle und einer zweiten Kontaktstelle elektrisch kontaktiert, um bei Anliegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Kontaktstellen von einem Strom durchflossen zu werden, der den FGL-Aktuator erwärmt, um durch den Formgedächtniseffekt (FGE) die Auslenkung zu bewirken. Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, um den zeitlichen Verlauf und die Amplitude der am FGL-Aktuator angelegten Spannung vorzugeben. Die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, den FGL-Aktuator mit einem sehr kurzen Spannungs- bzw. Stromimpuls zu aktivieren. Die Zeitspanne beträgt 1 ms bis 100 ms, vorzugsweise einige 10 Millisekunden (ms), vorzugsweise 10 ms bis 100 ms, insbesondere etwa 10 ms. Dadurch wird ein schnelles Auslenken des FGL-Aktuators erreicht. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den FGL-Aktuator, insbesondere nach einer Zeitspanne des Aktivierens, durch eine Pulsweitenmodulation anzusteuern. Dies erfolgt insbesondere so, dass die effektive Spannung soweit gedrosselt wird, dass die Schaltposition bzw. die mechanische Spannung des FGL-Aktuators gerade gehalten werden kann.The control device is set up to control the deflection of an SMA actuator from the first to the second position. For this purpose, the SMA actuator is electrically contacted, in particular at a first contact point and a second contact point, in order to have a current flowing through it when an electrical voltage is applied between the two contact points, which heats the SMA actuator in order to use the shape memory effect (FGE) To cause deflection. The control device is set up in particular to specify the time profile and the amplitude of the voltage applied to the SMA actuator. The control device is set up to activate the SMA actuator with a very short voltage or current pulse. The time span is 1 ms to 100 ms, preferably a few 10 milliseconds (ms), preferably 10 ms to 100 ms, in particular about 10 ms. This enables the SMA actuator to be deflected quickly. The control device is preferably set up to control the SMA actuator, in particular after a period of activation, to be controlled by a pulse width modulation. This is done in particular in such a way that the effective voltage is throttled to such an extent that the switching position or the mechanical tension of the SMA actuator can just be maintained.

Die Steuereinrichtung weist insbesondere eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung auf, insbesondere eine CPU oder einen Mikroprozessor. Die Steuereinrichtung kann programmgesteuert sein, insbesondere mittels Programmparameter, die Zeitpunkt und/oder Art der Auslenkung des Verdrängungselements der Mikrodosiereinrichtung festlegen. Es ist aber auch möglich, die Steuerung der Mikrodosiereinrichtung durch analogelektronische Ansteuerung des Aktuators zu realisieren, also ohne eine Datenverarbeitungseinrichtung.The control device has in particular an electronic data processing device, in particular a CPU or a microprocessor. The control device can be program-controlled, in particular by means of program parameters, which determine the point in time and / or type of deflection of the displacement element of the microdosing device. However, it is also possible to control the microdosing device by means of analog-electronic control of the actuator, that is to say without a data processing device.

Die Mikrodosiereinrichtung, oder die Mikrodosiervorrichtung oder die Pipettiervorrichtung, die eine Mikrodosiereinrichtung aufweist, oder ein externes Gerät, weist vorzugsweise eine Benutzerschnittstelleneinrichtung auf, mit der ein Benutzer die elektrische Steuereinrichtung steuert, insbesondere indem er die zur Steuerung der Mikrodosiereinrichtung verwendeten, insbesondere Steuersignale erzeugenden, Programmparameter durch Benutzereingaben beeinflusst oder indem er, im Fall einer analogelektronischen Steuerung, die Abgabe oder Aufnahme des gewünschten Mikrodosiervolumens und die Erzeugung der Steuersignale auslöst, die den Aktuator aktivieren und/oder deaktivieren. Die Benutzerschnittstelleneinrichtung kann jeweils einen oder mehrere elektrische Schalter, Knöpfe und/oder Sensoren aufweisen, und kann Ausgabeeinrichtungen, z.B. Anzeigen, insbesondere ein Display aufweisen.The microdosing device, or the microdosing device or the pipetting device, which has a microdosing device, or an external device, preferably has a user interface device with which a user controls the electrical control device, in particular by using the program parameters that are used to control the microdosing device, in particular that generate control signals influenced by user inputs or, in the case of an analog electronic control, it triggers the delivery or intake of the desired microdosing volume and the generation of the control signals that activate and / or deactivate the actuator. The user interface device can each have one or more electrical switches, buttons and / or sensors, and can have output devices, e.g. displays, in particular a display.

Die Steuereinrichtung kann mindestens eine elektrische Schnittstelle aufweisen, mit der Steuersignale austauschbar sind, insbesondere mit einem externen Gerät austauschbar sind. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, von einem externen Gerät gesteuert zu werden, so dass die Steuereinrichtung, und damit die Mikrodosiereinrichtung oder Mikrodosiervorrichtung von einem externen Gerät mittels der elektrischen Schnittstelle steuerbar ist. Die Steuereinrichtung kann insbesondere als Steuerungsschnittstelle zwischen der Steuereinrichtung eines externen Geräts und mindestens einer Mikrodosiereinrichtung bzw. einer Mikrodosiervorrichtung ausgebildet sein. Die Steuerungsschnittstelle kann eine elektrische Schaltung aufweisen, um mindestens einen Aktuator der aus mindestens einer Mikrodosiereinrichtung in Abhängigkeit von einem Steuersignal mit Spannung zu beaufschlagen. Das Steuersignal kann dabei von einer internen Steuereinrichtung oder einer externen Steuereinrichtung erzeugt werden. Die Spannungsversorgung für mindestens einen Aktuator aus mindestens einer Mikrodosiereinrichtung kann in die Steuereinrichtung integriert sein oder kann über die mindestens eine elektrische Schnittstelle realisiert werden.The control device can have at least one electrical interface with which control signals can be exchanged, in particular can be exchanged with an external device. In particular, the control device can be set up to be controlled by an external device, so that the control device, and thus the microdosing device or microdosing device, can be controlled by an external device by means of the electrical interface. The control device can in particular be used as a control interface between the control device of an external device and be formed at least one microdosing device or a microdosing device. The control interface can have an electrical circuit in order to apply voltage to at least one actuator of the at least one microdosing device as a function of a control signal. The control signal can be generated by an internal control device or an external control device. The voltage supply for at least one actuator from at least one microdosing device can be integrated into the control device or can be implemented via the at least one electrical interface.

Die elektrische Schnittstelle kann zum Senden und/oder Empfangen von elektrischen Signalen, insbesondere von Daten, ausgebildet sein. Der Signalaustausch kann über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindungseinrichtung erfolgen. Insbesondere wenn eine interne Steuereinrichtung über eine elektrische Schnittstelle mit dem Gerät, insbesondere der Pipettiervorrichtung, mittels einer Verbindungseinrichtung verbindbar oder temporär verbunden ist, so wird dieses Gerät als externes Gerät bezeichnet.The electrical interface can be designed to send and / or receive electrical signals, in particular data. The signal exchange can take place via a wired or wireless connection device. In particular, if an internal control device can be or is temporarily connected to the device, in particular the pipetting device, via an electrical interface by means of a connecting device, this device is referred to as an external device.

Das externe Gerät kann eine Pipettiervorrichtung sein, insbesondere eine portable, handgehaltene Pipettiervorrichtung bzw. eine handgehaltene Pipette oder ein handgehaltener Dispenser. Falls die Mikrodosiereinrichtung in eine Piepttiervorrichtung integriert ist, wird die Pipettiervorrichtung nicht als externes Gerät bezeichnet. Die Mikrodosiereinrichtung oder eine Mikrodosiervorrichtung kann ein eigenständiges bzw. autonom arbeitendes Gerät sein, das grundsätzlich ohne Vermittlung eines externen Gerätes betrieben werden kann. Die Mikrodosiereinrichtung oder eine Mikrodosiervorrichtung kann aber auch als Modul eines externen Gerätes ausgebildet sein. Das Modul zeichnet sich dadurch aus, dass es -insbesondere ausschließlich- in Abhängigkeit vom externen Gerät betrieben wird bzw. betreibbar ist, indem insbesondere eine Steuereinrichtung des externen Geräts die Auslenkung mindestens eines Verdrängungselementes mindestens einer Mikrodosiereinrichtung steuert.
Vorzugsweise weist eine Mikrodosiereinrichtung einen konstanten Hub des Verdrängungselements auf, der durch die Differenz der ersten und zweiten Position definiert ist. Dabei wird der Hub insbesondere nicht durch eine Änderung der Spannung variiert, die an einen Aktuator, insbesondere FGL-Aktuator, angelegt wird. Vielmehr ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, den Aktuator stets mit derselben Spannung anzusteuern bzw. stets denselben Hub des Verdrängungselements auszuführen. Auf diese Weise können sich insbesondere hysterese-bedingte oder altersbedingte Veränderungen der Aktuator-Charakteristik (Spannungs-Auslenkungskurve oder Kraft-Auslenkungskurve) weniger kritische auf die gewünschte konstante Auslenkung auswirken. Insbesondere zur Durchführung eines konstanten Hubs ist ein FGL-Aktuator besonders geeignet. Die Mikrodosiereinrichtung arbeitet durch den konstanten Hub besonders präzise.
The external device can be a pipetting device, in particular a portable, hand-held pipetting device or a hand-held pipette or a hand-held dispenser. If the microdosing device is integrated in a beeper device, the pipetting device is not referred to as an external device. The microdosing device or a microdosing device can be a stand-alone or autonomously operating device that can basically be operated without the intermediation of an external device. The microdosing device or a microdosing device can, however, also be designed as a module of an external device. The module is characterized in that it is operated or can be operated — in particular exclusively — as a function of the external device, in that in particular a control device of the external device controls the deflection of at least one displacement element of at least one microdosing device.
A microdosing device preferably has a constant stroke of the displacement element which is defined by the difference between the first and second positions. In particular, the stroke is not varied by changing the voltage that is applied to an actuator, in particular an SMA actuator. Rather is the control device is preferably set up to always control the actuator with the same voltage or to always execute the same stroke of the displacement element. In this way, hysteresis-related or age-related changes in the actuator characteristics (voltage-deflection curve or force-deflection curve) in particular can have less critical effects on the desired constant deflection. An SMA actuator is particularly suitable for performing a constant stroke. The microdosing device works particularly precisely thanks to the constant stroke.

Zudem ist vorgesehen, insbesondere bei einer Mikrodosiervorrichtung mit mehr als einer Mikrodosiereinrichtung, dass mehrere Mikrodosiereinrichtungen mit konstantem Hub ein kombiniertes Mikrodosiervolumen erzeugen. Dieses kann variiert werden, indem unterschiedliche Kombinationen von Mikrodosiereinrichtungen mit jeweils konstantem Hub angesteuert werden, wobei die Höhe des konstanten Hubs und/oder das jeweils durch den konstanten Hub verdrängte Mikrovolumen von der individuellen Mikrodosiereinrichtung abhängig ist. Der konstante Hub hat je Mikrodosiereinrichtung ein konstantes, verdrängtes Mikrovolumen der Mikrodosiereinrichtung zur Folge. Summiert man die einzelnen Mikrovolumina zu einem kombinierten verdrängten Mikrovolumen, so kann aufgrund der unterschiedlichen möglichen Kombinationen von verdrängten, konstanten Einzelvolumina der Mikrodosiereinrichtungen das insgesamt erzeugte kombinierte Mikrodosiervolumen variiert werden. Diese Summation erfolgt insbesondere, indem bei einer Mikrodosiervorrichtung mit mehr als einer Mikrodosiereinrichtung das jeweils verdrängte Mikrovolumen in einen gemeinsamen Fluidkanal ausgegeben wird, so dass es dort insbesondere zu einem kombinierten bzw. summierten Mikrovolumen führt. Vorzugsweise weist eine Mikrodosiervorrichtung mehrere Mikrodosiereinrichtungen mit konstantem Hub auf, die jeweils ein unterschiedliches Mikrovolumen verdrängen, insbesondere mindestens zwei der Mikrovolumina 0,1 µl, 0,2 µl, 0,4 µl und 0,8 µl. Vorzugsweise weist eine Mikrodosiervorrichtung mehrere Mikrodosiereinrichtungen mit konstantem Hub auf, die jeweils ein unterschiedliches Mikrovolumen verdrängen, insbesondere mindestens zwei der Mikrovolumina 0,05 µl, 0,1 µl, 0,15 µl, 0,2 µl, 0,25 µl, 0,3 µl, 0,35 µl, 0,4 µl, 0,45 µl, 0,5 µl, 0,55 µl, 0,6 µl, 0,65 µl, 0,7 µl, 0,75µl, 0,8 µl, 0,85 µl, 0, 9 µl und 0,95 µl, wobei auch 1,0 µl ein möglicher Wert ist.In addition, it is provided, in particular in the case of a microdosing device with more than one microdosing device, that several microdosing devices with a constant stroke generate a combined microdosing volume. This can be varied by controlling different combinations of microdosing devices each with a constant stroke, the height of the constant stroke and / or the microvolume displaced by the constant stroke depending on the individual microdosing device. The constant stroke results in a constant, displaced micro-volume of the microdosing device for each microdosing device. If the individual micro-volumes are added up to form a combined displaced micro-volume, the combined micro-dispensing volume generated overall can be varied on the basis of the different possible combinations of displaced, constant individual volumes of the microdosing devices. This summation takes place in particular in that, in a microdosing device with more than one microdosing device, the respectively displaced microvolume is output into a common fluid channel, so that it leads in particular to a combined or summed microvolume there. A microdosing device preferably has a plurality of microdosing devices with a constant stroke, each of which displaces a different microvolume, in particular at least two of the microvolumes 0.1 μl, 0.2 μl, 0.4 μl and 0.8 μl. A microdosing device preferably has several microdosing devices with a constant stroke, each of which displaces a different microvolume, in particular at least two of the microvolumes 0.05 µl, 0.1 µl, 0.15 µl, 0.2 µl, 0.25 µl, 0, 3 µl, 0.35 µl, 0.4 µl, 0.45 µl, 0.5 µl, 0.55 µl, 0.6 µl, 0.65 µl, 0.7 µl, 0.75 µl, 0.8 µl, 0.85 µl, 0.9 µl and 0.95 µl, 1.0 µl is also a possible value.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtungen und weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den Figuren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Wesentlichen gleiche Bauteile.Further preferred configurations of the microdosing devices according to the invention and further aspects of the invention emerge from the following description of the exemplary embodiments in connection with the figures. The same reference symbols denote essentially the same components.

Es zeigen:

  • Fig. 1a und 1b zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 2a und 2b zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 3a und 3b zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 4a und 4b zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 5a, 5b und 5c zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 6a und 6b zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 7a, 7b und 7c zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 8a und 8b zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem achten Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 9a und 9b zeigen jeweils in einer schematischen Perspektivansicht eine Aktuatoreinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung.
  • Fig. 9c zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Aktuatoreinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung.
  • Fig. 10 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Aktuatoreinrichtung mit angeschlossener elektrischer Steuereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung.
  • Fig. 11a, 11b und 11c zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine Pipettiervorrichtung mit angeschlossener erfindungsgemäßer Mikrodosiereinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
  • Fig. 12 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Pipettiervorrichtung mit Dosiervorrichtung, die mehrere beispielhafte erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtungen aufweist und die zur zur Erzeugung eines kombinierten Mikrodosiervolumens eingerichtet ist.
  • Fig. 13 zeigt in einer seitlichen Querschnittsansicht eine weitere Pipettiervorrichtung mit Dosiervorrichtung, die mehrere beispielhafte erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtungen und Ventile aufweist und die zur zur Erzeugung eines kombinierten Mikrodosiervolumens eingerichtet ist.
  • Fig. 14 zeigt in einer Detailansicht der Fig. 13 eines der dort vorgesehenen Ventile.
  • Fig. 15 zeigt in einer schematischen Seitenansicht eine Pipettiervorrichtung, wie in Fig. 13 gezeigt, die zu ihrer Steuerung an eine elektrische Steuereinrichtung angeschlossen ist.
  • Fig. 16 zeigt eine Tabelle mit Werten möglicher kombinierter Mikrodosiervolumina, die mittels der variierten Kombination verdrängter, verschieden großer Mikrovolumina verschiedener Mikrodosiereinrichtungen der Pipettiervorrichtung aus Fig. 13 erzeugbar sind.
  • Fig. 17 zeigt eine typische Kraft-Auslenkungs-Kennlinie eines FGL-Aktuators, der mit einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung in einem Ausführungsbeispiel verwendet wird.
  • Fig. 18 zeigt ein Diagramm des Ergebnisses einer Dynamischen Differenzkalorimetrie (engl. DSC) zur Bestimmung der Phasenübergangs- oder Schalttemperaturen eines in einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendeten NiTi-Formgedächtnismaterials.
  • Fig. 19 zeigt ein Diagramm mit einer Kraft-Auslenkungs-Kennlinie eines Formgedächtnismaterial-Aktuator für eine beispielhafte Mikrodosiereinrichtung gemäß der Erfindung.
  • Fig. 20 zeigt ein Diagramm mit Kraft-Auslenkungs-Kennlinien zweier Formgedächtnismaterial-Aktuator für zwei beispielhafte Mikrodosiereinrichtung gemäß der Erfindung.
Show it:
  • Figures 1a and 1b each show a schematic side view of a microdosing device according to the invention according to a first exemplary embodiment.
  • Figures 2a and 2b each show a schematic side view of a microdosing device according to the invention in accordance with a second exemplary embodiment.
  • Figures 3a and 3b each show a schematic side view of a microdosing device according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment.
  • Figures 4a and 4b each show a schematic side view of a microdosing device according to the invention according to a fourth embodiment.
  • Figures 5a, 5b and 5c each show a schematic side view of a microdosing device according to the invention in accordance with a fifth exemplary embodiment.
  • Figures 6a and 6b each show a schematic side view of a microdosing device according to the invention according to a sixth embodiment.
  • Figures 7a, 7b and 7c each show a schematic side view of a microdosing device according to the invention according to a seventh embodiment.
  • Figures 8a and 8b each show a schematic side view of a microdosing device according to the invention in accordance with an eighth embodiment.
  • Figures 9a and 9b each show in a schematic perspective view an actuator device according to an embodiment as part of a microdosing device according to the invention.
  • Figure 9c shows in a schematic perspective view an actuator device according to a further embodiment as part of a microdosing device according to the invention.
  • Fig. 10 shows in a schematic perspective view an actuator device with a connected electrical control device according to an embodiment as part of a microdosing device according to the invention.
  • Figures 11a, 11b and 11c each show a schematic side view of a pipetting device with a connected microdosing device according to the invention according to a further exemplary embodiment.
  • Fig. 12 shows a schematic side view of a pipetting device with a metering device, which has several exemplary microdosing devices according to the invention and which is set up to generate a combined microdosing volume.
  • Fig. 13 shows in a lateral cross-sectional view a further pipetting device with metering device, the several exemplary having microdosing devices according to the invention and valves and which is set up to generate a combined microdosing volume.
  • Fig. 14 shows in a detailed view of the Fig. 13 one of the valves provided there.
  • Fig. 15 shows a schematic side view of a pipetting device as in FIG Fig. 13 shown, which is connected to an electrical control device for its control.
  • Fig. 16 shows a table with values of possible combined microdosing volumes, which by means of the varied combination of displaced, differently sized microvolumes of different microdosing devices of the pipetting device Fig. 13 are producible.
  • Fig. 17 shows a typical force-deflection characteristic curve of a SMA actuator which is used with a microdosing device according to the invention in an exemplary embodiment.
  • Fig. 18 shows a diagram of the result of a dynamic differential calorimetry (English. DSC) for determining the phase transition or switching temperatures of a NiTi shape memory material used in a microdosing device according to the invention according to an embodiment.
  • Fig. 19 shows a diagram with a force-deflection characteristic of a shape memory material actuator for an exemplary microdosing device according to the invention.
  • Fig. 20 shows a diagram with force-deflection characteristics of two shape memory material actuators for two exemplary microdosing devices according to the invention.

Die Figuren 1a bis 8b zeigen jeweils eine beispielhafte, erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung, entweder in der ersten Position P1 (jeweils Figur "a") oder in der zweiten Position P2 (jeweils Figur "b") des Verdrängungselements. Die Figuren 11a bis 13 zeigen, wie eine solche Mikrodosiereinrichtung in eine Pipettiervorrichtung oder eine Mikrodosiervorrichtung integriert sein kann.The Figures 1a to 8b each show an exemplary microdosing device according to the invention, either in the first position P1 (each figure “a”) or in the second position P2 (each figure “b”) of the displacement element. The Figures 11a to 13 show how such a microdosing device can be integrated into a pipetting device or a microdosing device.

Figur 1a zeigt, in der ersten Position P1, und Fig. 1b in der zweiten Position P2 des Verdrängungselements 13, die Mikrodosiereinrichtung 10, die hier als Direktverdränger eingerichtet ist. Figur 2a zeigt, in der ersten Position P1, und Fig. 2b in der zweiten Position P2 des Verdrängungselements 23, die Mikrodosiereinrichtung 20, die nach dem Luftpolsterprinzip eingerichtet ist. Figure 1a shows, in the first position P1, and Figure 1b in the second position P2 of the displacement element 13, the microdosing device 10, which is set up here as a positive displacement device. Figure 2a shows, in the first position P1, and Figure 2b in the second position P2 of the displacement element 23, the microdosing device 20, which is set up according to the air cushion principle.

Die Mikrodosiereinrichtung 10 bzw. 20 dient jeweils dem Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls 99. Die Mikrodosiereinrichtung weist eine als Mikrodosierkammer 11 bzw. 21 ausgebildete Fluidkammer auf, einen Fluidkanal 12 bzw. 22, der das Innere der Mikrodosierkammer mit einem Außenraum verbindet und der der Aufnahme des Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe dient, ein Verdrängungselement 13 bzw. 23, das zur Auslenkung zwischen der ersten Position P1 und der zweiten Position P2 und zum Verdrängen eines Mikrovolumens der Mikrodosierkammer eingerichtet ist. Die Mikrodosiereinrichtung 10 bzw. 20 weist eine Anschlageinrichtung 14a, 14b bzw. 24a, 24b auf, die zum Stoppen der Auslenkung des Verdrängungselements eingerichtet ist, und einen Aktuator 15 bzw. 25, der zur Auslenkung des Verdrängungselements angeordnet ist.The microdosing device 10 or 20 is used to generate a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet 99. The microdosing device has a fluid chamber designed as a microdosing chamber 11 or 21, a fluid channel 12 or 22, which connects the interior of the microdosing chamber with an outside space and which is used to receive the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element 13 or 23, which is set up to deflect between the first position P1 and the second position P2 and to displace a microvolume of the microdosing chamber. The microdosing device 10 or 20 has a stop device 14a, 14b or 24a, 24b, which is set up to stop the deflection of the displacement element, and an actuator 15 or 25, which is arranged to deflect the displacement element.

Die Anschlageinrichtung weist jeweils einen ersten Anschlag 14a bzw. 24a auf, der an einem Vorsprung des Basiskörpers 16 bzw. 26 der Mikrodosiereinrichtung ausgebildet ist. Durch den ersten Anschlag wird die erste Position P1 konstruktiv vorgegeben. Die Anschlageinrichtung weist zudem jeweils einen zweiten Anschlag 14b bzw. 24b auf, der durch einen Bodenabschnitt des Basiskörpers 16 bzw. 26 der Mikrodosiereinrichtung ausgebildet ist. Durch den zweiten Anschlag wird die zweite Position P2 konstruktiv vorgegeben. Die lineare Bewegung des Verdrängungselements wird von den beiden Anschlägen auf den Bereich zwischen P1 und P2 begrenzt. Insbesondere wird das Verdrängungselement durch das Anschlagen am zweiten Anschlag abrupt gestoppt. Dazu wird der Aktuator insbesondere so betrieben, dass das Verdrängungselement gegen den zweiten Anschlag gepresst wird, zumindest für eine kurze Zeitspanne. Dies lässt sich insbesondere durch einen Formgedächtnismaterial-Aktuator vorteilhaft realisieren. Durch diese Maßnahmen wird die Bildung des Freistrahls 99 begünstigt: die Mikrodosiereinrichtung ist dazu eingerichtet, dass durch das Verdrängen des Mikrovolumens aus der Mikrodosierkammer die Abgabe des Mikrodosiervolumens 99 in Form eines Mikrofreistrahls in den Außenraum bewirkt wird.The stop device has a first stop 14a or 24a, which is formed on a projection of the base body 16 or 26 of the microdosing device. The first position P1 is structurally predetermined by the first stop. The stop device also has a second stop 14b or 24b, which is formed by a bottom section of the base body 16 or 26 of the microdosing device. The second position P2 is structurally predetermined by the second stop. The linear movement of the displacement element is limited by the two stops to the area between P1 and P2. In particular, that will Displacement element stopped abruptly by striking the second stop. For this purpose, the actuator is operated in particular in such a way that the displacement element is pressed against the second stop, at least for a short period of time. This can be advantageously implemented, in particular, by a shape memory material actuator. These measures promote the formation of the free jet 99: the microdosing device is set up so that by displacing the microvolume from the microdosing chamber, the microdosing volume 99 is released in the form of a microdosing into the outside space.

Die Fluidkammer ist insbesondere als Mikrodosierkammer eingerichtet: das in Fig. 1a vorliegende maximale Innenvolumen der Fluidkammer liegt bei 2 µl oder weniger. In Fig. 1b ist das Innenvolumen auf Null reduziert: die Fluidkammer wird hier im Wesentlichen vollständig vom Verdrängungselement belegt. Die Fluidkammer ist definitionsgemäß vorzugsweise der Anteil eines strukturell vorgegeben Raums des Basiskörpers, der in der ersten Position des Verdrängungselements vom zu verdrängenden Fluid (z.B. Luft oder Flüssigkeit) eingenommen wird. Der mit dem Bezugszeichen 11' versehene obere Randbereich der Fluidkammer, in den das Verdrängungselement bei der Bewegung von der ersten in die zweite Position eingreift, wird deshalb als Eingriffsöffnung 11' der Fluidkammer bezeichnet. Analog dazu weisen die in den weiteren Figuren gezeigten Mikrodosiereinrichtung die Eingriffsöffnungen 21', 31', 41', 51', 61', 71' auf.The fluid chamber is set up in particular as a microdosing chamber: the one in Fig. 1a present maximum internal volume of the fluid chamber is 2 μl or less. In Figure 1b the internal volume is reduced to zero: the fluid chamber is here essentially completely occupied by the displacement element. By definition, the fluid chamber is preferably that portion of a structurally predetermined space of the base body that is occupied by the fluid to be displaced (eg air or liquid) in the first position of the displacement element. The upper edge region of the fluid chamber, which is provided with the reference numeral 11 'and in which the displacement element engages during the movement from the first to the second position, is therefore referred to as the engagement opening 11' of the fluid chamber. Analogously to this, the microdosing devices shown in the other figures have the engagement openings 21 ', 31', 41 ', 51', 61 ', 71'.

Die Bestandteile der Mikrodosiereinrichtung 10 bzw. 20 sind im Wesentlichen innerhalb des Basiskörpers 16 bzw. 26 der Mikrodosiereinrichtung angeordnet, insbesondere in der ersten und zweiten Position des Verdrängungselements bzw. in dessen erster oder zweiter Position (nicht gezeigt). Dadurch lässt sich vorteilhaft eine modulare Bauweise der Mikrodosiereinrichtung realisieren.The components of the microdosing device 10 or 20 are arranged essentially within the base body 16 or 26 of the microdosing device, in particular in the first and second position of the displacement element or in its first or second position (not shown). As a result, a modular design of the microdosing device can advantageously be implemented.

Das in Fig. 1b als Freistrahl zu erzeugende Mikrodosiervolumen 99 einer flüssigen Laborprobe, z.B. einer wässrigen Lösung oder Suspension, ist gemäß dem Direktverdrängerprinzip in der Position P1 in der Fluidkammer 11 enthalten und wird durch die Aktuierung des Aktuators 15 stoßartig und als Freistrahl durch den Fluidkanal 12 aus der Fluidkammer abgegeben.This in Figure 1b Microdosing volume 99 of a liquid laboratory sample, e.g. an aqueous solution or suspension, to be generated as a free jet, is contained in position P1 in the fluid chamber 11 according to the positive displacement principle and is released from the fluid chamber in a jolt-like manner through the actuation of the actuator 15 as a free jet through the fluid channel 12 .

Im Fall der Mikrodosiereinrichtung 20 in Fig. 2a und 2b ist die als Freistrahl zu erzeugende Mikrodosiervolumen 99 einer flüssigen Laborprobe, z.B. einer wässrigen Lösung oder Suspension, im Pipettierbehälter 98 enthalten. Gemäß dem Luftpolsterprinzip ist in der Position P1 in der Fluidkammer 21 eine Luftmenge in der Fluidkammer 21 enthalten, die durch die Aktuierung des Aktuators 25 stoßartig durch den Fluidkanal 22 aus der Fluidkammer abgegeben wird. Durch den in das Innere des Pipettierbehälters eindringenden Mikro-Luft-Jet wird ein ensprechendes Mikrovolumen verdrängt, so dass das Mikrodosiervolumen 99 als Freistrahl aus dem Pipettierbehälter gestoßen wird.In the case of the microdosing device 20 in Figures 2a and 2b the microdosing volume 99 of a liquid laboratory sample, for example an aqueous solution or suspension, to be generated as a free jet is contained in the pipetting container 98. According to the air cushion principle, an amount of air is contained in the fluid chamber 21 in the fluid chamber 21 in the position P1, which air is discharged from the fluid chamber through the fluid channel 22 in a jolting manner through the actuation of the actuator 25. A corresponding micro-volume is displaced by the micro-air jet penetrating into the interior of the pipetting container, so that the microdosing volume 99 is pushed out of the pipetting container as a free jet.

Die im Weiteren beschriebenen Ausführungsbeispiele von Mikrodosiereinrichtungen können entweder als Direktverdränger oder nach dem Luftpolsterprinzip ausgebildet sein, ohne das dies jeweils ausdrücklich erwähnt wird.The exemplary embodiments of microdosing devices described below can be designed either as positive displacement devices or according to the air cushion principle, without this being expressly mentioned in each case.

Fig. 3a zeigt eine Mikrodosiereinrichtung 30 zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls (99), aufweisend eine Fluidkammer 31, einen Fluidkanal 32, der das Innere der Fluidkammer mit einem Außenraum verbindet und der der Aufnahme des Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe dient, ein Verdrängungselement 33, das zur Auslenkung zwischen einer ersten Position P1 und einer zweiten Position P2 und zum Verdrängen eines Mikrovolumens der Fluidkammer eingerichtet ist. Die Mikrodosiereinrichtung 30 weist einen Formgedächtnismaterial-Aktuator 35 auf, der zur Auslenkung des Verdrängungselements angeordnet ist, und ist dazu eingerichtet ist, dass durch das Verdrängen des Mikrovolumens aus der Fluidkammer die Abgabe des Mikrodosiervolumens in Form eines Mikrofreistrahls 99 in den Außenraum bewirkt wird. Fig. 3a shows a microdosing device 30 for generating a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet (99), having a fluid chamber 31, a fluid channel 32 which connects the interior of the fluid chamber with an outer space and which serves to receive the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element 33, which is set up to deflect between a first position P1 and a second position P2 and to displace a micro-volume of the fluid chamber. The microdosing device 30 has a shape memory material actuator 35, which is arranged to deflect the displacement element, and is set up so that the displacement of the microdosing volume from the fluid chamber causes the microdosing volume in the form of a microfree jet 99 to be released into the outside space.

Die Funktionsweise der Mikrodosiereinrichtung in Fig. 3a, 3b entspricht jener in Fig. 1a, 1b: durch den zweiten Anschlag 34b wird das Verdrängungselement abrupt gestoppt und der Freistrahl erzeugt. Begünstigt wird das durch die Arbeitsweise des Formgedächtnismaterial-Aktuator 35:
Mittels einer Verbindungseinrichtung, insbesondere mittels eines Kopplungselements 38, z.B. einer Klemme, ist der Formgedächtnismaterial-Aktuator 35 fest mit dem Basiskörper 36 verbunden, insbesondere ist ein erstes Ende des Formgedächtnismaterial-Aktuator an einer ersten Verbindungsstelle mit dem Basiskörper verbunden und ein zweites Ende des Formgedächtnismaterial-Aktuator an einer zweiten Verbindungsstelle mit dem Basiskörper verbunden.
The functionality of the microdosing device in Figures 3a, 3b corresponds to that in Figures 1a, 1b : the displacement element is stopped abruptly by the second stop 34b and the free jet is generated. This is favored by the way the shape memory material actuator 35 works:
The shape memory material actuator 35 is firmly connected to the base body 36 by means of a connecting device, in particular by means of a coupling element 38, e.g. a clamp, in particular a first end of the shape memory material actuator is connected to the base body at a first connection point and a second end is connected to the shape memory material -Actuator connected to the base body at a second connection point.

Das Verdrängungselement 33 liegt in Fig. 3a am ersten (oberen) Anschlag an - dies kann durch ein Rückstellelement, einen zweiten Aktuator oder eine Halteeinrichtung, insbesondere Arretierung (jeweils nicht gezeigt), erreicht werden. Der Formgedächtnismaterial-Aktuator 35 liegt auf einem Auflageabschnitt 33a des Verdrängungselements 33 auf. Der Formgedächtnismaterial-Aktuator 35 kann draht- bzw. stegförmig sein, und wird in diesem Fall vorzugsweise durch eine Führungseinrichtung, z.B. einen U-förmigen Abschnitt 85a' (vgl. Fig. 9c) am Verdrängungselement geführt. Er könnte auch am Auflageabschnitt fixiert bzw. unverlierbar gehalten werden, indem er z.B. durch eine Öffnung des Auflageabschnitts geführt wird. Alternativ sind andere Anordnungen einer Aktuatoreinrichtung umsetzbar, die vorangehend bereits beschrieben wurden bzw. noch beschrieben werden.The displacement element 33 lies in Fig. 3a on the first (upper) stop - this can be achieved by a return element, a second actuator or a holding device, in particular a locking device (not shown in each case). The shape memory material actuator 35 rests on a support section 33 a of the displacement element 33. The shape memory material actuator 35 can be wire-shaped or web-shaped, and in this case is preferably supported by a guide device, for example a U-shaped section 85a '(cf. Figure 9c ) guided on the displacement element. It could also be fixed or held captive on the support section, for example by being guided through an opening in the support section. Alternatively, other arrangements of an actuator device can be implemented, which have already been or will be described above.

Eine Kontraktion des Formgedächtnismaterial-Aktuator 35 führt dazu, dass das Verdrängungselement 33 in kürzester Zeit, also impulsartig, von der ersten in die zweite Position bewegt wird.A contraction of the shape memory material actuator 35 leads to the displacement element 33 being moved from the first to the second position in a very short time, that is to say in a pulse-like manner.

Das Formgedächtnismaterial-Aktuator ist eine Legierung auf Basis von TiNiCu, die im Vergleich zum herkömmlichen NiTi noch ermüdungsresistenter ist und damit eine vorteilhafte Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit des Formgedächtnismaterial-Aktuators bietet. Die Phasenübergangs- oder Schalttemperaturen des Materials werden mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (engl. DSC) bestimmt, siehe Diagramm der Fig. 18. In dieser Messung erscheint der für die Aktuierung wichtige Phasenübergang als Peak. Aus dem Diagramm lässt sich entnehmen, dass für ein Schalten des Aktuators die Temperatur des Aktuators auf mindestens 67 °C erhöht werden muss; für das Zurückstellen muss die Temperatur wiederum auf höchstens 50 °C gesenkt werden.The shape memory material actuator is an alloy based on TiNiCu, which is even more fatigue-resistant than conventional NiTi and thus offers advantageous long-term stability and reliability of the shape memory material actuator. The phase transition or switching temperatures of the material are determined by means of dynamic differential calorimetry (DSC), see diagram of Fig. 18 . In this measurement, the phase transition that is important for actuation appears as a peak. The diagram shows that the temperature of the actuator must be increased to at least 67 ° C in order to switch the actuator; to reset the temperature, the temperature must again be reduced to a maximum of 50 ° C.

Unterhalb der materialspezifischen kritischen Temperatur 50 °C befindet sich der Formgedächtnismaterial-Aktuator insbesondere in der Martensit-Phase und lässt sich bereits durch geringe Kräfte (scheinbar) plastisch verformen. In diesem Zustand befindet sich der Formgedächtnismaterial-Aktuator in der in Fig. 3a gezeigten ersten Position des Verdrängungselements. Der Formgedächtnismaterial-Aktuator kann in der ersten Position insbesondere so angeordnet sein, dass er unter einer mechanischen Spannung steht. Er kann aber auch entspannt sein. Beim Aufheizen auf die weitere kritische Temperatur 67°C wird innerhalb von Millisekunden die ursprüngliche Bauteilgestalt wiederhergestellt, das Material verhält sich dann wie ein gewöhnliches Metall entsprechend dem Hookschen Gesetz. Die kritischen Temperaturen des Formgedächtnismaterial-Aktuator sind einstellbar, indem ein elektrischer Strom I das Formgedächtnismaterial-Aktuator durchfliesst. Dazu ist eine Spannungsversorgung 88 vorgesehen, mit der sich ein durch den Formgedächtnismaterial-Aktuator führender Stromkreis wahlweise zum Aufheizen schließen lässt (Fig. 3b) oder zum Abkühlen des Formgedächtnismaterial-Aktuator öffnen lässt (Fig. 3a).Below the material-specific critical temperature of 50 ° C, the shape memory material actuator is particularly in the martensite phase and can (apparently) be plastically deformed by low forces. In this state, the shape memory material actuator is in the in Fig. 3a shown first position of the displacement element. The shape memory material actuator can in particular be arranged in the first position in such a way that it is under mechanical tension. But he can also be relaxed. When heated to the further critical temperature of 67 ° C, the original component shape is restored within milliseconds, and the material then behaves like an ordinary metal according to Hook's law. The critical temperatures of the shape memory material actuator can be set in that an electric current I flows through the shape memory material actuator. For this purpose, a voltage supply 88 is provided with which a circuit leading through the shape memory material actuator can be closed optionally for heating ( Figure 3b ) or lets open the shape memory material actuator to cool down ( Fig. 3a ).

Der Formgedächtnismaterial-Aktuator 35 ist vorzugsweise nicht nur in der ersten Position, sondern auch in der zweiten Position des Verdrängungselements gegenüber einer linearen Ausrichtung ausgelenkt angeordnet, insbesondere gekrümmt. Dabei entspricht die ursprüngliche Bauteilgestalt des Formgedächtnismaterial-Aktuators einer Geraden. Dadurch steht der Formgedächtnismaterial-Aktuator in der zweiten Position unter einer mechanischen Spannung, die sich als nach unten gerichtete Kraftkomponente in Richtung des Auslenkungspfeils A äußert. Durch diese Kraft wird das Verdrängungselement 33 auch in der zweiten Position, zumindest für eine bestimmte Zeitspanne, nach unten gegen den zweiten Anschlag 34 b gepresst.The shape memory material actuator 35 is preferably not only arranged in the first position but also in the second position of the displacement element so as to be deflected, in particular curved, with respect to a linear orientation. The original component shape of the shape memory material actuator corresponds to a straight line. As a result, the shape memory material actuator is under mechanical tension in the second position, which is expressed as a downward force component in the direction of the deflection arrow A. As a result of this force, the displacement element 33 is also pressed downwards against the second stop 34b in the second position, at least for a certain period of time.

Die Bestandteile der Mikrodosiereinrichtung 16 bzw. 26 sind im Wesentlichen innerhalb des Basiskörpers 36 der Mikrodosiereinrichtung angeordnet, insbesondere in der zweiten Position des Verdrängungselements. Das Verdrängungselement 33 ragt in der ersten Position aus einer Öffnung eines vom Basiskörper eingerahmten Raums hervor.The components of the microdosing device 16 and 26 are arranged essentially within the base body 36 of the microdosing device, in particular in the second position of the displacement element. In the first position, the displacement element 33 protrudes from an opening of a space framed by the base body.

Fig. 4a zeigt eine Mikrodosiereinrichtung 40, die im Wesentlichen der Mikrodosiereinrichtung 30 entspricht, die aber keine Anschlageinrichtung aufweist. Statt dessen wird der Formgedächtnismaterial-Aktuator 45 durch den Stromfluss schlagartig - und somit die Bildung des Freistrahls 99 begünstigend- in die Martensit-Phase überführt, in der der Formgedächtnismaterial-Aktuator eine lineare Anordnung hat. Das Verdrängungselement 43 weist Halteelemente 43a auf, mit denen das Verdrängungselement 43 zumindest in vertikaler Richtung, also entlang der Richtung der Auslenkung A, unbeweglich am Formgedächtnismaterial-Aktuator 45 gehalten wird. Dadurch wird die zweite Position des Verdrängungselements eindeutig definiert, wodurch die Bildung des Freistrahls 99 weiter begünstigt wird. Die erste Position kann durch die maximale Länge des am Basiskörper verankerten Formgedächtnismaterial-Aktuators definiert sein, oder durch die maximale Länge eines oder mehrerer Seilelemente (nicht gezeigt), die am Basiskörper verankert sind und so am Verdrängungselement angeordnet sind, dass dieses in der ersten Position gegen die Kraft eines Rückstellelements (nicht gezeigt in Fig. 4a, aber in Fig. 5a) am Basiskörper 46 gehalten wird. Alternativ zu einem Rückstellelement kann eine andere Rückstelleinrichtung realisiert sein, bei der ein weiterer Formgedächtnismaterial-Aktuator (nicht gezeigt) vorgesehen sein kann, der in seiner Martensit-Phase eine Form ähnlich des in Fig. 3a gezeigten Aktuators aufweist. Dabei kann eine Halteeinrichtung zum lösbaren Halten des Verdrängungselements in der ersten Position vorgesehen sein (nicht gezeigt), insbesondere eine lösbare Arretierung, so dass das Verdrängungselement mittels des weiteren Formgedächtnismaterial-Aktuators (nicht gezeigt) in die erste Position überführbar und insbesondere arretierbar ist, wobei zum Überführen des Verdrängungselements in die zweite Postion die Arretierung gelöst und das Verdrängungselement mittels des Formgedächtnismaterial-Aktuator 45 aktuiert wird. Das Lösen der Arretierung kann mittels der vorzugsweise vorgesehenen Steuereinrichtung elektronisch gesteuert erfolgen. Figure 4a shows a microdosing device 40, which essentially corresponds to the microdosing device 30, but which does not have a stop device. Instead, the shape memory material actuator 45 is suddenly transferred into the martensite phase by the flow of current - and thus promoting the formation of the free jet 99 - in which the shape memory material actuator has a linear arrangement. The displacement element 43 has holding elements 43a with which the displacement element 43 is held immovably on the shape memory material actuator 45 at least in the vertical direction, that is to say along the direction of the deflection A. This clearly defines the second position of the displacement element, which further promotes the formation of the free jet 99. The first position can be defined by the maximum length of the shape memory material actuator anchored on the base body, or by the maximum length of one or more cable elements (not shown) that are anchored on the base body and are arranged on the displacement element in such a way that it is in the first position against the force of a return element (not shown in Figure 4a , but in Figure 5a ) is held on the base body 46. As an alternative to a resetting element, another resetting device can be implemented in which a further shape memory material actuator (not shown) can be provided which, in its martensite phase, has a shape similar to that in FIG Fig. 3a having shown actuator. In this case, a holding device for releasably holding the displacement element in the first position can be provided (not shown), in particular a releasable locking device, so that the displacement element can be transferred into the first position and in particular locked in place by means of the further shape memory material actuator (not shown), with to move the displacement element into the second position, the locking is released and the displacement element is actuated by means of the shape memory material actuator 45. The locking can be released in an electronically controlled manner by means of the control device which is preferably provided.

Fig. 5a zeigt eine Mikrodosiereinrichtung 50, die im Wesentlichen der Mikrodosiereinrichtung 30 entspricht, und die eine Anschlageinrichtung aufweisen kann oder nicht aufweisen kann. Die Mikrodosiereinrichtung 50 weist ein Rückstellelement 57, hier eine Feder 57 auf, die in der ersten Position zwischen dem Basiskörper 56 und Verdrängungselement eingespannt und komprimiert ist, und dadurch das Verdrängungselement 53 insbesondere gegen dessen Gravitationskraft nach oben in die eindeutig definierte erste Position drückt. Diese kann nach oben durch einen Anschlag oder eine andere Halteeinrichtung definiert sein (nicht gezeigt). Durch das Aufheizen des Formgedächtnismaterial-Aktuators 55 über die obere kritische Temperatur erfolgt die schlagartige Aktuierung der Verdrängungselement 53, wobei die Auslenkungskraft entlang der Richtung A größer ist als die in die entgegengesetzte Richtung B weisende Rückstellkraft der Feder 57, so dass die Feder 57 weiter komprimiert wird, das Verdrängungselement schlagartig in die zweite Position überführt wird und der Freistrahl 99 abgegeben wird. Nach dem Abkühlen des Formgedächtnismaterial-Aktuator 55 auf die untere kritische Temperatur verlässt der Formgedächtnismaterial-Aktuator die Martensit-Phase, die Rückstellkraft der Feder 57 dominiert und drückt das Verdrängungselement wieder in die erste Position. Figure 5a shows a microdosing device 50, which essentially corresponds to the microdosing device 30, and which may or may not have a stop device. The microdosing device 50 has a restoring element 57, here a spring 57, which in the first position between the base body 56 and Displacement element is clamped and compressed, and thereby presses the displacement element 53, in particular against its gravitational force, upwards into the clearly defined first position. This can be defined upwards by a stop or some other holding device (not shown). By heating the shape memory material actuator 55 above the upper critical temperature, the displacement element 53 is suddenly actuated, the deflection force along direction A being greater than the restoring force of the spring 57 pointing in the opposite direction B, so that the spring 57 compresses further is, the displacement element is suddenly transferred to the second position and the free jet 99 is emitted. After the shape memory material actuator 55 has cooled to the lower critical temperature, the shape memory material actuator leaves the martensite phase, the restoring force of the spring 57 dominates and pushes the displacement element back into the first position.

Fig. 6a zeigt eine Mikrodosiereinrichtung 60, die im Wesentlichen der Mikrodosiereinrichtung 30 bzw. 50 entspricht, und die eine Anschlageinrichtung mit einem beweglichen zweiten Anschlag 64b aufweist, gegen den ein Vorsprung 63a des Verdrängungselements 63 anschlägt. Durch den beweglichen zweiten Anschlag 64b kann das Mikrovolumen der Fluidkammer eingestellt werden, indem die zweite Position P2 variabel ist. Unverändert bleibt dadurch das bevorzugte Prinzip der Figur 1a, 3a und 5a, dass das Verdrängungselement mittels Aktuator ausgelenkt wird und durch den zweiten Anschlag schlagartig gestoppt wird. Alternativ zu der hier gezeigten variabel einstellbaren Vertikalposition des zweiten Anschlags könnte auch alternativ (nicht gezeigt) ein erster Anschlag, der die erste Position definiert, eine variabel einstellbare Vertikalposition aufweisen, wobei der zweite Anschlag dann, wie z.B. in Fig. 5a als Anschlag 54b gezeigt, in der zweiten Position an einem Bodenabschnitt der Fluidkammer 61 anschlagen könnte. Figure 6a shows a microdosing device 60, which essentially corresponds to the microdosing device 30 or 50, and which has a stop device with a movable second stop 64b, against which a projection 63a of the displacement element 63 strikes. By means of the movable second stop 64b, the micro-volume of the fluid chamber can be adjusted in that the second position P2 is variable. The preferred principle of the remains unchanged Figure 1a, 3a and 5a that the displacement element is deflected by means of an actuator and is suddenly stopped by the second stop. As an alternative to the variably adjustable vertical position of the second stop shown here, a first stop which defines the first position could alternatively (not shown) have a variably adjustable vertical position, the second stop then, as in FIG Figure 5a shown as a stop 54b, could hit a bottom portion of the fluid chamber 61 in the second position.

Fig. 7a zeigt eine Mikrodosiereinrichtung 70, die im Wesentlichen der Mikrodosiereinrichtung 50 entspricht, und die zusätzlich eine Membran 79 aufweist, die anstelle einer Feder (wie der Feder 57 in Fig. 5a) als Rückstellelement 77 dient, das das Verdrängungselement 73 aus der zweiten Position in die erste Position zurückführt. Die Membran 79 dient gleichzeitig als Dichtungselement, also als Bestandteil einer Dichtungseinrichtung, durch die die Eingriffsöffnung 71' fluiddicht abgedichtet wird. Die Dichtungseinrichtung verhindert, dass die Flüssigkeitsprobe 99, die hier zunächst in einem Pipettierbehälter 98 angeordnet ist, in den Bereich des Basiskörpers gelangt, in dem das Verdrängungselement und der Aktuator angeordnet sind. Dadurch wird der Verschleiß der beweglichen Teile reduziert. Die Mikrodosiereinrichtung 70 weist eine Anschlageinrichtung 74b auf, die hier als obere Kante 74b des Basiskörpers 76 ausgebildet ist, an der ein Vorsprung 73a des Verdrängungselement in der zweiten Position anschlägt. Die Anschlageinrichtung ist so ausgestaltet, dass die beim Stoppen des Verdrängungselements wirkenden Kräfte vorzugsweise überwiegend, insbesondere vollständig, vom Basiskörper 76 absorbiert werden. Dagegen werden diese Kräfte überwiegend, insbesondere vollständig, nicht auf die Membran 79 übertragen, indem die untere Fläche 73b des Verdrängungslements überwiegend, insbesondere vollständig, ein Anschlagen auf der Membran vermeidet. Auf diese Weise wird eine Beschädigung der Membran vermieden und der Betrieb der Dosiereinrichtung ist dauerhaft zuverlässig. Figure 7a shows a microdosing device 70, which essentially corresponds to the microdosing device 50, and which additionally has a membrane 79, which instead of a spring (like the spring 57 in FIG Figure 5a ) serves as a restoring element 77, which returns the displacement element 73 from the second position to the first position. The Membrane 79 serves at the same time as a sealing element, that is to say as part of a sealing device through which the engagement opening 71 'is sealed in a fluid-tight manner. The sealing device prevents the liquid sample 99, which is initially arranged in a pipetting container 98 here, from reaching the area of the base body in which the displacement element and the actuator are arranged. This reduces the wear and tear on the moving parts. The microdosing device 70 has a stop device 74b, which is designed here as an upper edge 74b of the base body 76, against which a projection 73a of the displacement element strikes in the second position. The stop device is designed such that the forces acting when the displacement element is stopped are preferably predominantly, in particular completely, absorbed by the base body 76. In contrast, these forces are predominantly, in particular completely, not transmitted to the membrane 79, in that the lower surface 73b of the displacement element predominantly, in particular completely, avoids hitting the membrane. In this way, damage to the membrane is avoided and the operation of the metering device is permanently reliable.

Die Figur 8a zeigt eine Mikrodosiereinrichtung 80, die Aspekte der Mikrodosiereinrichtungen in Figur 3a und 7a umsetzt. Die Mikrodosiereinrichtung 80 dient dem Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls (99), und weist eine Fluidkammer 81 auf,einen Fluidkanal 82, der das Innere der Fluidkammer mit einem Außenraum verbindet und der der Aufnahme des Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe dient, ein Verdrängungselement 83, das zur Auslenkung zwischen einer ersten Position P1 und einer zweiten Position P2 und zum Verdrängen eines Mikrovolumens der Fluidkammer eingerichtet ist. Dabei weist die Mikrodosiereinrichtung einen Formgedächtnismaterial-Aktuator 85 auf, der zur Auslenkung des Verdrängungselements angeordnet ist, und ist dazu eingerichtet, dass durch das Verdrängen des Mikrovolumens aus der Fluidkammer die Abgabe des Mikrodosiervolumens in Form eines Mikrofreistrahls in den Außenraum bewirkt wird. Die Fluidkammer ist als Mikrodosierkammer ausgebildet, die z.B. ein maximales Innenvolumen der Fluidkammer von kleiner als 2 µl aufweisen kann, wobei das verdrängte Mikrovolumen insbesondere zwischen 0,1 µl und 1 µl liegen kann.The Figure 8a FIG. 8 shows a microdosing device 80, the aspects of the microdosing devices in FIG Figure 3a and 7a implements. The microdosing device 80 is used to generate a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet (99), and has a fluid chamber 81, a fluid channel 82, which connects the interior of the fluid chamber with an outer space and which serves to receive the microdosing volume of a fluid sample, a displacement element 83, which is set up to deflect between a first position P1 and a second position P2 and to displace a microvolume of the fluid chamber. The microdosing device has a shape memory material actuator 85, which is arranged to deflect the displacement element, and is set up so that the displacement of the microdosing volume from the fluid chamber causes the microdosing volume to be dispensed in the form of a microfree jet into the outside space. The fluid chamber is designed as a microdosing chamber which, for example, can have a maximum internal volume of the fluid chamber of less than 2 μl, with the displaced micro volume being in particular between 0.1 μl and 1 μl.

Die Mikrodosiereinrichtung 80 der Fig. 8a weist einen Basiskörper 86 auf, innerhalb dessen die Komponenten der Mikrodosiereinrichtung angeordnet sind. Der Basiskörper 86 weist ein erstes Teil 86a und ein zweites Teil 86b auf, die vorzugsweise jeweils integral ausgebildet sind, insbesondere jeweils gefertigt durch ein Urformverfahren. Ebenfalls bevorzugt ist, dass das erste Teil 86a und/oder das zweite Teil 86b aus mindestens zwei weiteren Teilen bestehen, die zur Bildung der Mikrodosiereinrichtung zusammengefügt werden. Der Basiskörper 86 weist ein zweites Teil 86b auf, das die Fluidkammer 81 bildet und das hier mindestens einen Fluidkanal bildet, vorliegend den Fluidkanal 82. Der Fluidkanal 82 ist fluidisch so mit einem Pipettierbehälter (nicht gezeigt) verbindbar, das ein im Pipettierbehälter enthaltenes Mikrodosiervolumen einer Flüssigkeitsprobe gemäß dem Luftpolsterprinzip vom aus der Fluidkammer 81 schlagartig verdrängten Luft-Mikrovolumen als Freistrahl abgebbar ist.The microdosing device 80 of Figure 8a has a base body 86, within which the components of the microdosing device are arranged. The base body 86 has a first part 86a and a second part 86b, which are preferably each formed integrally, in particular each manufactured by an original molding process. It is also preferred that the first part 86a and / or the second part 86b consist of at least two further parts which are joined together to form the microdosing device. The base body 86 has a second part 86b, which forms the fluid chamber 81 and which here forms at least one fluid channel, in this case the fluid channel 82. The fluid channel 82 can be fluidically connected to a pipetting container (not shown) in such a way that a microdosing volume contained in the pipetting container is a Liquid sample can be emitted as a free jet according to the air cushion principle from the air microvolume suddenly displaced from the fluid chamber 81.

Die Mikrodosiereinrichtung 80 weist eine Anschlageinrichtung 84a, 84b auf, die zum Stoppen der Auslenkung des Verdrängungselements eingerichtet ist, wenn dieses von der ersten in Richtung der zweiten Position bewegt wird. Die Anschlageinrichtung auf, weist einen ersten, oberen, Anschlag 84a auf, der als Vorsprung des Basiskörpers 86 ausgebildet ist, und einen zweiten, unteren, Anschlag 84b, der ebenfalls als Vorsprung des Basiskörpers 86 ausgebildet ist. Ein Vorsprung 83a des Verdrängungselements schlägt in der zweiten Position am Anschlag 84b des Basiskörpers an, ein oberer Abschnitt des Verdrängungselements schlägt in der ersten Position am Anschlag 84a an. Die Membran kann beim Anschlagen in der zweiten Position die untere Fläche der Kammer kontaktieren, ist aber überwiegend mechanisch entlastet, da die in Anschlagrichtung A wirkenden Kräfte überwiegend, vorzugsweise vollständig, vom Anschlag 84b absorbiert werden.The microdosing device 80 has a stop device 84a, 84b which is set up to stop the deflection of the displacement element when it is moved from the first in the direction of the second position. The stop device has a first, upper, stop 84a, which is designed as a projection of the base body 86, and a second, lower, stop 84b, which is also designed as a projection of the base body 86. A projection 83a of the displacement element strikes the stop 84b of the base body in the second position, and an upper section of the displacement element strikes the stop 84a in the first position. When it hits the second position, the membrane can contact the lower surface of the chamber, but is mainly mechanically relieved, since the forces acting in the direction of stop A are mainly, preferably completely, absorbed by the stop 84b.

Der Basiskörper 86 weist ein erstes Teil 86a auf, das eine Führungseinrichtung in Form eines Führungskanals für das hier im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildete Verdrängungselement 83 dient. Zudem wird durch das erste Teil 86a die Anschlageinrichtung gebildet, insbesondere sowohl der erste -obere- Anschlag 84a als auch der zweite -untere- Anschlag 84b. Indem beide Anschläge im ersten Teil 86a gebildet sind, schlägt das Verdrängungselement 83 beim Auslenken aus der ersten in die zweite Position in Richtung A, bzw. analog in die entgegengesetzte Richtung B, in geringerem Maße -oder nicht- am zweiten Teil 86b an, so dass eine im Vergleich zum Anschlagen des Verdrängungselements am zweiten Anschlag 84b geringere -oder keine- Kraft auf das zweite Teil 86b ausgeübt wird. Der Bodenabschnitt des Verdrängungselements 83 bzw. der Bodenabschnitt der Fluidkammer dient in diesem Fall nicht -oder nicht primär- als Anschlag. Die Mikrodosiereinrichtung 80, insbesondere das Verdrängungselements 83 bzw. dessen Länge, ist vorzugsweise so eingerichtet, dass das Verdrängungselement die Membran 89 bei der Bewegung in die zweite Position gegen den Bodenabschnitt der Fluidkammer 81 führt. Dabei wird der größere Anteil der Impuls-förmigen Auslenkungskraft A durch das Anschlagen am zweiten Anschlag 84b aufgenommen.The base body 86 has a first part 86a, which serves as a guide device in the form of a guide channel for the displacement element 83, which is essentially cylindrical here. In addition, the stop device is formed by the first part 86a, in particular both the first - upper - stop 84a and the second - lower - stop 84b. Since both stops are formed in the first part 86a, the displacement element 83 strikes when it is deflected out of the first part the second position in direction A, or analogously in the opposite direction B, to a lesser extent - or not - on the second part 86b, so that a lower - or no - force on the second part 86b compared to striking the displacement element on the second stop 84b second part 86b is exercised. In this case, the bottom section of the displacement element 83 or the bottom section of the fluid chamber does not serve, or not primarily, as a stop. The microdosing device 80, in particular the displacement element 83 or its length, is preferably set up in such a way that the displacement element guides the membrane 89 during the movement into the second position against the bottom section of the fluid chamber 81. The greater part of the pulse-shaped deflection force A is absorbed by striking the second stop 84b.

Die Mikrodosiereinrichtung 80 der Fig. 8a weist eine Membran 89 auf, die -analog der Membran 79- als Rückstellelement 77 dient und die das Verdrängungselement 83 aus der zweiten Position in die erste Position zurückführt, sobald die Rückstellkraft die Auslenkungskraft des Formgedächtnismaterial-Aktuator 85 übertrifft. Die Membran 79 dient gleichzeitig als Dichtungselement, also als Bestandteil einer Dichtungseinrichtung, durch die die Eingriffsöffnung 81' fluiddicht abgedichtet wird.The microdosing device 80 of Figure 8a has a membrane 89, which - analogously to the membrane 79 - serves as a restoring element 77 and which returns the displacement element 83 from the second position to the first position as soon as the restoring force exceeds the deflection force of the shape memory material actuator 85. The membrane 79 serves at the same time as a sealing element, that is to say as a component of a sealing device, through which the engagement opening 81 'is sealed in a fluid-tight manner.

Die Fluidkammer 81 ist als Mikrodosierkammer ausgeführt, die als zylindrische Kammer mit Radius R gebildet ist, die über eine Auslassöffnung des Fluidkanals 82 an der Unterseite mit dem Pipettierbehälter, z.B. einer Pipettenspitze, verbindbar ist bzw. verbunden ist. Auf der Oberseite ist die Fluidkammer 81 durch die Membran 89 abgeschlossen, wodurch der Formgedächtnismaterial-Aktuator niemals mit dem Fluid im Kammerinneren in Berührung kommt (Medientrennung). Ein ebenfalls zylindrischer Stößel des Verdrängungselements 83 mit Radius r < R lenkt die Membran aus der Ebene heraus aus und drückt sie in die Fluidkammer hinein. Es wird zwischen Stößel und Aktuator eine Kugel eingesetzt, die sich unter dem X-förmigen, taschen-artig gekrümmten Aktuatoreinrichtung 85 selbst zentriert.The fluid chamber 81 is designed as a microdosing chamber, which is formed as a cylindrical chamber with radius R, which can be or is connected to the pipetting container, e.g. a pipette tip, via an outlet opening of the fluid channel 82 on the underside. On the upper side, the fluid chamber 81 is closed off by the membrane 89, as a result of which the shape memory material actuator never comes into contact with the fluid inside the chamber (media separation). A likewise cylindrical plunger of the displacement element 83 with a radius r <R deflects the membrane out of the plane and presses it into the fluid chamber. A ball is inserted between the plunger and the actuator which centers itself under the X-shaped, pocket-like curved actuator device 85.

Die Figuren 9a und 9b zeigen den X-förmig angeordneten, taschen-artig gebildete Aktuatoreinrichtung 85, wobei in Fig. 9a die erste Position gezeigt ist, in der das Verdrängungselement vom Rückstellelement 87, also der Membran 89, in der ersten Position gehalten wird, und wobei in Fig. 9b die zweite Position gezeigt ist, in der die Aktuatoreinrichtung 85 aktiviert wurde und das Verdrängungselement gegen den zweiten Anschlag gestoßen wurde. Die Aktuatoreinrichtung 85 weist zwei Formgedächtnismaterial-Aktuator auf Basis einer NiCuTi-Legierung auf, nämlich zwei langgestreckte, stegförmige, auf Basis von gesputtertem Film hergestellte Formgedächtnismaterial-Aktuator, die einander überkreuzend, also X-förmig, zentral oberhalb der Kugel des Verdrängungselements 83' angeordnet sind. Die Verwendung Film-basierter Aktuatoren ermöglicht ein Einstellen der Kräfte und Stellwege durch Anpassung der zweidimensionalen Geometrie. Die im Verhältnis zum Volumen sehr große Oberfläche bleibt dabei erhalten und sorgt für eine schnelle Wärmeabgabe bzw. Rückstellung des Aktuators im stromlosen Zustand.The Figures 9a and 9b show the actuator device 85 which is arranged in an X-shape and has a pocket-like design, with FIG Figure 9a the first position is shown in which the The displacement element is held in the first position by the restoring element 87, that is to say the membrane 89, and in FIG Figure 9b the second position is shown in which the actuator device 85 has been activated and the displacement element has been pushed against the second stop. The actuator device 85 has two shape memory material actuators based on a NiCuTi alloy, namely two elongated, bar-shaped shape memory material actuators produced on the basis of sputtered film, which cross one another, i.e. in an X-shape, are arranged centrally above the ball of the displacement element 83 ' are. The use of film-based actuators enables the forces and travel ranges to be set by adapting the two-dimensional geometry. The very large surface area in relation to the volume is retained and ensures rapid heat dissipation or resetting of the actuator in the currentless state.

Die Enden der Formgedächtnismaterial-Aktuatoren sind am Basiskörper 86 der Mikrodosiereinrichtung 80 jeweils an den beiden Kopplungsstellen 88 (Fig. 9a) verankert. Die Formgedächtnismaterial-Aktuator sind oberhalb der Auflagestelle so gespannt, dass die Kreuzungsstelle 85a jeweils eine Krümmungsstelle des Formgedächtnismaterial-Aktuators bildet. Dadurch wird, wie in den Figuren 9a, 9b und 9c beispielhaft dargestellt ist, ein schalenartiger Bereich der Aktuatoreinrichtung gebildet, durch die sich die Aktuatoreinrichtung oberhalb der Auflagestelle zentriert und eine präzise entlang der linearen Bewegungsrichtung zwischen der ersten und zweiten Position nach unten gerichtete Kraft erzeugt, die eine entsprechend präzise Auslenkung zur Folge hat. Die zwei Formgedächtnismaterial-Aktuator können durch ein Verbindungsglied (nicht gezeigt) gekoppelt sein. Während in Fig. 9a bis 9c das Verdrängungselement 83' aus quaderförmigen Abschnitten aufgebaut ist, weist das Verdrängungselement 83 in Fig. 8a und 8b zylinderförmige Abschnitte auf, sowie eine Kugel als Auflagefläche für die Aktuatoreinrichtung 85.The ends of the shape memory material actuators are on the base body 86 of the microdosing device 80 at the two coupling points 88 ( Figure 9a ) anchored. The shape memory material actuators are tensioned above the support point in such a way that the intersection point 85a in each case forms a point of curvature of the shape memory material actuator. This, as in the Figures 9a, 9b and 9c is shown by way of example, a shell-like area of the actuator device is formed, through which the actuator device centers itself above the support point and generates a precisely downward force along the linear direction of movement between the first and second position, which results in a correspondingly precise deflection. The two shape memory material actuators can be coupled by a connector (not shown). While in Figures 9a to 9c the displacement element 83 'is made up of cuboid sections, the displacement element 83 in FIG Figures 8a and 8b cylindrical sections, as well as a ball as a support surface for the actuator device 85.

Die Membran 89 besteht aus hochflexiblem PDMS der Dicke 200 µm und ist bereits im stromlosen Zustand der Formgedächtnismaterial-Aktuatoren vorausgelenkt. Dies ist gewünscht, um eine ausreichende Kraft zur Rückstellung der Aktuatoreinrichtung aufzubringen. Zur Verdrängung des gewünschten Luft-Mikrovolumens während des Abgabevorgangs wird die Membran durch das Verdrängungselement um den Hub ausgelenkt. Der Hub ist durch die mechanischen Anschläge 84a, 84b der Führung des Verdrängungselements vorgegeben und beträgt hier 100 µm. Es ist in einer Abwandlung der Mikrodosiereinrichtung 80 auch eine Anschlageinrichtung mit verstellbaren Anschlägen realisierbar, wie in Fig. 6a gezeigt, was eine Anpassung des Dosiervolumens erlaubt. In der hier vorgestellten Ausführung der Mikrodosiereinrichtung 83 bildet die durch das Verdrängungselement ausgelenkte Membran 89 einen Kegelstumpf. Bei Betätigung der Aktuatoreinrichtung nimmt die Höhe des Kegelstumpfes um 100 µm zu, die Flanken des Kegelstumpfes werden steiler. Das verdrängte Volumen ergibt sich als Volumen-Differenz der um das Volumen der beiden Kegelstümpfe reduzierten zylindrischen Raums, der die Fluidkammer 81 bildet.The membrane 89 consists of highly flexible PDMS with a thickness of 200 μm and is already deflected in advance when the shape memory material actuators are de-energized. This is desired in order to apply sufficient force to reset the actuator device. To displace the desired air micro-volume during the During the delivery process, the membrane is deflected by the displacement element by the stroke. The stroke is predetermined by the mechanical stops 84a, 84b of the guide of the displacement element and is 100 μm here. In a modification of the microdosing device 80, a stop device with adjustable stops can also be implemented, as in FIG Figure 6a shown, which allows an adjustment of the dispensing volume. In the embodiment of the microdosing device 83 presented here, the membrane 89 deflected by the displacement element forms a truncated cone. When the actuator device is actuated, the height of the truncated cone increases by 100 µm, and the flanks of the truncated cone become steeper. The displaced volume results from the difference in volume between the cylindrical space, reduced by the volume of the two truncated cones, which forms the fluid chamber 81.

Das mechanische Verhalten des Moduls bestehend aus Mikrodosierkammer 81, Membran 89 und Verdrängungselement 83 lässt sich mittels Druckversuch in einer Zugprüfmaschine untersuchen. Hierbei wird das Verdrängungselement startend von der ersten Position P1 langsam in die Mikrodosierkammer hineingedrückt, bis der untere Anschlag 84b erreicht ist, dabei werden die Auslenkung und die Kraft aufgezeichnet. Dadurch, dass die Membran 89 vorgespannt ist, wird bereits eine gewisse Mindestkraft benötigt, um das Verdrängungselement vom oberen Anschlag 84a zu lösen. Während die Membran immer weiter in die Mikrodosierkammer hinein ausgelenkt wird, steigt die Kraft kontinuierlich an. Nach Erreichen des unteren Anschlags 84b führt eine Erhöhung der Kraft zu keiner weiteren Auslenkung der Membran. Eine typische Kennlinie für eine 0,1 µl-Mikrodosierkammer ist in Abbildung 17 dargestellt. Die Aktuatoreinrichtung ist so ausgelegt, dass sie die Membran bei Stromzufuhr voll auslenken kann, während sie im stromlosen Zustand durch die vorgespannte Membran bis an den oberen Anschlag 84a zurückgestellt wird.The mechanical behavior of the module consisting of microdosing chamber 81, membrane 89 and displacement element 83 can be examined by means of a compression test in a tensile testing machine. Starting from the first position P1, the displacement element is slowly pressed into the microdosing chamber until the lower stop 84b is reached, the deflection and the force being recorded. Because the membrane 89 is pretensioned, a certain minimum force is already required in order to release the displacement element from the upper stop 84a. As the membrane is deflected further and further into the microdosing chamber, the force increases continuously. After reaching the lower stop 84b, an increase in the force does not lead to any further deflection of the membrane. A typical characteristic curve for a 0.1 µl microdosing chamber is in Figure 17 shown. The actuator device is designed in such a way that it can fully deflect the diaphragm when power is supplied, while in the de-energized state it is returned to the upper stop 84a by the pretensioned diaphragm.

Die Aktuatoren der Aktuatoreinrichtung 85 sind beispielsweise jeweils paarweise auf eine Trägerplatte mit integrierten Leiterbahnen aufgebracht und elektrisch kontaktiert, siehe Fig. 9a, 9b. Die elektrische Ansteuerung der Formgedächtnismaterial-Aktuator erfolgt über eine elektrische Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung gleichzeitig an beider Formgedächtnismaterial-Aktuatoren anzulegen und diese synchron zu kontrahieren. Beispielsweise werden über ein dreiadriges Kabel beide Aktuatoren an eine Stromquelle angeschlossen. Eine mittlere Ader dient dabei als gemeinsame Masse-Elektrode. Für ein möglichst schnelles Schalten werden die Aktuatoren im Betrieb mit einem sehr kurzen Spannungs- bzw. Stromimpuls aktiviert, der einige 10 ms dauert, und anschließend die effektive Spannung durch Pulsweitenmodulation soweit gedrosselt, dass die Schaltposition der Formgedächtnismaterial-Aktuatoren gerade gehalten werden kann.The actuators of the actuator device 85 are, for example, each applied in pairs to a carrier plate with integrated conductor tracks and are electrically contacted, see FIG Figures 9a, 9b . The electrical control of the shape memory material actuators takes place via an electrical control device which is set up to apply a voltage simultaneously to both shape memory material actuators and to apply these synchronously to contract. For example, both actuators are connected to a power source via a three-wire cable. A middle wire serves as a common ground electrode. For the fastest possible switching, the actuators are activated during operation with a very short voltage or current pulse that lasts a few 10 ms, and then the effective voltage is throttled by pulse width modulation to such an extent that the switching position of the shape memory material actuators can be kept straight.

Für ein möglichst schnelles Schalten der Formgedächtnismaterial-Aktuatoren werden die Versorgungsspannung auf 4 V, die Dauer des initialen Spannungspulses auf 10 ms, sowie die Pulsweitenmodulation beispielsweise auf einen Duty Cycle von 1/128 eingestellt. Die tatsächliche Schaltzeit wird z.B. durch Beobachtung des Aktors (bzw. der darunterliegenden Kugel) mit einer Hochgeschwindigkeitskamera bestimmt. Ein Formgedächtnismaterial-Aktuator benötigt insbesondere weniger als 2 ms für das Zurücklegen des Hubes.For the fastest possible switching of the shape memory material actuators, the supply voltage is set to 4 V, the duration of the initial voltage pulse to 10 ms, and the pulse width modulation, for example, to a duty cycle of 1/128. The actual switching time is determined, for example, by observing the actuator (or the ball below) with a high-speed camera. In particular, a shape memory material actuator needs less than 2 ms to cover the stroke.

Die Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der Aktuatoren lassen sich mittels einer Zugprüfmaschine bestimmen. Beispiele für die Abstimmung von Mikrodosierkammern mit verdrängbaren Mikrovolumina zu 0,1 µl (Fig. 19) und 0,4 µl (das Kurvenpaar in Fig. 20 in hellerer Farbe) und 0,8 µl (das Kurvenpaar in Fig. 20 in dunklerer Farbe) und Aktuator sind in den Figuren 19 und 20 gezeigt. Für die Formgedächtnismaterial-Aktuatoren ist jeweils die Kraft-Auslenkungs-Kennlinie im kalten (links beginnende, untere Kurve) und im beheizten Zustand (links beginnende, obere Kurve) dargestellt. Die Gleichgewichtspunkte des Aktuators im stromlosen und im geschalteten Zustand ergeben sich aus den Schnittpunkten der Aktuatororkennlinien mit der Mikrodosierkammerkennlinie. Da die zur Auslenkung der Membran nötigen Schaltkräfte für die größeren Kammern etwa dreimal so groß sind, wie für die kleinste Kammer, werden Aktuatoren unterschiedlicher Stegbreite eingesetzt.The force-deflection characteristics of the actuators can be determined using a tensile testing machine. Examples for the coordination of micro-dispensing chambers with displaceable micro-volumes of 0.1 µl ( Fig. 19 ) and 0.4 µl (the pair of curves in Fig. 20 in lighter color) and 0.8 µl (the pair of curves in Fig. 20 in darker color) and actuator are in the Figures 19 and 20 shown. For the shape memory material actuators, the force-deflection characteristic curve is shown in the cold (lower curve beginning on the left) and in the heated state (upper curve beginning on the left). The equilibrium points of the actuator in the de-energized and switched state result from the intersection of the actuator characteristics with the micro-metering chamber characteristic. Since the switching forces required to deflect the membrane are about three times as great for the larger chambers as for the smallest chamber, actuators of different web widths are used.

Fig. 11a, 11b und 11c zeigen jeweils in einer schematischen Seitenansicht eine Pipettiervorrichtung 100 mit angeschlossener erfindungsgemäßer Mikrodosiereinrichtung. Figures 11a, 11b and 11c each show a schematic side view of a pipetting device 100 with a connected microdosing device according to the invention.

Die erfindungsgemäß gestaltete Pipettiervorrichtung 100 dient der dosierten Aufnahme und Abgabe von Fluidproben, insbesondere von Mikrodosiervolumen 99. Sie weist eine herkömmliche Pipettiervorrichtung 101 auf (nicht gezeigt), nachfolgend zur besseren Unterscheidung bezeichnet als Pipettier-ein-richtung, die eine Kolbenkammer und einen in der Kolbenkammer angeordneten, beweglichen Kolben zum Ansaugen eines Fluids in die Kolbenkammer und zur Abgabe des Fluids aus der Kolbenkammer aufweist. Die Pipettiervorrichtung 100 weist ferner einen Pipettierkanal 102 auf, der die Kolbenkammer mit dem Außenraum der Kolbenkammer verbindet. Die Pipettiervorrichtung 100 weist ferner eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung auf, hier eine Mikrodosiereinrichtung 70' ist, die im Wesentlichen der Mikrodosiereinrichtung 70 entspricht, die aber zusätzlich einen Bypasskanal 103 aufweist, der das Innere der Mikrodosierkammer der Mikrodosiereinrichtung 70' fluidisch mit dem Außenraum, der Umgebung, verbindet.The pipetting device 100 designed according to the invention is used for the dosed uptake and delivery of fluid samples, in particular microdosing volumes 99. It has a conventional pipetting device 101 (not shown), hereinafter referred to as a pipetting device for better differentiation, which has a piston chamber and one in the Arranged piston chamber, movable piston for sucking a fluid into the piston chamber and for dispensing the fluid from the piston chamber. The pipetting device 100 furthermore has a pipetting channel 102 which connects the piston chamber with the outer space of the piston chamber. The pipetting device 100 also has a microdosing device according to the invention, here is a microdosing device 70 ', which essentially corresponds to the microdosing device 70, but which additionally has a bypass channel 103, which connects the interior of the microdosing chamber of the microdosing device 70' fluidically with the outside space, the environment, connects.

Der Bypasskanal 103 ist mittels eines steuerbaren Ventils 104 wahlweise öffenbar/schliessbar. Der Fluidkanal 72' der Mikrodosiereinrichtung 70' ist mit dem Pipettierkanal 102 verbindbar, so dass von der Pipettiervorrichtung 100 mittels der Mikrodosiereinrichtung 70' ein Mikrodosiervolumen einer Fluidprobe dosierbar und in Form eines Mikrofluidjets über den Pipettierkanal 102 an den Außenraum abgebbar ist. "Verbindbar" bedeutet in diesem Fall, dass ein Ventil 105 vorgesehen ist, das die fluidische Verbindung zwischen Fluidkanal 72' und Pipettierkanal 102 ermöglicht. Das Ventil 105 ist ebenfalls ein steuerbares Ventil 105, dessen Zustand offen bzw. geschlossen durch elektrische Ansteuerung festlegbar ist. Die Mikrodosiereinrichtung 70' arbeitet nach dem Luftpolsterprinzip, das verdrängte Fluid ist Luft, das Mikrodosiervolumen einer wässrigen Probe ist zunächst (Fig. 11a) im Pipettierbehälter 98 enthalten und wird dort durch den Unterdruck im Pipettierkanal 102 gehalten, der in Fig. 11a nach oben geschlossen ist, indem die Ventile 104 und 106 geschlossen sind. Das steuerbare Ventil 106 erlaubt es, den Pipettierkanal 102 im Bereich zwischen der herkömmlichen Pipettiereinrichtung und der Einmündung des Fluidkanals der Mikrodosiereinrichtung in den Pipettierkanal wahlweise zu öffnen oder zu schließen.The bypass channel 103 can optionally be opened / closed by means of a controllable valve 104. The fluid channel 72 'of the microdosing device 70' can be connected to the pipetting channel 102 so that a microdosing volume of a fluid sample can be dosed by the pipetting device 100 by means of the microdosing device 70 'and delivered to the outside space in the form of a microfluid jet via the pipetting channel 102. In this case, “connectable” means that a valve 105 is provided which enables the fluidic connection between the fluid channel 72 ′ and the pipetting channel 102. The valve 105 is also a controllable valve 105, the open or closed state of which can be determined by electrical control. The microdosing device 70 'works according to the air cushion principle, the displaced fluid is air, the microdosing volume of an aqueous sample is initially ( Figure 11a ) contained in the pipetting container 98 and is held there by the negative pressure in the pipetting channel 102, which in Figure 11a is closed up by the valves 104 and 106 are closed. The controllable valve 106 makes it possible to selectively open or close the pipetting channel 102 in the area between the conventional pipetting device and the confluence of the fluid channel of the microdosing device into the pipetting channel.

In Fig. 11a sind die Ventile 104 und 106 geschlossen, das Ventil 105 ist geöffnet. Die Aktuierung des Formgedächtnismaterial-Aktuator erzeugt ein Mikrodosiervolumen einer Luftmenge, die als Mikro-Jet von der Mikrodosiereinrichtung 70' durch deren Fluidkanal 72' in einen Außenraum der Mikrodosiereinrichtung abgegeben wird. Dieser Außenraum ist hier der Innenraum des Pipettierkanals 102. Das dort entsprechend schlagartig verdrängte Mikrovolumen führt in Fig. 11b zur Abgabe des Mikrodosiervolumen der flüssigen Probe aus dem Pipettierbehälter 98 in Form eines Mikrofreistrahls 99. Die Ventile 104, 105 und 106 sind in Fig. 11b gegenüber Fig. 11a unverändert. In Fig. 11c ist das Ventil 105 geschlossen, die Ventile 104 und 106 sind jeweils geöffnet. Dadurch kann einerseits mittels der Piepttiereinrichtung 101 bzw. dem nun zur Umgebung geöffneten Pipettierkanal 102 eine neue flüssige Probe in den Pipettierbehälter 98 aspiriert werden. Unabhängig davon kann andererseits das Verdrängungselement der Mikrodosiereinrichtung 70' in die erste Position gefahren werden, was bei geschlossenem Ventil 105 aufgrund des geöffneten Ventils 104 gelingt, das ein Ansauge von Luft aus der Umgebung in die Fluidkammer (ventilieren) über den Bypasskanal 103 ermöglicht.In Figure 11a the valves 104 and 106 are closed, the valve 105 is open. The actuation of the shape memory material actuator generates a microdosing volume of an amount of air which is emitted as a microjet from the microdosing device 70 'through its fluid channel 72' into an outer space of the microdosing device. This outer space is the inner space of the pipetting channel 102 here. The microvolume that is suddenly displaced there leads into Figure 11b for dispensing the microdosing volume of the liquid sample from the pipetting container 98 in the form of a microfree jet 99. The valves 104, 105 and 106 are shown in FIG Figure 11b across from Figure 11a unchanged. In Figure 11c the valve 105 is closed, the valves 104 and 106 are each open. As a result, on the one hand, a new liquid sample can be aspirated into the pipetting container 98 by means of the pipetting device 101 or the pipetting channel 102 which is now open to the environment. Independently of this, on the other hand, the displacement element of the microdosing device 70 'can be moved into the first position, which is possible when the valve 105 is closed due to the open valve 104, which enables air to be sucked in from the environment into the fluid chamber (ventilate) via the bypass channel 103.

In Fig. 12 ist eine Mikrodosiervorrichtung 200 zum Erzeugen eines kombinierten Mikrodosiervolumens 99' einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls. Die Mikrodosiervorrichtung 200 weist vier Mikrodosiereinrichtungen 70a, 70b, 70c und 70d auf, die im Wesentlichen baugleich sind zu der Mikrodosiereinrichtung 70 oder der Mikrodosiereinrichtung 80.In Fig. 12 is a microdosing device 200 for generating a combined microdosing volume 99 'of a fluid sample in the form of a micro free jet. The microdosing device 200 has four microdosing devices 70a, 70b, 70c and 70d, which are essentially identical in construction to the microdosing device 70 or the microdosing device 80.

Die erste Mikrodosiereinrichtung 70a weist eine erste Fluidkammer und ein erstes Verdrängungselement auf, dass zum Verdrängen eines ersten Mikrovolumens der ersten Fluidkammer eingerichtet ist. Die zweite Mikrodosiereinrichtung 70b weist eine zweite Fluidkammer und ein zweites Verdrängungselement auf, dass zum Verdrängen eines zweiten Mikrovolumens der zweiten Fluidkammer eingerichtet ist. Die dritte Mikrodosiereinrichtung 70c weist eine dritte Fluidkammer und ein drittes Verdrängungselement auf, dass zum Verdrängen eines dritten Mikrovolumens der dritten Fluidkammer eingerichtet ist. Die vierte Mikrodosiereinrichtung 70d weist eine vierte Fluidkammer und ein viertes Verdrängungselement auf, dass zum Verdrängen eines vierten Mikrovolumens der vierten Fluidkammer eingerichtet ist. Die jeweils verdrängten Mikrovolumina weisen allesamt unterschiedliche Größen auf, vorliegend die Werte 0,1 µl, 0,2µl, 0,4 µl und 0,8 µl.The first microdosing device 70a has a first fluid chamber and a first displacement element that is set up to displace a first microvolume of the first fluid chamber. The second microdosing device 70b has a second fluid chamber and a second displacement element that is set up to displace a second microvolume of the second fluid chamber. The third microdosing device 70c has a third fluid chamber and a third displacement element that is set up to displace a third microvolume of the third fluid chamber. The fourth microdosing device 70d has a fourth fluid chamber and a fourth displacement element that for displacing one fourth microvolume of the fourth fluid chamber is set up. The respectively displaced micro-volumes all have different sizes, in the present case the values 0.1 µl, 0.2 µl, 0.4 µl and 0.8 µl.

Die Mikrodosiervorrichtung 200 bildet zudem eine beispielhafte erfindungsgemäße Pipettiervorrichtung, das Ansaugen der flüssigen Probe erfolgt auch hier mittels einer Pipettiereinrichtung 101 über den Pipettierkanal 202. Es ist ein Bypasskanal 203 vorgesehen, der das Innere des Pipettierkanals 202 -mittels des steuerbaren Ventils 204 wahlweise- mit der Umgebung verbindet, um den Pipettierkanal 202 und über dessen Vermittlung auch, je nach Aktivität des jeweiligen Verdrängungselements, die Fluidkammer(n) des/der gewünschten Mikrodosiereinrichtung 70a, 70b, 70c und/oder 70d zu ventilieren. Die Fluidkanäle 72a, 72b, 72c und 72d der vier Mikrodosiereinrichtungen, die das Innere der Fluidkammern der Mikrodosiereinrichtungen jeweils mit einem Außenraum der Mikrodosiereinrichtung, nämlich hier dem Inneren des Pipettierkanals 202 verbinden und die der Aufnahme des Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe dienen, sind gegenüber dem Pipettierkanal 202 hier permanent geöffnet und weisen kein Ventil auf. Ein steuerbares Ventil 205 ist zwischen den Übergängen der Fluidkanäle in den Pipettierkanal 202 und der Auslassöffnung vorgesehen, das zum Schließen des Ausgangs des Pipettierkanals 202 beim Ventilieren der Fluidkammern geschlossen ist. Das steuerbare Ventil 206 ist zwischen den Übergängen der Fluidkanäle in den Pipettierkanal 202 und der Pipettiereinrichtung 101 angeordnet und wird zum herkömmlichen Pipettieren, insbesondere zum Aufnehmen und /oder Abgeben einer Pipettierprobe geöffnet, wird aber zum Abgeben des Mikrodosiervolumen 99 eines Mikrofreistrahls geschlossen.The microdosing device 200 also forms an exemplary pipetting device according to the invention; here, too, the liquid sample is sucked in by means of a pipetting device 101 via the pipetting channel 202. A bypass channel 203 is provided, which connects the interior of the pipetting channel 202 - by means of the controllable valve 204 optionally - with the Environment connects in order to ventilate the pipetting channel 202 and, via its intermediary, also, depending on the activity of the respective displacement element, the fluid chamber (s) of the desired microdosing device 70a, 70b, 70c and / or 70d. The fluid channels 72a, 72b, 72c and 72d of the four microdosing devices, which connect the interior of the fluid chambers of the microdosing devices with an outer space of the microdosing device, namely here the inside of the pipetting channel 202 and which serve to accommodate the microdosing volume of a fluid sample, are opposite the pipetting channel 202 here permanently open and have no valve. A controllable valve 205 is provided between the transitions of the fluid channels into the pipetting channel 202 and the outlet opening, which valve is closed to close the outlet of the pipetting channel 202 when the fluid chambers are ventilated. The controllable valve 206 is arranged between the transitions of the fluid channels into the pipetting channel 202 and the pipetting device 101 and is opened for conventional pipetting, in particular for picking up and / or dispensing a pipetting sample, but is closed for dispensing the microdosing volume 99 of a microfree jet.

Die Mikrodosiervorrichtung 200 weist die vier Aktuatoreinrichtungen der Mikrodosiereinrichtungen 70a, 70b, 70c und 70d auf, die zur synchronisierten Auslenkung des ersten und des zweiten Verdrängungselements eingerichtet sind. Die Mikrodosiervorrichtung 300 ist dazu eingerichtet, dass durch das synchronisierte Verdrängen von mindestens zwei Mikrovolumina der insgesamt vier Mikrovolumina aus einer ersten und zweiten Fluidkammer die Abgabe eines kombinierten Mikrodosiervolumens 99' in Form eines Mikrofreistrahls in den Außenraum bewirkt wird.The microdosing device 200 has the four actuator devices of the microdosing devices 70a, 70b, 70c and 70d, which are set up for the synchronized deflection of the first and the second displacement element. The microdosing device 300 is set up so that the output of a combined microdosing volume 99 'in the form of a microfree jet into the outside space is effected by the synchronized displacement of at least two microvolumes of the total of four microvolumes from a first and second fluid chamber.

Durch die Kombination der Anzahl n=4 solcher Mikrodosiereinrichtungen 70a, 70b, 70c und 70d, die jeweils unterschiedliche Volumen haben, lassen sich durch die gegebenen Kombinationsmöglichkeiten bei Aktivierung der gewünschten Zahl an Mikrodosiereinrichtungen insgesamt n*n-1 = 15 verschiedene Volumina dosieren. Diese Kombinationen von zu aktivierenden Mikrodosiereinrichtungen, um ein gewünschtes kombiniertes Mikrodosiervolumen aus verschiedenen verdrängten Mikrovolumina als Mikrofreistrahl zu erzeugen, ist in der Tabelle in Fig. 16 aufgelistet.By combining the number n = 4 of such microdosing devices 70a, 70b, 70c and 70d, each of which has different volumes, a total of n * n-1 = 15 different volumes can be dispensed through the given combination options when activating the desired number of microdosing devices. These combinations of microdosing devices to be activated in order to generate a desired combined microdosing volume from different displaced microvolumes as a microfree jet is shown in the table in Fig. 16 listed.

Die Fig. 13 zeigt eine Ausgestaltung der Mikrodosiervorrichtung 200 gemäß der Fig. 12 als eine Mikrodosiervorrichtung 300 in Form eines mit einer herkömmlichen Pipettiereinrichtung 101 kombinierbaren autonomen Geräts bzw. Moduls, wobei die Ventile jeweils mittels eines Formgedächtnismaterial-Aktuator realisiert sind.The Fig. 13 FIG. 3 shows an embodiment of the microdosing device 200 according to FIG Fig. 12 as a microdosing device 300 in the form of an autonomous device or module that can be combined with a conventional pipetting device 101, the valves each being implemented by means of a shape memory material actuator.

Das Modul 300 besteht aus einem Basiskörper 316 mit zwei Anschlüssen 311 und 312. Am proximalen Anschluss 311, der näher an einer angeschlossenen konventionellen Pipettiereinrichtung 101 (Pipette oder ähnliches) liegt, kann diese über einen Konus angeschlossen werden. Am distalen Anschluss 312 ist ein Konus zur Verbindung eines Einmalartikels (Pipettenspitze 98') angeschlossen.The module 300 consists of a base body 316 with two connections 311 and 312. The proximal connection 311, which is closer to a connected conventional pipetting device 101 (pipette or the like), can be connected via a cone. A cone for connecting a disposable article (pipette tip 98 ') is connected to the distal connection 312.

In den Pumpenkörper sind vier Verdrängungselemente von vier Mikrodosiereinrichtungen 380a, 380b, 380c, 380d -jeweils prinzipiell baugleich zu der Mikrodosiereinrichtung 80- mit verdrängten Mikrovolumina zu 100nl, 200nl, 400nl, und 800nl, und drei steuerbare Ventile 304, 305, 306 integriert, die mit separaten Antrieben versehen sind -hier jeweils einem Antrieb auf Basis eines Formgedächtnismaterial-Aktuators. Die Ventile 305 und 306, sowie die Verdrängungselemente der Mikrodosiereinrichtungen 380a, 380b werden durch ein Führungsteil 317 des Basiskörpers geführt bzw. gehalten, das am ersten Teil 316 des Basiskörpers angeordnet ist und vom Abdeckteil 331 abgedeckt wird, das mit dem ersten Teil 316 des Basiskörpers verbunden ist. Als Dichtung zu den Mikrodosierkammeren der Mikrodosiereinrichtungen 380a und 380b und den Ventilsitzen dient eine gemeinsame Silikonmembran 379, die zwischen Abdeckteil 331 und dem ersten Teil 316 des Basiskörpers eingeklemmt und dadurch fixiert ist. Das Ventil 304, das den Bypass zur Umgebung öffnet und schließt, sowie die Verdrängungselemente der Mikrodosiereinrichtungen 380c, 380d, werden durch das Führungsteil 317 des Basiskörpers geführt bzw. gehalten, das am ersten Teil 316 des Basiskörpers angeordnet ist und vom Abdeckteil 332 abgedeckt wird, das mit dem ersten Teil 316 des Basiskörpers verbunden ist. Als Dichtung zu den Mikrodosierkammeren der Mikrodosiereinrichtungen 380c und 380c und dem Ventilsitz dient auch hier eine (weitere) gemeinsame Silikonmembran 379, die zwischen Abdeckteil 332 und dem ersten Teil 316 des Basiskörpers eingeklemmt und dadurch fixiert ist.Four displacement elements of four microdosing devices 380a, 380b, 380c, 380d - each in principle identical to the microdosing device 80- with displaced microvolumes of 100nl, 200nl, 400nl, and 800nl, and three controllable valves 304, 305, 306 are integrated in the pump body are provided with separate drives - one drive based on a shape memory material actuator. The valves 305 and 306, as well as the displacement elements of the microdosing devices 380a, 380b are guided or held by a guide part 317 of the base body, which is arranged on the first part 316 of the base body and is covered by the cover part 331, which is covered with the first part 316 of the base body connected is. A common silicone membrane 379, which is located between the cover part 331 and the first part 316 of the Base body is clamped and thereby fixed. The valve 304, which opens and closes the bypass to the environment, and the displacement elements of the microdosing devices 380c, 380d, are guided or held by the guide part 317 of the base body, which is arranged on the first part 316 of the base body and is covered by the cover part 332, which is connected to the first part 316 of the base body. A (further) common silicone membrane 379, which is clamped between the cover part 332 and the first part 316 of the base body and thereby fixed, also serves as a seal to the microdosing chambers of the microdosing devices 380c and 380c and the valve seat.

Die Ventile 304, 305, 306 bestehen jeweis, wie anhand des Ventils 306 in Fig. 14 exemplarisch gezeigt ist, aus einem Ventilstößel 306a, einer Ventilfeder 306b und einem Klemmstift 306d. Der Klemmstift dient zur Vorspannungsjustage des Formgedächtnismaterial-Aktuators 306e.The valves 304, 305, 306 each consist of the valve 306 in FIG Fig. 14 is shown by way of example, composed of a valve tappet 306a, a valve spring 306b and a clamping pin 306d. The clamping pin is used to adjust the preload of the shape memory material actuator 306e.

Auf beiden Seiten der Mikrodosiervorrichtung befinden sich, einander senkrecht gegenüberliegend und parallel zueinander, je eine Leiterplatte 321, 322, auf der die Formgedächtnismaterial-Aktuatoren jeweils fixiert und elektrisch angeschlossen sind.On both sides of the microdosing device, perpendicularly opposite one another and parallel to one another, there is a respective printed circuit board 321, 322, on which the shape memory material actuators are respectively fixed and electrically connected.

Durch die Kombination der Mikrodosiereinrichtungen 380a, 380b, 380c und 380d sind die kombinierten Mikrodosiervolumen zwischen 100nl und 1500nl mit einer Schrittweite von 100nl möglich, wie dies in der Tabelle in Fig. 16 aufgelistet ist.By combining the microdosing devices 380a, 380b, 380c and 380d, the combined microdosing volumes between 100nl and 1500nl with an increment of 100nl are possible, as shown in the table in FIG Fig. 16 is listed.

Zur Funktionsweise des Moduls 300: Die Aufnahme der flüssigen Probe in den Pipettierbehälter 98' erfolgt mittels eines konventionellen Kolbenantriebs einer mit dem Modul 300 verbindbaren Pipette 101. In der Ausgangssituation befinden sich der Kolben der Pipette 101 in der unteren Position. Alle Ventile sind geschlossen. Nun werden die Ventile 306 und 305 geöffnet (Verbindung zur Pipettenspitze ist offen). Der Kolben wird nach oben bewegt und nimmt damit die Flüssigkeit über den Pipettierkanal 302 auf. Nun werden die Ventile 306 und 305 wieder geschlossen.Regarding the mode of operation of the module 300: The liquid sample is received in the pipetting container 98 'by means of a conventional piston drive of a pipette 101 that can be connected to the module 300. In the initial situation, the piston of the pipette 101 is in the lower position. All valves are closed. The valves 306 and 305 are now opened (connection to the pipette tip is open). The piston is moved upwards and thus picks up the liquid via the pipetting channel 302. The valves 306 and 305 are now closed again.

Zur Erzeugung eines kombinierten Mikrodosiervolumen 99' oder zur Operation des Moduls 300 als Pumpe wird wie folgt verfahren: In der Ausgangssituation befindet sich der Kolben der Pipette 101 in der oberen Position (neutraler Zustand). Alle Ventile sind geschlossen (neutraler Zustand). Das Ventil 304 (Umgebungsniveau) wird geöffnet. Alle Verdrängungselemente der Mikrodosiereinrichtungen 380a bis 380d bzw. die gewünschte Anzahl / Auswahl von Verdrängungselement werden Richtung der jeweiigen Membran 379 nach unten bewegt (gegen den jeweiligen zweiten Anschlag der Mikrodosiereinrichtungen 380a bis 380d). Nun wird Ventil 304 geschlossen und Ventil 305 geöffnet. Nun werden die Verdrängungselemente wieder in Ihre Ausgangsposition bewegt (gegen den jeweiligen ersten Anschlag der Mikrodosiereinrichtungen 380a bis 380d) und damit das gewünschte Volumen aufgenommen (Maximal 1,5 µl). Nun wird Ventil 305 wieder geschlossen und damit die Flüssigkeit durch Unterdruck im Pipettierkanal fixiert. Nach dem Schließen von Ventil 305 wird Ventil 304 kurzzeitig geöffnet und wieder geschlossen, um einen Druckausgleich durchzuführen. Das System ist nun wieder in seiner Ausgangssituation. Dieser Vorgang kann nun beliebig wiederholt werden, bis das gewünschte Gesamtvolumen aufgenommen worden ist. Bei einer erneuten Aufnahme von Flüssigkeit entfällt das kurzzeitige Öffnen und Schließen von Ventil 304, dies findet erst nach der erneuten Bewegung der Verdrängungselemente in Richtung Membran 379 statt.To generate a combined microdosing volume 99 'or to operate the module 300 as a pump, the procedure is as follows: In the initial situation, the piston of the pipette 101 is in the upper position (neutral state). All valves are closed (neutral state). The valve 304 (ambient level) is opened. All displacement elements of the microdosing devices 380a to 380d or the desired number / selection of displacement elements are moved downward in the direction of the respective membrane 379 (against the respective second stop of the microdosing devices 380a to 380d). Valve 304 is now closed and valve 305 is opened. Now the displacement elements are moved back to their starting position (against the respective first stop of the microdosing devices 380a to 380d) and the desired volume is taken up (maximum 1.5 µl). Valve 305 is now closed again and the liquid is thus fixed in the pipetting channel by negative pressure. After valve 305 is closed, valve 304 is briefly opened and then closed again in order to carry out a pressure equalization. The system is now back in its original position. This process can now be repeated as required until the desired total volume has been absorbed. When the liquid is taken up again, the brief opening and closing of valve 304 is omitted; this only takes place after the displacement elements have moved again in the direction of the membrane 379.

Die (wiederholte) Abgabe der in den Pipettierbehälter 98' aspirierten Flüssigkeit bzw. für den Pumpenbetrieb wird wie folgt verfahren: In der Ausgangssituation ist die gewünschte Flüssigkeitsmenge der Fluidprobe aufgenommen. Die Verdrängungselementen der Mikrodosiereinrichtungen 380a bis 380d befinden sich in der oberen Position (neutraler Zustand). Das Druckniveau ist neutral. Alle Ventile sind geschlossen (neutraler Zustand). Das Ventil 305 wird geöffnet. Ein Verdrängungselement oder eine beliebige Anzahl von Verdrängungselementen wird in Richtung Membran 379 bewegt und das gewünschte Mikrovolumen abgegeben, sowie in Folge dessen das gewünschte kombinierte (oder einfache) Mikrodosiervolumen 99' als Mikrofreistrahl abgegeben. Nach der Abgabe des Mikrofreistrahls wird Ventil 305 wieder geschlossen und die Verdrängungselement bzw. die Verdrängungselementen werden wieder in ihre Ausgangposition(en) bewegt. Zum Druckausgleich wird Ventil 304 kurzzeitig geöffnet und wieder geschlossen. Der Vorgang beginnt nun von Anfang an.The (repeated) delivery of the liquid aspirated into the pipetting container 98 'or for the pump operation is proceeded as follows: In the initial situation, the desired amount of liquid in the fluid sample is taken up. The displacement elements of the microdosing devices 380a to 380d are in the upper position (neutral state). The pressure level is neutral. All valves are closed (neutral state). The valve 305 is opened. A displacement element or any number of displacement elements is moved in the direction of the membrane 379 and the desired micro-volume is emitted, and as a result the desired combined (or simple) microdosing volume 99 'is emitted as a micro-free jet. After the micro-free jet has been emitted, valve 305 is closed again and the displacement element or displacement elements are moved back into their starting position (s). To the Pressure equalization valve 304 is opened briefly and then closed again. The process now starts from the beginning.

Die Steuerung dieser Verfahren zum Betreiben des Moduls 300 sind vorzugsweise durch eine in gewünschter Weise eingerichtete, insbesondere programmierte, elektrische Steuereinrichtung 350 implementiert (Fig. 10, 15). Die Steuereinrichtung 350 kann Bestandteil des Moduls 300 sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung 350 ein externes Gerät oder dessen Bestandteil sein. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 350 Bestandteil einer modifizierten Pipettiervorrichtung sein, insbesondere eine um die Steuereinrichtung 350 ergänzte konventionelle Pipettiereinrichtung 101.The control of these methods for operating the module 300 are preferably implemented by an electrical control device 350 set up in the desired manner, in particular programmed ( Fig. 10 , 15th ). The control device 350 can be part of the module 300. Alternatively, the control device 350 can be an external device or a component thereof. In particular, the control device 350 can be part of a modified pipetting device, in particular a conventional pipetting device 101 supplemented by the control device 350.

Claims (16)

  1. A microdosing device (30; 40; 50; 60; 70; 70'; 80) for producing a microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet (99), i.e. a fluid volume in the microliter range or submicroliter range, which leaves the outlet opening of a fluid channel as a jet or free drop, comprising
    a fluid chamber (31; 41; 51; 61; 71; 81),
    a fluid channel (32; 42; 52; 62; 72; 72'; 82) which connects the interior of the fluid chamber with an exterior space and which serves to receive the microdosing volume of a fluid sample
    a displacement element (33; 43; 53; 63; 73; 83) adapted to deflect between a first position (P1) and a second position (P2) and to displace a microvolume of the fluid chamber,
    the microdosing device comprising a shape memory material actuator (35; 45; 55; 65; 75; 85) arranged to deflect the displacement element, and electrical control means to control the shape memory material actuator,
    characterized in that
    the microdosing device is arranged to move the displacement element (33; 43; 53; 63; 73; 83) in a pulse-like manner from the first (P1) to the second position (P2), and the displacement of the microvolume from the fluid chamber causes the discharge of the microdosing volume in the form of a microfree jet into the exterior space, and
    the electrical control device is arranged to activate the shape memory material actuator with a very short voltage or current pulse, the time span of which is between 1 ms and 100 ms.
  2. Microdosing device according to claim 1, wherein the fluid chamber is formed as a microdosing chamber.
  3. Microdosing device according to any one of claims 1 or 2, comprising a stop means (34a, 34b; 44a, 44b; 54b; 64a, 64b; 74a, 74b; 84a, 84b) arranged to stop the displacement element from deflecting.
  4. Microdosing device according to any one of the preceding claims, wherein the fluid chamber comprises an engagement opening (11'; 21'; 31'; 41'; 51'; 61'; 71'; 81') for engagement of the displacement element extending through the engagement opening into the fluid chamber during deflection,
    wherein a sealing means is provided by which the engagement opening is sealed in a fluid-tight manner.
  5. Microdosing device according to claim 4, wherein the sealing means comprises a membrane (79; 89) which is elastically deformable, which seals the engagement opening and which is arranged between the interior of the fluid chamber and the displacement element.
  6. Microdosing device according to any one of the preceding claims, comprising a restoring element (57; 67; 77; 87) which is elastically deformable and which is tensioned by the deflection, and by means of which a restoring force can be exerted on the displacement element in order to return the latter from the second position to the first position after the deflection.
  7. Microdosing device according to one of claims 4 or 5, and claim 6, wherein said membrane (79; 89) is arranged as said restoring element (77; 87).
  8. Microdosing device according to any one of the preceding claims, comprising at least two fluid chambers configured as microdosing chambers, which are configured for dispensing differently sized microvolumes, and which are each connected to said fluid channel for dispensing the microvolume.
  9. Microdosing device according to any one of the preceding claims, comprising a closable bypass channel which, when open, connects the interior of the fluid chamber to the exterior.
  10. Microdosing device according to any one of the preceding claims, comprising a base body, wherein at least one shape memory material actuator is provided which is anchored to the base body and is arranged on the displacement element such that the electrically controlled contraction of the shape memory material actuator deflects the displacement element.
  11. Microdosing device according to any one of the preceding claims, which is a pipetting device with which a fluid sample can be aspirated and dispensed via the fluid channel.
  12. Microdosing device according to one of the preceding claims, wherein the pipetting device is designed according to the air cushion principle and the fluid chamber is filled with air.
  13. Pipetting device (100; 200) for the dosed intake and dispension of fluid samples, comprising
    a piston chamber,
    a movable piston arranged in the piston chamber for aspirating a fluid into the piston chamber and for dispensing the fluid from the piston chamber,
    a pipetting channel (102) connecting the piston chamber to the exterior of the piston chamber
    a microdosing device (10; 20; 30; 40; 50; 60; 70; 70'; 80) according to one of the preceding claims 1 to 12, the fluid channel (12; 22; 32; 42; 52; 62; 72; 82) of which can be connected to the piston chamber and/or the pipetting channel, so that a microdosing volume (99) of a fluid sample can be dosed by the pipetting device by means of the microdosing device and can be dispensed to the exterior space in the form of a microfluid jet via the pipetting channel.
  14. Pipetting device according to claim 13, which is designed according to the air cushion principle or which is designed as a dispenser according to the direct displacement principle, and which is particularly designed as a hand-held device.
  15. Use of the microdosing device according to any one of the preceding claims 1 to 12 for dosing biological, biochemical, chemical or medical fluid samples in a laboratory.
  16. Microdosing device (200; 300) for generating a combined microdosing volume of a fluid sample in the form of a microfree jet, comprising
    at least a first and a second microdosing device, each being a microdosing device according to any one of claims 1 to 12,
    wherein the first microdosing device comprises a first fluid chamber and a first displacement element adapted to displace a first microvolume of the first fluid chamber,
    and wherein the second microdosing device comprises a second fluid chamber and a second displacement element adapted to displace a second microvolume of the second fluid chamber,
    a fluid channel (202; 302) connecting the interior of the first and second fluid chambers to an exterior space and adapted to receive the microdosing volume of a fluid sample,
    wherein the microdosing device comprises at least one actuator means arranged for synchronized deflection of the first and second displacement elements, and
    wherein the microdosing device is arranged to effect the dispension of a combined microdosing volume in the form of a microfree jet into the exterior space by the synchronized displacement of the first and second microvolumes from the first and second fluid chambers.
EP17189074.2A 2017-09-01 2017-09-01 Microdosing device for dosing minute fluid samples Active EP3450020B1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17189074.2A EP3450020B1 (en) 2017-09-01 2017-09-01 Microdosing device for dosing minute fluid samples
PCT/EP2018/073471 WO2019043159A1 (en) 2017-09-01 2018-08-31 Micro-metering device for metering smallest fluid samples

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17189074.2A EP3450020B1 (en) 2017-09-01 2017-09-01 Microdosing device for dosing minute fluid samples

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP3450020A1 EP3450020A1 (en) 2019-03-06
EP3450020B1 true EP3450020B1 (en) 2021-04-07

Family

ID=59761861

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17189074.2A Active EP3450020B1 (en) 2017-09-01 2017-09-01 Microdosing device for dosing minute fluid samples

Country Status (2)

Country Link
EP (1) EP3450020B1 (en)
WO (1) WO2019043159A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3838412A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-23 MT.DERM GmbH Device and method for the dosed delivery of a microfluidic fluid quantity in the picoliter and microlitter region and a hand tool for local puncturing of a human or animal skin
CN111707434B (en) * 2020-06-24 2021-07-06 西南交通大学 Fretting damage test device for heat transfer pipe and quincunx hole supporting plate and implementation method thereof

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2519184A (en) 1983-03-21 1984-09-27 Miles Laboratories Inc. Microdroplet dispensing apparatus
US5763278A (en) 1995-11-01 1998-06-09 Tecan Ag Automated pipetting of small volumes
DE19737173B4 (en) 1997-08-26 2007-04-05 Eppendorf Ag micro-dosing system
DE19802368C1 (en) 1998-01-22 1999-08-05 Hahn Schickard Ges Microdosing device
CH695544A5 (en) 2000-11-17 2006-06-30 Tecan Trading Ag Apparatus for dispensing or aspirating / dispensing liquid samples.
DE10220371A1 (en) 2002-05-07 2003-11-27 Fraunhofer Ges Forschung Free jet metering module and method for its production
DE10337484B4 (en) 2003-08-14 2005-05-25 Zengerle, Roland, Prof. Dr. Microdosing device and method for the metered dispensing of liquids
GB0418256D0 (en) * 2004-08-16 2004-09-15 The Technology Partnership Plc Liquid dispensing device
EP2662137A1 (en) * 2012-05-08 2013-11-13 Roche Diagniostics GmbH Dispensing assembly
US9221046B2 (en) 2014-01-30 2015-12-29 Rainin Instrument, Llc Air displacement pipette with enhanced blowout

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3450020A1 (en) 2019-03-06
WO2019043159A1 (en) 2019-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1344028B1 (en) Pipette system and pipette array
DE69931787T2 (en) Device and method for administration of drops
EP0725267B1 (en) Electrically controlled micro-pipette
EP2633913B1 (en) Pipette device and multi-channel pipette device
WO2019020740A1 (en) Pipetting device with functional checking and method for functional checking of a pipetting device
EP3573758B1 (en) Pipetting device for pulsed pipetting with a pipetting piston movement regulated on the basis of a determination of the working gas pressure
EP3680016B1 (en) Pipette for use with a pipette tip
EP1654068A1 (en) Microdosing device and method for the dosed delivery of liquids
EP2633914B2 (en) Pipetting device and method for its production
WO2018108825A1 (en) Pipetting device for an improved pulse-based pipetting of liquid
EP3450020B1 (en) Microdosing device for dosing minute fluid samples
EP3680017B1 (en) Pipette for use with a pipette tip
EP1707269B1 (en) Pipetting device
WO2020011787A1 (en) Pipetting device for pulsed pipetting with a pipetting piston movement controlled on the basis of a detection of the piston position
EP1333926B1 (en) Device and system for dispensing or aspirating/dispensing liquid samples
EP3939702A1 (en) Pipette for use with a pipette tip with integrated piston
DE102013106534B4 (en) Chromatographiepipettenspitze
EP3485974B1 (en) Microdosing device for dosing minute fluid samples
WO2020234325A1 (en) Liquid screening assembly with mechanical release of very small liquid quantities
DE4104831A1 (en) Piston-type dosing element - useful for manual or motor-driven dispensing or diluting pipette, has hollow cylindrical piston contg. axially displaceable piston in bore
EP3890888A2 (en) Liquid-metering device for ballistically discharging metered amounts in the nanoliter range, liquid-metering method and pipetting tip therefor
EP3393664B1 (en) Pipetting device and method for producing same
DE102008016549A1 (en) Dosing apparatus for contact free dispensing of liquids, has channel module for collecting and dispensing liquid by capillary and regulated pressure system for generation of over pressure
DE102009037105A1 (en) Pressure dispenser for dispensing drops and series of drops of fluid material, has media container with chamber that is connected with capillary, and pressure source subjecting chamber with gas pressure for dispensing drop of fluid material

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION HAS BEEN PUBLISHED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190626

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20191007

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: GRANT OF PATENT IS INTENDED

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20201023

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE PATENT HAS BEEN GRANTED

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: REF

Ref document number: 1378976

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20210415

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 502017009963

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: IE

Ref legal event code: FG4D

Free format text: LANGUAGE OF EP DOCUMENT: GERMAN

REG Reference to a national code

Ref country code: LT

Ref legal event code: MG9D

RIN2 Information on inventor provided after grant (corrected)

Inventor name: GUELTIG, MARCEL

Inventor name: OSSMER, HINNERK

Inventor name: DUNKER, UWE

Inventor name: MOLITOR, PETER

Inventor name: VON BEICHMANN, BORIS

REG Reference to a national code

Ref country code: NL

Ref legal event code: MP

Effective date: 20210407

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: LT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: HR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: BG

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210707

Ref country code: NL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: PT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210809

Ref country code: NO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210707

Ref country code: PL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: RS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: SE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210807

Ref country code: GR

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210708

Ref country code: LV

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 502017009963

Country of ref document: DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: SK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: SM

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: RO

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: ES

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: CZ

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: EE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: DK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20220110

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MM

Effective date: 20210930

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IS

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210807

Ref country code: MC

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: AL

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210901

Ref country code: IT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

Ref country code: IE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210901

Ref country code: BE

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210930

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: LI

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210930

Ref country code: CH

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20210930

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R081

Ref document number: 502017009963

Country of ref document: DE

Owner name: EPPENDORF SE, DE

Free format text: FORMER OWNER: EPPENDORF AG, 22339 HAMBURG, DE

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CY

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407

P01 Opt-out of the competence of the unified patent court (upc) registered

Effective date: 20230527

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: HU

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT; INVALID AB INITIO

Effective date: 20170901

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20230920

Year of fee payment: 7

REG Reference to a national code

Ref country code: AT

Ref legal event code: MM01

Ref document number: 1378976

Country of ref document: AT

Kind code of ref document: T

Effective date: 20220901

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: FR

Payment date: 20230928

Year of fee payment: 7

Ref country code: DE

Payment date: 20230920

Year of fee payment: 7

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: AT

Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES

Effective date: 20220901

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: MK

Free format text: LAPSE BECAUSE OF FAILURE TO SUBMIT A TRANSLATION OF THE DESCRIPTION OR TO PAY THE FEE WITHIN THE PRESCRIBED TIME-LIMIT

Effective date: 20210407