EP3624945B1

EP3624945B1 - Pipettierhilfssystem

Info

Publication number: EP3624945B1
Application number: EP18724536.0A
Authority: EP
Inventors: Boris Von Beichmann; Jens Gerken
Original assignee: Eppendorf SE
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2022-04-27
Anticipated expiration: 2038-05-14
Also published as: US20200147602A1; JP2020520302A; EP3624945A1; JP7121754B2; CN110621408A; CN110621408B; US12115528B2; WO2018210728A1; EP3403725A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Pipettierhilfssystem zur Unterstützung des manuellen Pipettierens einer Vielzahl von Proben einer Probenaufnahmeanordnung, insbesondere einer Mikrotiterplatte.
Das Pipettieren von Proben bei einer Mikrotiterplatte bezeichnet das Ansaugen der Probe aus einer Probenaufnahme, insbesondere einem Probenbehälter, in einen Probentransferbehälter, insbesondere eine Pipettenspitze, mittels einer Pipettiervorrichtung und bezeichnet zudem das Abgeben einer Probe aus einem solchen Probentransferbehälter in die Probenaufnahme. Probenaufnahmeanordnungen, wie sie zum Beispiel durch Mikrotiterplatten repräsentiert werden, weisen eine Vielzahl von Probenaufnahmen zum Lagern der Proben oder zum Durchführen von Reaktionen in den Proben oder von Arbeitsschritten an den Proben auf. Meistens vor der Durchführung der gewünschten Anwendung, teilweise auch während einer solchen Anwendung, müssen die Probenaufnahmen solcher Probenaufnahmeanordnungen durch Pipettieren sukzessive befüllt werden bzw. durch Pipettieren sukzessive bearbeitet werden. Beim Einsatz von Laborautomaten kann ein solches Befüllen ohne Benutzereingriff und fehlerfrei erfolgen. Die vorliegende Erfindung betrifft das korrekte Adressieren der Probenaufnahmen beim sukzessiven manuellen Bearbeiten mittels Pipettieren.
Beim manuellen Pipettieren sieht ein typischer Arbeitsablauf folgende Schritte vor:

(i) Aufnehmen der zu pipettierenden Probe(n) in den/die Probentransferbehälter,
(ii) Auswahl einer oder - zum Beispiel im Fall einer Mehrkanalpipette- mehrerer Probenaufnahmen,
(iii) Abgabe der Probe(n) an die zuvor ausgewählten Probenaufnahmen mittels der Pipettiervorrichtung,
(iv) Memorieren der Adresse der nun bereits befüllten Probenaufnahmen,
(v) gegebenenfalls Aufnehmen einer - oder mehrerer - weiterer Proben mittels der Pipettiervorrichtung,
(vi) Auswahl der sukzessive nächsten, noch nicht befüllten Probenaufnahmen,

Von Bedeutung ist beim manuellen Pipettieren in der Praxis auch die selektive Aufnahme, d. h. die Aufnahme von Proben aus ganz bestimmten Wells einer Mikrotiterplatte, bzw. die selektive Abgabe und der selektive Transfer zwischen Mikrotiterplatten. Die Proben können z. B. in eine andere Mikrotiterplatte -im gleichen oder in einem anderen Raster bzw. Schema, oder aber in andere Gefäße übertragen werden, z. B. in Reaktions-/ Analysegefäße. Im Vergleich zum systematischen vollständigen Pipettieren einer Mikrotiterplatte fordert die selektive Bearbeitung eine noch höhere Konzentration des Anwenders und birgt ein noch höheres Risiko für Pipettierfehler.
Das korrekte manuelle Adressieren und Befüllen der Probenaufnahmen verlangt den Benutzern in der Laborpraxis ein erhebliches Maß an Konzentration ab und verlangsamt oftmals auch die Arbeitsabläufe im Labor. Es handelt sich somit um ein technisches Problem, dass sich bei automatisierten Laborgeräten nicht stellt.
Aus der US 7,544,330 B2 ist ein Pipettierhilfssystem zum Assistieren beim manuellen Pipettieren an einer Mikrotiterplatte bekannt, mit dem die genannten Fehler teilweise vermieden werden. Das dort beschriebene Probentrackingsystem für Mikrotiterplatten sieht vor, dem Benutzer die Information über den Belegungszustand einer Probenaufnahme nach dem Pipettieren durch Beleuchten der Probenaufnahme auszugeben, um einen Adressierungsfehler bei der Auswahl der zu bearbeitenden Probenaufnahmen zu vermeiden. Erkannt wird der Belegungszustand nach dem Pipettieren automatisch, indem sukzessive ein an einem Roboterarm befestigter Infrarotlaser einer Messanordnung oberhalb der Probenaufnahmen automatisch verfahren wird und das senkrecht durch die Probenaufnahme transmittierte Laserlicht mittels Detektor erfasst wird. Eine Probenaufnahme mit Probe erzeugt ein anderes Detektionssignal als eine Probenaufnahme ohne Probe, so dass zumindest ein solcher Belegungszustand der Probenaufnahme unterschieden werden kann. Das dabei zu verwendende Bewegungssystem der Messanordnung erfordert aber einen hohen apparativen Aufwand und eine komplexe Bewegungsmechanik. Bewegungsmechaniken sind grundsätzlich fehleranfällig, was zu Positionierungsproblemen und somit zu Messfehlern sowie zu einem erhöhten Wartungsaufwand führen kann. Zudem ist bei dieser Messanordnung der Roboterarm der Bewegungsmechanik im Raum oberhalb der Mikrotiterplatte angeordnet, in dem der Anwender mit der Pipettiervorrichtung hantieren muss. Es besteht daher das Risiko, dass die Bewegungsmechanik beim Hantieren kontaktiert und dejustiert wird. Andererseits ist das Hantieren in diesem Raum erschwert, da er von der Bewegungsmechanik belegt wird. Das Dokument US5380493A beschreibt ein System zur Positionierung von Laborprobenbehälterplatten an einer Messvorrichtung, bei dem über einen unter der Laborprobenbehälterplatte und unter einer transparenten Trägerplatte gelegenen optischen Sensor gemessen wird, welcher Behälter gefüllt wurde. Das Dokument EP2669011A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Unterstützung der händischen Präparation von Proben auf einem planaren Probenträger für die Ionisierung mit matrix-unterstützter Laserdesorption sowie eine entsprechende Belegungshilfe.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein Pipettierhilfssystem zur Unterstützung des manuellen Pipettierens einer Vielzahl von Proben einer Probenaufnahmeanordnung bereitzustellen, das effizient einsetzbar und komfortabel bedienbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch das Pipettierhilfssystem gemäß Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstände der Unteransprüche.
Da bei dem erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystem die dem Benutzer assistierenden Hilfsfunktionen durch eine Messanordnung realisiert sind, die in der Bearbeitungsposition unterhalb der Ebene des Positionierraums angeordnet sind, ist das Risiko stark reduziert, dass die Messanordnung beim Hantieren beschädigt wird. Der Raum oberhalb dieser Ebene ist zudem frei zugänglich für die visuelle Inspektion durch den Benutzer aus beliebigen Winkeln und für die Manipulation an den Probenaufnahmen mittels Pipettieren. Die erfindungsgemäße Gestaltung erweitert zudem die Anwendungsflexibilität eines Pipettierhilfssystems, da die Erkennung des Belegungszustands der einen oder mehreren Probenaufnahmen bereits während dem Pipettieren ermöglicht wird. Da die Messung nicht durch das Hantieren des Benutzers im Bereich oberhalb des Positionierraums behindert wird, kann bereits das Eintauchen eines Probentransferbehälters, insbesondere einer Pipettenspitze, in den Aufnahmeraum der Probenaufnahme bei entsprechender Gestaltung der Messanordnung als Belegungszustand in Realzeit verfolgt werden. Dabei kann, ebenfalls in Realzeit, der Benutzer über die Ausgabeeinrichtung mit der Information über den Belegungszustand einer oder mehrerer bestimmter Probenaufnahmen informiert werden, so dass der Benutzer gegebenenfalls vor einem eventuell falschen Pipettieren nochmals durch entsprechende Informationsausgabe, insbesondere eine Beleuchtung der Probenaufnahme, gewarnt werden kann.
Die Positioniereinrichtung garantiert eine zuverlässige Relativpositionierung der Probenaufnahmeanordnung und der Basisvorrichtung, so dass die weiteren Systembestandteile, insbesondere die Messelemente und/oder die Ausgabeeinrichtung, in Bezug auf die Probenaufnahmeanordnung und die Basisvorrichtung jeweils eine einzige Relativposition einnehmen können. Dadurch wird die Präzision bei der Handhabung des Pipettierhilfssystems verbessert.
Erfindungsgemäß ist die Vielzahl von Messelementen fester Bestandteil der Probenaufnahmeanordnung und die Ausgabeeinrichtung ist fester Bestandteil der Basisvorrichtung (auch bezeichnet als die erste bevorzugte Ausführungsform). Die Messelemente sind vorzugsweise Elektroden, die insbesondere über elektrische Leitungen der Probenaufnahmeanordnung realisierbar sind. Diese elektrischen Leitungen sind insbesondere durch elektrische leitfähiges Polymer realisiert, so dass die Probenaufnahmeanordnung via Spritzgussverfahren, insbesondere 2K-Spritzgussverfahren herstellbar ist. Das Pipettierhilfssystem gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform weist vorzugsweise als Ausgabeeinrichtung eine Leuchtanordnung als Bestandteil der Basisvorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform auf, in deren Positionierraum die Probenaufnahmeanordnung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform positionierbar ist, welche die Vielzahl von Messelementen aufweist. Die Probenaufnahmeanordnung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform und die Basisvorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform weisen vorzugsweise jeweils eine Kopplungseinrichtung auf, um die Vielzahl von Messelementen an eine Leitungsanordnung zu koppeln, die insbesondere Bestandteil der Basisvorrichtung ist. Wie noch ausgeführt wird, kann die Leitungsanordnung zur Leitung von optischen und/oder elektrischen Signalen ausgebildet sein. Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zudem die Basisvorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, verwendbar für die Probenaufnahmeanordnung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, als eigenständiger Erfindungsgegenstand angesehen. Gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zudem die Probenaufnahmeanordnung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, verwendbar an der Basisvorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform, als eigenständiger Erfindungsgegenstand angesehen.
In einer zweiten Ausführungsform, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sind die Vielzahl von Messelementen und die Ausgabeeinrichtung feste Bestandteile der Basisvorrichtung. Das Pipettierhilfssystem gemäß der zweiten Ausführungsform weist die Basisvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform auf, in deren Positionierraum die Probenaufnahmeanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform positionierbar ist. Die Probenaufnahmeanordnung gemäß der zweiten Ausführungsform ist dazu eingerichtet, dass die Vielzahl von Messelementen in der Bearbeitungsposition so an der Vielzahl von Probenaufnahmen anordenbar sind, dass der Belegungszustand der mindestens einen Probenaufnahme messbar ist. Das kann insbesondere dadurch erfolgen, dass die Vielzahl von Messelementen in der Bearbeitungsposition in mindestens einen Hohlraum der Probenaufnahmeanordnung eingreifen. Insbesondere kann ein Messelement in einen zwischen zwei Probenaufnahmen gelegenen Hohlraum eingreifen.
In einer dritten Ausführungsform, die nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, sind die Vielzahl von Messelementen und eine Vielzahl von Ausgabeelementen der Ausgabeeinrichtung feste Bestandteile der Probenaufnahmeanordnung. Die Ausgabeelemente können Leuchtelemente sein, und können insbesondere durch lichtstreuende optische Mittel realisiert sein, zu denen das Licht durch Lichtleiter der Probenaufnahmeanordnung geführt wird, oder können durch elektroluminiszente Polymere realisiert sein, die über elektrische Leitungen der Probenaufnahmeanordnung zum Leuchten angeregt werden. Das Pipettierhilfssystem gemäß der dritten Ausführungsform weist die Probenaufnahmeanordnung auf, die die Vielzahl von Messelementen und die Vielzahl von Ausgabeelementen der Leuchtanordnung aufweist. Die Probenaufnahmeanordnung gemäß der dritten Ausführungsform und die Basisvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform weisen vorzugsweise jeweils eine Kopplungseinrichtung auf, um die Vielzahl von Messelementen an eine Leitungsanordnung zu koppeln, die Bestandteil der Basisvorrichtung ist und um die Vielzahl der Ausgabeelemente an eine weitere Leitungsanordnung zu koppeln, die Bestandteil der Basisvorrichtung ist. Wie noch ausgeführt wird, kann jede dieser Leitungsanordnungen zur Leitung von optischen und/oder elektrischen Signalen ausgebildet sein.
Vorzugsweise weist die Probenaufnahmeanordnung elektrische Leitungen auf. Diese elektrischen Leitungen sind insbesondere durch ein oder mehrere elektrisch leitfähige Polymere realisiert, so dass die Probenaufnahmeanordnung vorzugsweise vollständig aus Polymer herstellbar ist, insbesondere via Spritzgussverfahren, insbesondere 2K-Spritzgussverfahren, oder durch ein Thermoformverfahren.
Ein elektrisch leitfähiges Polymer kann insbesondere durch Anreicherung eines Trägerpolymers, insbesondere PP, PE, PS, PC, mit elektrisch leitfähigem Füllmaterial wie Graphit, Kohlenstoff, Carbon-Nanotubes, und Fragmenten aus diesen Stoffen gebildet werden, insbesondere wenn das Füllmaterial 40 bis 80 Masseprozent des elektrisch leitfähigen Polymers ausmacht. Ein elektrisch leitfähiges Polymer kann insbesondere als intrinsisch leitfähiges Polymer gewählt werden: geeignet sind insbesondere Poly-3,4-ethylendioxythiophen (PEDOT, auch PEDT), insbesondere mit Polystyrolsulfonat (PSS) als Gegenion (PEDOT:PSS); Polyanilin (PAni); Polyparaphenylen (PPP); besonders bevorzugt: Polypyrrol (PPy); Dotiertes Polythiophen (PT).
Die Messanordnung weist vorzugsweise Sensoreinrichtungen auf, insbesondere eine Vielzahl von Sensoreinrichtungen. Eine Sensoreinrichtung weist vorzugsweise ein oder zwei Messelemente auf. Sie kann auch mehr Messelemente aufweisen. Die Sensoreinrichtungen sind vorzugsweise in einem Muster angeordnet. Dieses Muster entspricht vorzugsweise dem Muster, in dem die Probenaufnahmen der Probenaufnahmeanordnung angeordnet sind. Insbesondere ist in der Bearbeitungsposition vorzugsweise jeder Probenaufnahme eine Sensoreinrichtung zugeordnet. Dies kann so erfolgen, dass mindestens ein Messelement jeder Sensoreinrichtung zu mindestens einer Probenaufnahme benachbart positioniert ist, insbesondere zu genau einer Probenaufnahme benachbart positioniert ist. Das mindestens eine Messelement ist in der Bearbeitungsposition vorzugsweise seitlich der Probenaufnahme angeordnet. Das mindestens eine Messelement der Sensoreinrichtung ist in der Bearbeitungsposition vorzugsweise unterhalb, vorzugsweise teilweise oder vollständig unterhalb, der Probenaufnahme angeordnet. Mindestens ein Messelement, insbesondere mehr als ein Messelement und insbesondere genau zwei Messelemente kann/können in der Bearbeitungsposition vorzugsweise seitlich einer Probenaufnahme - oder mehrerer Probenaufnahmen, angeordnet sein, insbesondere in einem unteren Bereich der Probenaufnahme angeordnet sein. Der untere Bereich einer Probenaufnahme kann als ein Bruchteil der Gesamthöhe der Probenaufnahme definiert sein. Die Gesamthöhe der Probenaufnahme ist insbesondere definierbar als der vertikale Abstand zwischen der tiefsten Position und der höchsten Position der Innenwand der Probenaufnahme. Der Bruchteil kann ausgewählt sein aus der Gruppe von bevorzugten Bruchteilen f = {0,5; 0,33; 0,25; 0,2; 0,15; 0,1; 0,05}. Durch die Anordnung des einen Messelements bzw. der mehreren Messelemente im unteren Bereich der Probenaufnahme können die Messelemente kompakt, und dadurch besonders robust gestaltet sein. Zudem ist das für den Eingriff der Messelemente in den mindestens einen Hohlraum der Probenaufnahmeanordnung erforderliche Eingriffsvolumen gering, so dass eine kompakte und einfache Gestaltung der Probenaufnahmeanordnung ermöglicht wird. Wenn die Messelemente in der Bearbeitungsposition unterhalb der Probenaufnahmen angeordnet sind, wird kein Hohlraum der Probenaufnahmeanordnung benötigt, um die Messelemente in der Nähe der Probenaufnahmen zu positionieren, die eine erfolgreiche Messung des Belegungszustands oder eine Füllstandsmessung zu ermöglichen. Die Messelemente können in der Bearbeitungsposition mit einer Außenwand der Probenaufnahmen, insbesondere im unteren Bereich der Probenaufnahme und insbesondere mit einer Bodenwand der Probenaufnahme in Kontakt stehen oder von dieser Außenwand bzw. Bodenwand beabstandet sein. Insbesondere eine kapazitative Messung kann bei einer solchen Anordnung der Messelemente erfolgreich sein, da die Wirkung des elektrischen Feldes zwischen zwei als Kondensatorelektroden wirkenden Messelementen in den Raum hineinreicht, der sich außerhalb des Zwischenraums zwischen den zwei Messelementen befindet.
Dabei bezeichnet die Richtung "nach oben" eine Richtung senkrecht zu der Ebene A, die im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Pipettierhilfssystems die Richtung entgegen der Gravitation ist, also eine Richtungsbezeichnung im herkömmlichen Bereich. Die Richtung "nach unten" bedeutet dementsprechend die Richtung der Gravitation, betrachtet im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Pipettierhilfssystems. "Seitlich" bedeutet entsprechend eine zur zentralen vertikalen Achse der Probenaufnahme, insbesondere zu einer im wesentlichen vertikalen Seitenwand der Probenaufnahme in radialer Richtung parallelversetzte Position. Dies gilt auch, wenn die Probenaufnahmewand einen schrägen Verlauf hat, was bei dem üblicherweise konischen Verlauf typisch ist, der das Einführen von Probenbehältern oder Pipettenspitzen in die Probenaufnahme erleichtern kann.
Die Messanordnung, insbesondere eine Sensoreinrichtung, ist vorzugsweise dazu eingerichtet, eine Kapazität oder eine Änderung der Kapazität zu messen. Die Messanordnung, insbesondere eine Sensoreinrichtung, weist dazu vorzugsweise mindestens ein Paar von Elektroden auf, welche insbesondere voneinander elektrisch isoliert sind und sich insbesondere so gegenüberliegen, dass sie den Aufnahmeraum mindestens einer Probenaufnahme als Dielektrikum des Kondensatorraums zumindest teilweise zwischen sich einschließen. Möglich und bevorzugt ist auch, dass der Aufnahmeraum mindestens einer Probenaufnahme nicht zwischen den Elektroden der Sensoreinrichtung liegt, sondern außerhalb des Zwischenraums zwischen den Elektroden. Der Aufnahmeraum mindestens einer Probenaufnahme greift dann insbesondere in den als Kondensatorraum definierten Raumbereich ein, der vom elektrischen Feld der Elektroden erfasst wird. Die durch Ändern des Inhalts des Kondensatorraums bewirkte Änderung der Permittivität ist dann elektrisch messbar. Auf diese Weise kann insbesondere bestimmt werden, ob sich im Aufnahmeraum der Probenaufnahme eine Probe befindet oder nicht. Vorzugsweise kann dadurch unterschieden werden, ob der Aufnahmeraum eher zu 1/4, 1/2, 3/4 oder 4/4 (vollständig) befüllt ist, überfüllt ist, oder nicht befüllt ist. Eine präzise Bestimmung des Füllvolumens ist auf diese Weise nicht möglich und wird bei dieser Ausführungsform auch nicht angestrebt. Dennoch kann auch eine Füllstandsmessung realisiert werden, deren Messauflösung mit einfachen Versuchen ermittelbar ist. Die bevorzugten Messauflösungen der Sensoreinrichtung werden nachfolgend noch beschrieben.
Die Form einer Elektrode zur kapazitativen Messung kann stabförmig sein, und/oder ist vorzugsweise in der Form einer Platte (Plattenelement), deren Form insbesondere an die Form der Probenaufnahme bzw. des Aufnahmeraums der Probenaufnahme angepasst ist. Eine Elektrode kann insbesondere planar ausgebildet sein. Die Hauptebene einer solchen planaren Elektrode kann horizontal, also insbesondere parallel der Öffnung einer Probenaufnahme, oder vertikal, also insbesondere senkrecht der Öffnung einer Probenaufnahme angeordnet sein. Die Fläche A_Elektrode einer Elektrode kann von der Fläche A_Boden des Bodens der Probenaufnahme oder von deren Öffnungsquerschnitt A_Öffnung abhängen, insbesondere über A_Elektrode = c * A_Boden oder A_Elektrode = c * A_Öffnung. Der Boden einer Probenaufnahme kann als der Bereich der Innenseite einer Probenaufnahme angesehen werden, dessen Projektion auf die horizontale Fläche oder auf die Ebene A einen von Null verschiedene Größe aufweist. Bei einer zylinderförmigen Probenaufnahme ist deren Bodenfläche durch die Zylinderbodenfläche definiert. Bei einer kugelsegmentförmigen bzw. abgerundeten Bodenform ist die Bodenfläche durch den gekrümmten, nicht-vertikalen Anteil der Innenseite der Probenaufnahme definiert. Zudem -oder alternativ- kann der Boden auch als Innenseitenbereich der Aufnahme definiert werden, der sich in einem unteren Bereich der Probenaufnahme befindet - diese Definition ist insbesondere bei größtenteils verjüngend bzw. konisch verlaufenden Probenaufnahmen sinnvoll. Eine Elektrode kann insbesondere eine Kreissegmentform aufweisen und kann insbesondere im Wesentlichen halbkreisförmig sein. Zwei planare Elektroden einer Sensoreinrichtung können jeweils als Kreissegment bzw. als ein Halbkreis geformet sein, wobei die geraden Ränder der Flächen einander beabstandet und gegenüber liegend angeordnet sein können, und insbesondere parallel zueinander verlaufen können. Die beiden Elektroden können insbesondere im Wesentlichen vollständig oder größtenteils senkrecht unterhalb des Bodens oder der Öffnung der Probenaufnahme angeordnet sein.
Im Falle einer im Wesentlichen zylinderförmigen Probenaufnahme mit zylinderförmigem Aufnahmeraum weist vorzugsweise die Elektrode die Form eines entsprechenden Zylindermantelabschnitts auf, der benachbart dem Aufnahmeraum bzw. der Probenaufnahme angeordnet ist. Die Form der Elektrode kann aber auch teilweise oder im Wesentlichen entlang der gesamten Höhe der Probenaufnahme von der Form der Probenaufnahme, insbesondere von deren Außenform, abweichen.
Im Falle einer gemäß einem oder mehrerer SLAS-Industriestandards eingerichteten Probenaufnahmeanordnung und insbesondere im Fall einer Probenaufnahmeanordnung, die eine gemäß einem oder mehrerer SLAS-Industriestandards eingerichtete Mikrotiterplatte ist, kann die Messanordnung, die insbesondere Bestandteil der Basisvorrichtung sein kann, dazu eingerichtet sein, in den Hohlraum einzugreifen, der unterhalb der Probenaufnahmen der Mikrotiterplatte vorgesehen ist. Gemäß Industriestandard können Mikrotiterplatten flache, runde oder konische Bodenformen der Probenaufnahmen aufweisen. In jedem Fall bleibt unterhalb der Probenaufnahmen ein mindestens 1 mm hoher Hohlraum verfügbar, in dem die Messanordnung in der Bearbeitungsposition teilweise oder vollständig anordenbar ist. Dies ist dem Standard ANSI SLAS 2-2004 (R2012) entnehmbar. Die Messanordnung ist deshalb vorzugsweise dazu eingerichtet, dass die Messanordnung oder deren Messelemente teilweise oder vollständig im Positionierraum angeordnet sind, insbesondere in dem Bereich, in dem der Hohlraum der Probenaufnahmeanordnung in der Bearbeitungsposition angeordnet ist. Insbesondere sind die Messanordnung oder deren Messelemente vorzugsweise nicht oberhalb dieses Bereichs angeordnet. Vorzugsweise sind die Messanordnung oder deren Messelemente teilweise, größtenteils oder vollständig in einem Bereich angeordnet, der sich im Positionierraum zwischen 0,0 mm und 1,0 mm oberhalb der Basisvorrichtung befindet, insbesondere oberhalb der Auflagepunkte der Basisvorrichtung befindet. Die Auflagepunkte bilden den Bereich der Basisvorrichtung, den die Probenaufnahmeanordnung in der Bearbeitungsposition kontaktiert und auf dem die Probenaufnahmeanordnung in der Bearbeitungsposition aufliegt. Der Fuß einer Mikrotiterplatte, der in den Auflagepunkten die Basisvorrichtung kontaktiert, sowie der vertikale Mindestabstand (0,0394 inch = 1,0 mm) vom untersten Bereich des Fußes - entsprechend den Auflagepunkten- zum Boden der Probenaufnahmen der Mikrotiterplatte ist in ANSI SLAS 2-2004 (R2012) auf Seite 6 in der oberen Abbildung gezeigt. Im Falle runder oder konischer Bodenabschnitte der Mikrotiterplatte befinden sich auch oberhalb der 1,0 mm-Ebene noch Anteile des Hohlraums unterhalb der Probenaufnahmen, die zur Anordnung der Messelemente in der Bearbeitungsposition genutzt werden können.
Im Falle eines im Wesentlichen quaderförmigen Probenaufnahme mit quaderförmigem Aufnahmeraum weist vorzugsweise die Elektrode die Form eines entsprechenden ebenen, insbesondere rechteckigen, Plattenabschnitts auf, der benachbart dem Aufnahmeraum bzw. der Probenaufnahme angeordnet ist. Im Falle einer zumindest teilweise -zum Beispiel im Bodenbereich- sphärisch geformten Probenaufnahme und/oder im Falle eines zumindest teilweise sphärisch geformten Aufnahmeraums weist vorzugsweise die Elektrode die Form eines entsprechenden zumindest teilweise sphärisch geformten Plattenabschnitts auf, der benachbart dem Aufnahmeraum bzw. der Probenaufnahme angeordnet ist. Im Falle einer zumindest teilweise -zum Beispiel im Bodenbereich- konisch geformten Probenaufnahme und/oder im Falle eines zumindest teilweise konisch geformten Aufnahmeraums weist vorzugsweise die Elektrode die Form eines entsprechenden zumindest teilweise konisch geformten Plattenabschnitts auf, der benachbart dem Aufnahmeraum bzw. der Probenaufnahme angeordnet ist. Diese Ausgestaltungsoptionen greifen die bewährten, kommerziell verfügbaren Gestaltungen von Mikrotiterplatten-Wells auf. Diese sind insbesondere erhältlich als Mikrotiterplatten mit F-Boden (flach), U-Boden (rund) und V-Boden (konisch).
Ein Plattenelement kann jeweils auch eine Folienbeschaffenheit aufweisen. Eine Elektrode erstreckt sich vorzugsweise an im Wesentlichen der gesamten Länge des Aufnahmeraums in vertikaler Richtung, um sowohl eine Messung bei sehr geringen Belegungsvolumina als auch bei vollständiger Befüllung effizient durchführen zu können. Vom Aufnahmeraum ist die Elektrode in der Bearbeitungsposition vorzugsweise durch eine Isolation, insbesondere eine Isolationsschicht getrennt, um elektrochemische Reaktionen an der Elektrode zu verhindern, wenn eine flüssige Probe in der Bearbeitungsposition in der Probenaufnahme angeordnet ist. Die Elektrode ist vorzugsweise folienartig. Die Elektrode ist vorzugsweise ein elektrisch leitfähiges Polymer, und ist insbesondere mittels Spritzgussverfahren oder durch einen Thermoformungs-Prozess hergestellt. Die Elektrode kann auch aus Metall bestehen oder Metall aufweisen, insbesondere Aluminium, Kupfer oder Silber.
Eine Elektrode erstreckt sich vorzugsweise in einem unteren Bereich der gesamten Länge des Aufnahmeraums in vertikaler Richtung, wodurch ebenfalls eine Messung bei sehr geringen Belegungsvolumina als auch bei vollständiger Befüllung effizient durchführbar sind, da die Wirkung des während der kapazitativen Messung mittels der Elektroden zwischen diesen erzeugten elektrischen Feldes auch in den Bereich oberhalb der Elektroden hineinreicht.
Der Verlauf der Elektrode kann insbesondere mäanderartig sein. Insbesondere bei einer kapazitativen Sensoreinrichtung kann eine zweite Elektrode vorgesehen sein, die insbesondere auf Masse geschaltet ist, und die in einem Abstand zur ersten Elektrode angeordnet ist und insbesondere parallel zu dieser ersten Elektrode verlaufen kann. Paarweise Elektroden können jeweils Fingerelemente aufweisen, die interkalierend bzw. kammartig zu den Fingerelementen der gegenüberliegenden Elektrode angeordnet sind. Diese Elektroden können mäanderartig interkalierend angeordnet sein. Eine erste Elektrode kann als Kernelektrode, insbesondere Kreiselektrode, ausgebildet sein und die zweite Elektrode kann als Lochelektrode im Wesentlichen in der Ebene dieser Kernelektrode außerhalb der Kernfläche der Kernelektrode angeordnet sein, so dass die Kernelektrode im Loch der Lochelektrode angeordnet ist. Die zweite Elektrode kann auch parallel zur Kernelektrode, insbesondere unterhalb der Kernelektrode, angeordnet sein und kann insbesondere als Becherelektrode ausgebildet sein, indem sich mindestens eine Seitenwand der Becherelektrode ausgehend von einem Bodenabschnitt der Becherelektrode bis zur Höhe der Kernelektrode erhebt, wobei die Elektroden insbesondere immer beabstandet sind.
Die Elektrode bzw. mehrere oder alle Elektroden der Messanordnung können durch mindestens eine Leitung, insbesondere mindestens eine oder mehrere Leiterbahnen an eine elektronische Steuereinrichtung angebunden werden, die insbesondere an der Probenaufnahmeanordnung angeordnet sind. Leiterbahnen können aus elektrisch leitfähigem Kunststoff bestehen oder einen solchen aufweisen. Diese leitfähigen Strukturen könnten ebenfalls durch Spritzgussverfahren, insbesondere 2-Komponenten-Spritzguss, realisiert werden. Alternativ könnten sowohl die Elektroden als auch die Leiterbahnen durch elektrisch leitfähige Folienelemente realisiert werden. Die Probenaufnahmeanordnung, insbesondere eine Mikrotiterplatte, kann beispielsweise durch Federkontaktstifte/Kontaktnadeln der Basisvorrichtung von außen über geeignete Landeflächen kontaktiert werden. Alternativ könnten Kontaktfedern oder -stifte auch im leitfähigen Kunststoff der Mikrotiterplatte umspritzt werden und dann mit entsprechenden Ländeflächen auf der Basisvorrichtung verbunden werden. Jeder Sensoreinrichtung kann mindestens eine oder zwei, insbesondere genau eine oder zwei, Leitung/en zugeordnet sein, durch die das mindestens eine Messelement mit einer elektronischen Schaltung verbindbar ist, die insbesondere Teil der elektronischen Steuereinrichtung sein kann. Eine solche Anordnung mit individueller Kontaktierung jedes Messelements bietet eine besonders hohe Messgenauigkeit. Im Fall von 96 Probenaufnahmen können deshalb insbesondere insgesamt 96 oder 192 Leitungen vorgesehen sein.
Es kann aber auch mehr als ein Messelement einer einzigen Leitung zugeordnet sein bzw. mit dieser verbunden sein, wodurch insbesondere weniger Leitungen als Messelemente oder als Messelementpaare benötigt werden. Insbesondere ist es möglich, eine Reihe von Messelementen oder einen Reihenabschnitt von Messelementen mittels einer einzigen Leitung bzw. Leiterbahn zu verbinden. Eine Messanordnung kann aus Reihen und Spalten von Messelementen gebildet sein, z.B. einer Matrix aus 8 Reihen x 12 Spalten = 96 Messelementen / Messelementpaaren. Weist beispielsweise in einer Matrix von Messelementen eine Sensoreinrichtung jeweils genau ein erstes Messelement und ein zweites Messelement auf, dann können die ersten Messelemente der Reihe durch genau eine erste Leitung verbunden sein und die zweiten Messelemente der Reihe durch genau eine zweite Leitung verbunden sein. Bei 12 Reihen und 8 Spalten benötigt man dann nur 8 x 2 = 16 Leitungen, um beim Pipettieren eine geeignete Messung und damit eine Pipettierhilfe zu realisieren. Wird mit einer Mehrkanalpipette, deren Zahl und Anordnung von Pipettenspitzen einer Spalte diese Matrix entspricht, sukzessive in Richtung entlang der Reihe pipettiert, so lässt sich der Belegungszustand jeder Probenaufnahme einer Spalte individuell erfassen.
Grundsätzlich ist es auch möglich, alle ersten Messelemente mehrerer Reihen oder Spalten und/oder Reihen, oder einer gesamten Matrixanordnung sowie Unterabschnitten mittels jeweils einer ersten Leitung zu verbinden und alle zweiten Messelemente einer solchen Anordnungsauswahl mit einer zweiten Leitung zu verbinden, insbesondere wenn nur sukzessive an einzelnen Probenaufnahmen pipettiert wird, z.B. bei Verwendung einer Einkanalpipette. Dies setzt eine geeignete Empfindlichkeit der elektronischen Steuereinrichtung voraus, mit der die Messanordnung angesteuert und die Messsignale ausgewertet werden.
Vorzugsweise weist die Probenaufnahmeanordnung keine elektronische Schaltung auf. An der Probenaufnahmeanordnung, insbesondere an deren Unterseite oder mindestens einer Seite, sind vorzugsweise Kontaktstellen zur Herstellung eines elektronischen Kontakts vorgesehen. Die Kontaktstellen der Probenaufnahmeanordnung können jeweils über mindestens eine Kontaktstelle mit einem entsprechenden Kontakt einer elektronischen Steuereinrichtung verbunden sein. Im Falle einer mit optischer Signalübertragung arbeitenden Messanordnung wird die Kontaktstelle analog durch eine optische Kopplungsstelle ersetzt, die das Transmittieren eines Lichtsignals durch die Kopplungsstelle erlaubt.
Vorzugsweise ist mindestens ein Messelement in der oberen Hälfte einer Probenaufnahme angeordnet, insbesondere an einem oberen Rand einer Probenaufnahme. Auf diese Weise kann die Änderung des Belegungszustands einer Probenaufnahme bereits frühzeitig erkannt werden, insbesondere wenn der Benutzer einen Probentransferbehälter, insbesondere eine Pipettenspitze, durch die obere Ebene in den Aufnahmeraum der Probenaufnahme einzutauchen beginnt. Ein als eine einzige Elektrode (Einzelelektrode) ausgeführtes Messelement wird vorzugsweise in der oberen Hälfte einer Probenaufnahme angeordnet, um die Kapazitätsänderung dieser Elektrode gegenüber einer Erdungselektrode zu messen, wobei letztere über die Basisvorrichtung verfügbar gemacht sein kann. Bringt man einen elektrisch leitfähigen Probentransferbehälter -bzw. einen Probentransferbehälter, der elektrisch leitfähiges Material aufweist-, insbesondere eine leitfähige Pipettenspitze, in die Nähe des als Einzelelektrode ausgeführten Messelements, so ändert sich die Kapazität der Einzelelektrode, insbesondere durch Erhöhung der Kapazität, was messbar ist. Die Einzelelektrode kann insbesondere als Ringelektrode ausgeführt sein, die in der Bearbeitungsposition am oberen Rand einer Probenaufnahme angeordnet sein kann. Die Ringelektrode kann insbesondere fest mit der Probenaufnahmeanordnung verbunden sein. Es können insbesondere einer Probenaufnahme zwei Sensoreinrichtungen zugeordnet sein. Eine davon kann insbesondere die beschriebene Einzelelektrode aufweisen, insbesondere im oberen Bereich. Die andere Sensoreinrichtung, aufweisend ein oder zwei Elektroden, kann insbesondere im unteren Bereich der Probenaufnahme angeordnet sein. Der obere Bereich einer Probenaufnahme kann insbesondere als ein Bruchteil f der Gesamthöhe der Probenaufnahme angesehen werden, der sich vom oberen Rand der Probenaufnahme nach unten erstreckt.
Die Messelemente, insbesondere die Messelektroden, können auch durch ein Druckverfahren auf die Probenaufnahmevorrichtung oder die Basisvorrichtung aufgedruckt sein. Ebenso können die Ausgabeelemente der Ausgabeeinrichtung, also insbesondere die Leuchtelemente einer Leuchtanordnung, durch ein Druckverfahren auf die Probenaufnahmevorrichtung oder die Basisvorrichtung aufgedruckt sein. Ebenso könne elektrische Leiterbahnen, mit denen insbesondere die Messelemente oder die Ausgabelemente an die elektronische Steuereinrichtung angeschlossen werden oder sind, durch ein Druckverfahren auf die Probenaufnahmevorrichtung oder die Basisvorrichtung aufgedruckt sein. Messelektroden und Leiterbahnen können insbesondere durch Aufdrucken von Flüssigkeiten mit leitfähigen organischen oder anogansichen Materialien aufgedruckt sein. Sie können insbesondere durch Aufdrucken von Flüssigkeiten mit metallhaltigen Flüssigkeiten aufgedruckt sein. Eine solche metallhaltige Flüssigkeit kann insbesondere Silber oder Gold, insbesondere Silberpartikel oder Goldpartikel, beinhalten. Es können insbesondere auch leitfähige Polymere aufgedruckt werden. Als Druckverfahren kommen Inkjet-, Sieb- und Offset-Flexo- und Tiefdruck in Betracht. Vorzugsweise weist die Probenaufnahmeanordnung eine planare Oberfläche auf, auf der die entsprechenden Bauteile, also insbesondere die Messelemente und/oder Leiterbahnen und/oder Ausgabeelemente, aufgedruckt werden. Die planare Oberfläche kann insbesondere eine planare Oberseite oder eine planare Unterseite der Probenaufnahmeanordnung sein. Das Aufdrucken der Bauteile bietet den Vorteil geringer Kosten und eines hohen Durchsatzes bei der Herstellung von Probenaufnahmeanordnungen. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei als Einwegartikeln vorgesehenen Probenaufnahmeanordnungen.
Messelemente und/oder Leiterbahnen und/oder Ausgabeelemente können auch teilweise oder vollständig vorgefertigt sein und können mit der Probenaufnahmevorrichtung oder der Basisvorrichtung verbunden sein. Dabei ist es möglich, dass zusätzlich zu diesen Bauteilen ein Trägerelement, z.B. eine Trägerfolie gemeinsam mit den anzubringenden Bauteilen verbunden wird. Die Verbindung ist vorzugsweise stoffschlüssig, insbesondere erfolgt die Verbindung vorzugsweise durch Verkleben.
Der Erfindung liegt zudem die experimentell bestimmte technische Lehre zugrunde, dass bereits ein mit elektrisch leitfähiger Probe befüllter, selber aber nicht elektrisch leitfähiges Material aufweisender Probentransferbehälter geeignet ist, um eine solche messbare Kapazitätsänderung einer Einzelelektrode zu realisieren. Experimentell konnte gezeigt werden, dass die parasitäre Kopplung über das Kunststoffgehäuse und den Anwender selbst, der die Pipette in der Hand hält, und die weitere Umgebung zur Schaltungsmasse ausreicht, um eine messbare Änderung der Kapazität durch die Nähe der Pipettenspitze zu erhalten. Eine Pipettenspitze aus leitfähigen Kunststoff lässt sich dabei sowohl gefüllt als auch ungefüllt detektieren. Eine nicht elektrisch leitfähige Pipettenspitze lässt sich detektieren, wenn sie z.B. mit Wasser befüllt ist. Auf diese Weise lässt sich mit relativ geringen Kosten eine Probenaufnahmeanordnung bzw. ein Pipettierhilfssystem bereitstellen.
Eine Messung des Belegungszustandes kann nicht nur über eine elektrische Kapazitätsmessung erfolgen. Die Messanordnung ist ferner vorzugsweise dazu eingerichtet, eine optische Signalübertragung zu verwenden, insbesondere eine Lichtqualität oder deren Änderung zu messen, insbesondere eine Lichtintensität oder Lichtfarbe nach Durchtritt des Lichts durch den Aufnahmeraum einer Probenaufnahme bzw. den Messraum, um den Belegungszustand des Aufnahmeraums bzw. Messraums zu ermitteln. Dazu ist an einer Probenaufnahme ein erstes, als Lichtemitter dienendes Messelement angeordnet und ein zweites, als Lichtempfänger dienendes Messelement vorgesehen. Das Messelement kann insbesondere als Licht-Umlenkungselement ausgeführt sein, insbesondere als Prismaelement oder reflektierendes Element. Eine Lichtqquelle, insbesondere LED, kann dabei Bestandteil der Basisvorrichtung sein.
Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung eine kapazitative Sensoreinrichtung, die eine durch einen Pipettiervorgang bewirkte Änderung eines Kapazitätswerts erfasst. Vorzugsweise ist die Sensoreinrichtung eine optische Sensoreinrichtung, die eine Änderung einer optischen Eigenschaft erfasst. Die Messung erfolgt so, dass eine Änderung des Belegungszustands eines Messraums erfasst wird, wobei dieser Messraum zumindest einen Teil der Probenaufnahme oder die gesamte Probenaufnahme beinhaltet. Der Belegungszustand ändert sich, wenn ein Objekt in den Messraum eingebracht wird. Das Objekt kann insbesondere eine flüssige Probe sein oder eine Pipettenspitze, insbesondere eine mit wässriger Lösung bzw. mit Elektrolyt befüllte Pipettenspitze, wie dies bei Pipettiervorgängen typisch ist.
Eine Sensoreinrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, mindestens ein Messsignal zu erzeugen, das für einen vorbestimmten Belegungszustand charakteristisch ist. Der Belegungszustand ist durch die eindeutige und unterscheidbare Belegung mindestens eines Messraums gekennzeichnet. Unter zwei unterscheidbaren Belegungszuständen wird vorliegend verstanden, dass zwei verschiedene Anordnungen aus jeweils einem Messraum und einem Objekt in verschiedenen Zuständen vorliegen, die mit der Sensoreinrichtung unterschieden werden können. Die Anzahl M>0 von unterscheidbaren Belegungszuständen von vorzugsweise mindestens einer Sensoreinrichtung oder vorzugsweise jeder Sensoreinrichtung ist vorzugsweise 2<= M <= 10, vorzugsweise 2<= M <= 6, besonders bevorzugt 2<= M <= 4. Die Anzahl M wird vorliegend auch als Messauflösung der Sensoreinrichtung bezeichnet. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung ist eine geringe Messauflösung M ausreichend, da eine genaue Bestimmung des Füllvolumens nicht da Ziel der Erfindung ist, sondern nur die eindeutige Unterscheidung des Belegungszustands.
Eine Messauflösung M wird als bevorzugte Problemlösung angesehen, wenn zwei Belegungszustände einer Probenaufnahme durch die Messung unterscheidbar sind, bei der die zwei Füllungen der Probenaufnahme um vorzugsweise 50% oder vorzugsweise 25% des Gesamtvolumens der Probenaufnahme voneinander abweichen, insbesondere mindestens zwei der Füllzustände, wenn die Probenaufnahme zu 0%, 25%, 50%, 75% oder 100% mit einer flüssigen Probe gefüllt ist. Vorzugsweise ist die Messauflösung so, dass alle Belegungszustände 0%, 25%, 50%, 75% oder 100% voneinander unterschieden werden können. Eine Messauflösung wird auch dann als bevorzugte Problemlösung angesehen, wenn die Belegungszustände 0% und 50%, und optional auch 100% voneinander unterschieden werden können. Eine Messauflösung wird auch dann als bevorzugte Problemlösung angesehen, wenn das Einbringen und/oder Entfernen der mit wässriger Lösung gefüllten Pipettenspitze in die Probenaufnahme, bzw. in den oberen Randbereich der Probenaufnahme erkannt werden kann. Derartig geringe Messauflösungen M sind nicht zur Bestimmung eines genauen Füllstands einer Probenaufnahme geeignet, aber für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet. Vorzugsweise ist die Messanordnung nicht zur Bestimmung eines Füllstandes der mindestens einen Probenaufnahme eingerichtet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Messauflösung M > 10, insbesondere M > 20, insbesondere 6<=M<=10000, insbesondere 6<=M<= 1000, insbesondere 6<=M<= 100 und damit geeignet, einen genaueren bzw. präzisen Füllstand der Probenaufnahme zu bestimmen. Insbesondere zu diesem Zweck kann die Sensoreinrichtung dazu eingerichtet sein, zur Durchführung eines geeigneten Messverfahrens zum Zweck der Ermittlung des Füllstandes insbesondere eine Impedanzmessung durchzuführen, insbesondere indem eine Wechselspannung an eine als Sendeelement dienende Elektrode angelegt wird, während eine andere Elektrode als Empfangselement dient.
Um solche sehr kleinen Kapazitäten bzw. Kapazitätsänderungen bei der Ermittlung von Belegungszuständen zu messen, kann z. B. eine elektronische Steuereinrichtung, insbesondere ein Mikrocontroller (MCU), mit elektronischer Schaltung zur Erfassung kleiner Kapazitäten und/oder kleiner Kapazitätsänderungen eingesetzt werden. Vorzugsweise weist die Messanordnung einen Mikrocontroller zur Ansteuerung insbesondere mindestens einer, insbesondere mindestens zweier, oder insbesondere zur einzelnen oder insbesondere paarweisen Ansteuerung der Vielzahl von als Elektroden ausgeführten Messelementen auf. Vorzugsweise weist dieser Mikrocontroller einen Touch Sensing Controller (TSC) auf, wie er insbesondere zur Messung von berührungsempfindlichen Flächen bei Touch-Sensoren eingesetzt wird. Solche Mikrocontroller mit TSC sind insbesondere kommerziell erhältlich von STMicroelectronics, Genf, Schweiz, insbesondere das Modell STM32L073xx ist geeignet. Es handelt sich um elektronische Schaltungen zur Erfassung kleiner Kapazitätsänderungen.
Ein solcher Mikrocontroller verfügt insbesondere über eine spezielle Hardware genannt Touch Sensing Controller (TSC) zur Abfrage von kapazitiven "Touch-Tasten", also berührungsempfindlichen Flächen als Eingabewerkzeug. Die Standard-Anwendung dieses Touch Sensing Controllers ist die Messung der Kapazität einer Kontaktfläche bezogen auf das Erdpotenzial. Die Anwendung des TSC-MCU kann insbesondere folgende Vorgehensweise vorsehen, die entsprechend mittels der elektronischen Steuereinrichtung in Kombination mit den TSC-MCU durchführbar ist: es wird diese Kapazität, hier die Kapazität der Elektrode(n), wiederholt geladen und in einen Referenzkondensator entladen. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis die Spannung des Referenzkondensators einen Schwellwert erreicht. Die Anzahl der erforderlichen Lade-/Entladezyklen wird gezählt und in speziell dafür vorgesehenen Registern der MCU gespeichert. Je größer die Zyklenanzahl desto größer ist auch die gemessene Kapazität. Es wurde in der Erfindung zugrunde liegenden Experimenten überraschender Weise gefunden, dass insbesondere eine solche TSC-MCU zur Erkennung der Belegungszustände im Rahmen der Erfindung geeignet ist.
Für die Durchführung eines geeigneten Messverfahrens zur Erkennung des Belegungszustands in den Probenaufnahmen einer Probenaufnahmenanordnung kann die Kapazität zwischen den beiden Elektroden an den Wänden einer Probenaufnahme gemessen werden. Hierzu wird beispielsweise eine der beiden Elektroden mit der Schaltungsmasse (GND) und die andere mit einem Eingang des TSC der MCU verbunden. Auf diese Weise kann die Kapazität der Anordnung bezogen auf die Schaltungsmasse gemessen werden.
Des Weiteren kann auch die Anwesenheit eine Pipettenspitze oder einer Dispenserspitze, insbesondere Eppendorf Combitips^®, im Messraum bzw. in unmittelbarer Nähe einer Probenaufnahme detektiert werden. Hierzu kann eine Elektrode im oberen Bereich einer Probenaufnahme, insbesondere am oberen Rand, angebracht werden und mit einem Messeingang des Touch Sensing Controllers verbunden werden. Wird nun eine elektrisch leitfähige Pipettenspitze oder Dispenserspitze mit der Schaltungsmasse verbunden, vergrößert sich die Kapazität der Elektrode im oberen Bereich einer Probenaufnahme zur Schaltungsmasse bei Annäherung der Pipettenspitze/ Dispenserspitze.
Auf Grund der Information aus der Messung oder der Detektion der Pipettenspitze/Dispenserspitze kann nun eine Information an den Benutzer ausgegeben werden. Dies kann vorzugsweise durch eine insbesondere farbige Beleuchtung einer Probenaufnahme erfolgen. Die Informationen, die aus der kapazitiven Sensorik gewonnen werden, können auch mit Informationen aus der Pipettiervorrichtung/der Dispensiervorrichtung kombiniert werden. Zu diesem Zweck sind die elektronische Steuereinrichtung des Pipettierhilfssystems, die insbesondere in der Basisvorrichtung angeordnet ist, und eine weitere elektronische Steuereinrichtung der Pipettiervorrichtung bzw. der Dispensiervorrichtung dazu eingerichtet, über eine Signalverbindung, insbesondere eine Datenverbindung, also insbesondere analog oder digital, miteinander zu kommunizieren, insbesondere kabelgebunden oder kabellos, z.B. über eine Bluetoothverbindung oder ein Funknetz (WLAN). Ein WLAN kann generell gemäß dem Standard der IEEE-802.11-Familie eingerichtet sein. Zur Umsetzung dieser Datenverbindung sind jeweils Kommunikationseinrichtungen an der elektronischen Steuereinrichtung vorgesehen, z.B. ein Netzwerkadapter. Die Datenverbindung dient dazu, Daten auszutauschen, unidirektional und/oder bidirektional. Die genannten Steuereinrichtungen, insbesondere die von deren Datenverarbeitungseinrichtungen ausgeführten Steuerprogramme, können dazu eingerichtet sein, über die Kommunikationseinrichtungen Daten auszutauschen. Beispielsweise könnte die Übertragung von Steuerdaten mit dem Inhalt der Meldung "Flüssigkeit abgegeben" an die elektronische Steuereinrichtung des Pipettierhilfssystems dort eine Belegungszustandsmessung auslösen und eine Rückmeldung an den Anwender über die erfolgreiche Abgabe in die korrekte Probenaufnahme mittels der Ausgabeeinrichtung, insbesondere einer Leuchtanordnung, erfolgen.
Zur Durchführung der kapazitativen Messung mit zwei Elektroden ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung insbesondere nicht vorgesehen, dass eine der Elektroden als Sendeelement und die andere Elektrode als Empfängerelement ausgebildet ist. Insbesondere wird keine genaue Impedanzmessung angestrebt. Insbesondere wird zur Messung keine dauerhaft zeitlich sinusförmig veränderliche Spannung an die Elektrode angelegt, und insbesondere keine Wechselspannung angelegt. Derartige Messungen sind aufwändig und werden vorliegend nicht zwingend benötigt, um mittels kapazitativer Messung die gewünschte, relativ geringe Messauflösung zu erhalten.
Vorzugsweise weist eine optische Sensoreinrichtung als Messelemente mindestens ein optisches Senderelement auf und mindestens ein optisches Empfängerelement, die vorzugsweise parallel zu einer Sensorfläche des Sensorabschnitts angeordnet sind, die insbesondere parallel zur Ebene A ist. Dadurch ist eine kompakte Bauweise der optischen Sensoreinrichtung möglich. Lichtführungselemente können vorgesehen sein, um das Licht zwischen dem optischen Senderelement und Empfangselement durch den Messraum zu führen, insbesondere Lichtführungselemente gewählt aus der Gruppe: Linsenelement, Prismaelement, Spiegelelement, optische Faser. Es ist auch möglich und bevorzugt, dass das mindestens eine Senderelement und das mindestens eine Empfängerelement einander gegenüberliegend an gegenüberliegenden Seiten des Messraums oder eines Abschnitts des Messraums angeordnet sind. Auf diese Weise lässt sich insbesondere eine Sensoreinrichtung realisieren, die nach dem Prinzip einer Lichtschranke arbeitet.
Das Senderelement einer optischen Sensoreinrichtung ist vorzugsweise eine LED, insbesondere OLED, vorzugsweise eine Laserdiode, insbesondere ein vertikal emittierender Laser (VCSEL), da solche Lichtquellen bei kompaktem, auf einem IC-Substrat integrierbaren Aufbau, gleichzeitig eine hohe Leuchtkraft, insbesondere einen geringen Energieverbrauch und insbesondere ein relativ geringes Verhältnis von Leuchtkraft / Energieverbrauch aufweisen.
Das Senderelement einer optischen Sensoreinrichtung ist ferner vorzugsweise eine LED, insbesondere OLED, insbesondere eine Infrarot-LED. Die Verwendung einer Lichtquelle aus sichtbarem Licht, insbesondere mit Wellenlängen zwischen 380 nm und 780 nm, bietet den Vorteil, dass die Sensorfunktion leichter vom Benutzer überprüfbar ist und ferner, dass sichtbares Licht gut für Reflektionsanordnungen geeignet ist, um das gesendete Licht zu reflektieren und wieder zu empfangen. Die Verwendung von Infrarot-Licht, insbesondere mit Wellenlängen zwischen 780 nm und 1000 nm, bzw. 780 nm und 1500 nm, bietet den Vorteil, dass die Sensorfläche von einer für sichtbares Licht nicht-transparenten Materialschicht, insbesondere einer Schutzschicht oder Verschmutzungen, bedeckt sein kann, was die Auswahl an verfügbaren Materialschichten im Vergleich zur Verwendung von sichtbar emittierenden LED's erhöht und das Auslesen zuverlässiger macht. Zudem wird Infrarotlicht gemäß dem Infrarotspektrum von Wasser in der wässrigen Lösung der in den Aufnahmeraum pipettierten flüssigen Probe in technisch ausreichend nutzbarer Weise absorbiert, so dass mittels Infrarotlicht die Belegung der Probenaufnahme mit wässriger Lösung detektierbar ist.
Die Ausgabeeinrichtung ist fester Bestandteil der Basisvorrichtung. Die Ausgabeeinrichtung ist vorzugsweise unterhalb der Ebene A angeordnet, und ist in der Bearbeitungsposition vorzugsweise unterhalb der Probenaufnahmeanordnung angeordnet. Die Ausgabeeinrichtung kann eine Vielzahl von Ausgabeelementen aufweisen. Ein, vorzugsweise jedes, Ausgabeelement ist in der Bearbeitungsposition vorzugsweise jeweils einer oder genau einer Probenaufnahme der Probenaufnahmeanordnung zugeordnet, insbesondere unterhalb einer Probenaufnahme angeordnet. Ein Ausgabeelement kann ein mechanisches Anzeigeelement aufweisen, zum Beispiel ein rotierbares Element, das unterschiedlich erscheinende, insbesonders gefärbte, Anzeigeflächen aufweist, die dem Anwender durch Rotation präsentiert werden können und die den Belegungszustand repräsentieren. Das Anzeigelelement kann von unten durch die Basisvorrichtung angetrieben sein, und kann in der Bearbeitungsposition insbesondere jeweils durch eine Öffnung in der Probenaufnahmeanordnung ins Sichtfeld des Benutzers gelangen. Im Falle einer transparent gestalteten Probenaufnahmeanordnung kann ein Anzeigeelement in der Bearbeitungsposition unterhalb der Probenaufnahmeanordnung angeordnet sein.
Die Ausgabeeinrichtung ist ein fester Bestandteil der Probenaufnahmeanordnung.
Die Ausgabeeinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, optische Signale auszugeben, insbesondere über eine Leuchtanordnung oder ein Display. Sie kann aber auch, insbesondere zusätzlich, dazu eingerichtet sein, akustische Signale auszugeben. Die Ausgabeeinrichtung kann insbesondere eine Sprachausgabeeinrichtung aufweisen. Die elektronische Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, in Abhängigkeit vom gemessenen Belegungszustand der mindestens einen Probenaufnahme mindestens eine Information auszugeben, insbesondere die Information über die Position der gemessenen Probenaufnahme und/oder die Information über den dort gemessenen Belegungszustand. Eine Information kann mittels grafischem Symbol, insbesondere einer schriftlichen Beschreibung, auf dem Display angezeigt werden und/oder kann per Sprachausgabe codiert sein und über die Sprachausgabeeinrichtung ausgegeben werden. Eine Position der gemessenen Probenaufnahme kann insbesondere als Koordinate ausgegeben werden: bei Mikrotiterplatten wird typischer Weise ein Koordinatensystem aus Buchstaben und Zahlen verwendet.
Falls die Ausgabeeinrichtung als Leuchtanordnung ausgeführt ist, entspricht das Ausgabeelement einem Leuchtelement.
Die Leuchtanordnung weist eine Mehrzahl oder Vielzahl von Leuchtelementen auf. Ein Leuchtelement ist vorzugsweise eine Lichtquelle, kann aber auch ein Lichtabgabeelement sein. Beispielsweise kann ein Leuchtelement durch den Ausgang einer leichtleitenden Faser gebildet werden, die insbesondere mit mindestens einer Lichtquelle gekoppelt ist. Eine Lichtquelle wird vorzugsweise durch mindestens eine Leuchtdiode (LED) gebildet, insbesondere eine Halbleiter-LED oder eine organische LED (OLED), oder weist eine solche auf. Die Lichtquelle kann insbesondere mittels eines photoluminiszenten Polymers gebildet werden. Die Lichtquelle kann insbesondere eine Laserdiode sein, vorzugsweise ein Oberflächenemitter-Laser (VCSEL: englisch "vertical-cavity surface-emitting laser").
Zur Lichtführung: Ein Leuchtelement ist vorzugsweise dazu eingerichtet, in der Bearbeitungsposition genau eine -oder mindestens eine- Probenaufnahme zu beleuchten. Dies erfolgt so, dass der Benutzer, der die Probenaufnahmeanordnung in der Regel von oberhalb der Ebene A betrachtet, die Beleuchtung einer individuellen Probenaufnahme eindeutig erkennen kann und zudem von der Beleuchtung einer weiteren, insbesondere benachbarten Probenaufnahme eindeutig unterscheiden kann. Dabei ist es bevorzugt, dass das vom Leuchtelement emittierte Licht in die vorzugsweise zumindest teilweise transparent gestaltete Probenaufnahme bzw. Probenaufnahmeanordnung eingekoppelt wird und diese an der Oberseite wieder verlässt, gerichtet oder durch Streuung an der Probenaufnahme bzw. Probenaufnahmeanordnung, insbesondere deren Oberfläche. Die Probenaufnahme bzw. Probenaufnahmeanordnung kann auch mindestens eine Öffnung oder Aussparung aufweisen, um das vom Leuchtelement emittierte Licht vorzugsweise von unten durch diese Öffnung oder Aussparung in Richtung des Betrachters austreten zu lassen. Falls die Leuchtelemente in der Bearbeitungsposition an der Oberseite der Probenaufnahmeanordnung angeordnet sind, ist ein Transmittieren des Lichts durch die Probenaufnahmeanordnung nicht notwendig, ist aber bei entsprechender Lichtführung auch nicht ausgeschlossen. Das von einem Leuchtelement emittierte Licht kann auf einen Raumwinkel beschränkt bzw. auf einen Bereich der Probenaufnahmeanordnung bzw. Probenaufnahme fokussiert sein. Dazu kann -insbesondere als Bestandteil der Leuchtanordnung und insbesondere angeordnet am Leuchtelement- ein Lichtführungselement vorgesehen sein, insbesondere ein Linsenelement, eine Blende, ein Prisma, ein Spiegelelement etc.
Die Leuchtanordnung weist vorzugsweise eine Vielzahl von Leuchtdioden auf, insbesondere eine Leuchtdioden-Matrix auf, mit der die einzelnen Probenaufnahmen beleuchtbar sind. Dies dient der Führung des Anwenders und der Ausgabe einer optischen Rückmeldung zum Zweck des Informierens über die Dosierung von Flüssigkeit in die jeweilige Probenaufnahme.
Die Leuchtanordnung weist vorzugsweise Leuchtelemente auf, insbesondere eine Vielzahl von Leuchtelementen. Die Leuchtelemente sind vorzugsweise in einem Muster bzw. einer Matrix angeordnet. Dieses Muster entspricht vorzugsweise dem Muster, in dem die Probenaufnahmen der Probenaufnahmeanordnung angeordnet sind. Insbesondere ist in der Bearbeitungsposition vorzugsweise jeder Probenaufnahme ein Leuchtelement zugeordnet. Dies kann so erfolgen, dass mindestens ein Leuchtelement zu mindestens einer Probenaufnahme benachbart positioniert ist, insbesondere zu genau einer Probenaufnahme benachbart positioniert ist, insbesondere unterhalb der Ebene der Bodenwände der Probenaufnahmen angeordnet ist und insbesondere senkrecht unterhalb der Probenaufnahme angeordnet ist. Das mindestens eine Leuchtelement kann aber in der Bearbeitungsposition auch seitlich der Probenaufnahme angeordnet sein. Falls die Probenaufnahmeanordnung die Leuchtanordnung aufweist, können die Leuchtelemente jeweils auch am oberen Rand der Probenaufnahmen angeordnet sein.
Ein Leuchtelement ist vorzugsweise dazu eingerichtet, in einer vorbestimmten Beleuchtungsart betrieben zu werden. Die elektronische Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das mindestens eine Leuchtelement in einer vorbestimmten Beleuchtungsart anzusteuern. Die Beleuchtungsart kann durch das vom Leuchtelement emittierte Licht bzw. durch das von der beleuchteten Probenaufnahme zum Betrachter gelangenden Licht definiert sein: Lichtfarbe bzw. Wellenlänge, Intensität, zeitliche Veränderung dieser Parameter, insbesondere der Intensität, d.h. Pulsfrequenz oder kontinuierliches Licht. Die Beleuchtungsart der Beleuchtung einer Probenaufnahme ist insbesondere vom individuell gemessenen Belegungszustand der Probenaufnahme abhängig. Die Intensität der Beleuchtung kann insbesondere Null sein, so dass formal eine deaktivierte Beleuchtung ebenfalls als Beleuchtungsart angesehen werden kann.
Die elektronische Steuereinrichtung, auch bezeichnet als Steuereinrichtung, insbesondere deren elektronische Schaltung bzw. Mikrocontroller, ist vorzugsweise ein Bestandteil der Basisvorrichtung, die ein von der Probenaufnahmeanordnung vorzugsweise separates Gerät ist.
Eine Datenverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise Bestandteil der elektronischen Steuereinrichtung, die Funktionen des Pipettierhilfssystems steuert. Die Funktionen der Steuereinrichtung sind insbesondere durch elektronische Schaltkreise implementiert. Die Steuereinrichtung kann einen Mikroprozessor aufweisen, der die Datenverarbeitungseinrichtung beinhalten kann. Die Steuereinrichtung und/oder die Datenverarbeitungseinrichtung ist vorzugsweise zur Durchführung eines Steuerungsverfahrens ausgebildet, das auch als Steuerungssoftware oder Steuerungsprogramm bezeichnet wird. Die Funktionen des Pipettierhilfssystems und/oder der Steuereinrichtung können in Verfahrensschritten beschrieben werden. Sie können als Bestandteile des Steuerungsprogramms realisiert sein, insbesondere als Unterprogramme des Steuerungsprogramms.
Eine Steuereinrichtung weist im Rahmen der vorliegenden Erfindung generell insbesondere die Datenverarbeitungseinrichtung, insbesondere eine Recheneinheit (CPU) zum Verarbeiten von Daten und/oder einen Mikroprozessor auf oder ist die Datenverarbeitungseinrichtung. Die Datenverarbeitungseinrichtung der Steuereinrichtung des Pipettierhilfssystems ist vorzugsweise auch zum Steuern eines Behandlungsprozesses und/oder von individuellen Behandlungen eingerichtet, die von einer oder mehreren insbesondere optionalen Behandlungseinrichtungen eines Laborgeräts durchgeführt werden.
Die Datenverarbeitungseinrichtung ist alternativ vorzugsweise eine außerhalb des Pipettierhilfssystems und getrennt von dieser angeordnete Vorrichtung, auch als externe Vorrichtung bzw. externe Datenverarbeitungseinrichtung bezeichnet. Die Datenverarbeitungseinrichtung und das Pipettierhilfssystem stehen dann vorzugsweise in einer Signalverbindung oder einer Datenverbindung und sind vorzugsweise Bestandteile eines Netzwerks zum Datenaustausch. Die Datenverarbeitungseinrichtung und das Pipettierhilfssystem sind in diesem Fall insbesondere Bestandteile eines erfindungsgemäßen Systems zur Überwachung eines manuell durchgeführten Pipettiervorgangs. Das Pipettierhilfssystem kann in diesem Fall ohne eine elektrische Steuereinrichtung ausgestattet sein und dient insbesondere im Wesentlichen als Adaptervorrichtung, mit der die Ansteuerung der Messanordnung und der Leuchtanordnung zwischen der externen elektronischen Steuereinrichtung bzw. der externen Datenverarbeitungseinrichtung und der Probenaufnahmeanordnung vermittelt wird. Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung eine Datenspeichereinrichtung, insbesondere einen Messdatenspeicher, zur Speicherung des mindestens einen den Belegungszustand definierenden Messwertes auf. Dadurch können verschiedene erfindungsgemäße Gestaltungen des Pipettierhilfssystems realisiert werden. Die Datenspeichereinrichtung ist vorzugsweise in einem physikalisch wiederbeschreibbaren Speicherbaustein untergebracht, z.B. RAM, FLASH-Speicher, EEPROM, kann aber auch in anderen Speicherbausteinen angeordnet sein.
Das Pipettierhilfssystems bzw. dessen elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, Daten mit einem elektronischen Laborbuch (ELN), einem Laborinformations- und Managemementsystem (LIMS) oder einem Laborgerätemanagementsystem auszutauschen. Auf diese Weise lassen sich insbesondere Belegungszustandsdaten und/oder Daten eines Pipettierplanprogramms und/oder Steuerdaten mit einem der genannten Systeme austauschen, um diese Daten zu archivieren, insbesondere zu Dokumentationszwecken, oder um über diese Verbindung eine Steuerung von mindestens einem Laborgerät zu realisieren, insbesondere eine Steuerung des Pipettierhilfssystems.
In einer bevorzugten Gestaltung des Pipettierhilfssystems weist diese als Systembestandteil die Pipettiervorrichtung (oder die Dispensiervorrichtung, nachfolgend nicht immer extra erwähnt) auf, mittels der der Anwender an der Probenaufnahmeanordnung die Pipettiervorgänge durchführt. Vorzugsweise weist die elektronische Steuereinrichtung des Pipettierhilfssystems und/oder die Basisvorrichtung sowie die Pipettiervorrichtung jeweils eine Kommunikationseinrichtung auf, so dass eine kabelgebundene oder vorzugsweise kabellose Datenverbindung für den Datenaustausch aufbaubar ist.
In einer bevorzugten Gestaltung der Erfindung ist die elektronische Steuereinrichtung des Pipettierhilfssystems ein Bestandteil dieser Pipettiervorrichtung, mittels der der Anwender an der Probenaufnahmeanordnung die Pipettiervorgänge durchführt. In diesem Fall beinhaltet das Pipettierhilfssystems zusätzlich zu der Basisvorrichtung und der Probenaufnahmeanordnung auch die Pipettiervorrichtung. Insbesondere steuert in diesem Fall die Pipettiervorrichtung insbesondere: - die Ausführung eines Pipettierplanprogramms, das den Anwender beim manuellen Pipettieren insbesondere gemäß einer vorgegebenen Reihenfolge führt; - das Auslösen einer Messung mit mindestens einem Messelement der Messanordnung an mindestens einer Probenaufnahme; - die Ausgabe der Information über den Belegungszustand an dieser mindestens einen Probenaufnahme.
Vorzugsweise weist die Steuereinrichtung mindestens einen Programmdatenspeicher auf, in dem ein Programmcode speicherbar ist. Der Programmcode ist vorzugsweise dazu ausgebildet, den mindestens einen Messwert zu verwenden, und diesen auszuwerten.
Unter einem Pipettierhilfssystems oder einer Steuereinrichtung, die zur Ausbildung einer bestimmten Funktion gestaltet oder eingerichtet ist, wird vorliegend eine solches Pipettierhilfssystem oder eine solche Steuereinrichtung verstanden, die nicht nur zur Durchführung dieser Funktion prinzipiell geeignet ist, z.B. nach Aufspielen einer Software, sondern bereits alle Mittel besitzt, um diese Funktion tatsächlich zu erfüllen, indem sie z.B. die nötige Elektronik, den erforderlichen Programmcode bzw. die erforderliche Software bereits besitzt, insbesondere in Form einer Firmware des Pipettierhilfssystems bzw. deren Steuereinrichtung. Die Mittel zur Ausführung dieser Funktion umfassen insbesondere eine Auswerteeinrichtung. Insbesondere können Mittel zur Ausführung dieser Funktion, insbesondere die Auswerteeinrichtung, z.B. entsprechend ausgestaltete elektrische Schaltkreise aufweisen, die z.B. ein analoges Signal, das den Messwert darstellt, auswerten und z.B. mittels einer Komparatorschaltung mit einem Referenzsignal (Referenzwert) vergleichen. Insbesondere im Falle eines digital vorliegenden Messwertes können diese Mittel eine digitale Signalverarbeitungsanlage aufweisen. Zur Auswertung des mindestens einen Messwertes weist die Steuereinrichtung vorzugsweise eine elektrische Auswerteeinrichtung auf.
Die elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, in der Bearbeitungsposition die Messanordnung elektrisch anzusteuern und die erhaltenen Messsignale auszuwerten.
Die elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, an der Messanordnung ein Messverfahren durchzuführen, um den Belegungszustand mindestens einer Probenaufnahme zu ermitteln. Die elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, an der Messanordnung ein Messverfahren durchzuführen, um den Belegungszustand mehrerer Probenaufnahmen zu ermitteln, z.B. einer Spalte von Probenaufnahmen im Falle einer matrixförmigen Anordnung von Probenaufnahmen. Im Fall einer kapazitativen Messung wird die Messanordnung elektrisch angesteuert, im Fall einer optischen Messung wird die Messanordnung vorzugsweise durch Lichtsignale angesteuert.
Die elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, an einer unbefüllten Probenaufnahmeanordnung und/oder während einem zukzessiven Befüllen einer Probenaufnahmeanordnung, insbesondere eines bestimmten Typs einer Probenaufnahmeanordnung, ein Kalibrierverfahren durchzuführen. Dabei werden die Messresultate erfasst, die sich bei Leerstand oder bei bekanntem Belegungszustand an der Probenaufnahmeanordnung ergeben. Solche Messresultate eines Kalibrierverfahrens werden vorzugsweise als Referenzdaten in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert, die Bestandteil der elektronischen Steuereinrichtung und/oder der Basisvorrichtung sein kann. Diese Referenzdaten können in einem von der elektronischen Steuereinrichtung durchgeführten Auswertungsverfahren dazu verwendet werden, um durch Vergleich von Messwerten mit Referenzwerten der Referenzdaten den jeweiligen Belegungszustand zu ermitteln.
Die elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, an einer unbefüllten Probenaufnahmeanordnung oder mit einer Basisvorrichtung, die nicht mit einer Probenaufnahmeanordnung bestückt ist, die aber optional mit einer Testplatte bestückt ist, ein Diagnoseverfahren durchzuführen. Dabei werden die Leitungen zu einer, mehrerer oder zu allen Messelementen und/oder Ausgabeelementen/Leuchtelementen elektrisch oder optisch angesteuert und die dabei erzielten Messresultate mit Referenzwerten verglichen. Insbesondere ist den an der Basisvorrichtung vorzugsweise vorgesehenen benachbarten Kontaktstellen einer zu kontaktierenden Sensoreinrichtung eine bestimmte Referenz-Kapazität zuordenbar oder zugeordnet. Defekte oder Verschmutzungen dieser Kontaktstellen können durch dieses Diagnoseverfahren ermittelt werden. Die Testplatte kann Referenzbausteine aufweisen, die jeweils eine mit Messelement versehene Probenaufnahme ersetzen. Damit wird insbesondere auch die Diagnose optischer Kopplungsstellen der Basisvorrichtung möglich.
Es ist insbesondere möglich und bevorzugt, dass die elektronische Steuereinrichtung so eingerichtet oder vom Benutzer so einstellbar ist, dass das Kalibrierverfahren an einer unbefüllten Probenaufnahmeanordnung obligatorisch bzw. individuell für jede Probenaufnahmeanordnung durchgeführt wird, nachdem und/oder sobald die Probenaufnahmeanordnung im Positionierraum angeordnet ist. Um diesen Umstand bzw. Zeitpunkt festzustellen, kann ein kurzes Positionstestverfahren vorgesehen sein, bei dem insbesondere über mindestens einen mit der elektronischen Steuereinrichtung verbundenen Positionssensor die Ankunft der Probenaufnahmeanordnung im Positionierraum registriert wird. Der Positionssensor kann z.B. ein optischer Sensor oder ein mechanischer Druckschalter sein. Zum Zwecke der Registrierung kann auch die Messanordnung in Zeitabständen wiederholt abgefragt werden. Dabei wird ermittelt ob bzw. ab wann ein für die Präsenz einer Probenaufnahmeanordnung im Positionierraum typischer Messwert ermittelt wird. Die elektronische Steuereinrichtung kann so eingerichtet sein, dass dem Benutzer der Erfolg bzw. gegebenenfalls der Misserfolg der Kalibrierung signalisiert wird, insbesondere mittels einer optionalen Signaleinrichtung oder der Ausgabeeinrichtung, insbesondere der Leuchtanordnung - siehe die Ausführungen zum Verbindungstestverfahren unten. Insbesondere durch geeignete Datenübertragung kann dem Benutzer der Erfolg bzw. gegebenenfalls der Misserfolg der Kalibrierung auch über das Display eines dem Pipettierhilfssystem zugeordneten Laborgeräts erfolgen, insbesondere über das Display der Pipettiervorrichtung, mit der der Anwender auch die Pipettiervorgänge an der Probenaufnahmeanordnung durchführt.
Durch das obligatorische Durchführen des Kalibrierverfahrens kann die Zuverlässigkeit der Ermittlung des Belegungszustands bzw. aller Belegungszustände verbessert werden. Andererseits bietet die individuelle Kalibrierung der Probenaufnahmeanordnung den Vorteil, dass Maße und Toleranzen weniger kritisch sind. Der Aufwand bei der Fertigung der Probenaufnahmeanordnung kann reduziert werden, wenn die Toleranzen für die Maße der für die Messung relevanten Strukturen größer sein dürfen. Solche Strukturmaße sind insbesondere die Positionierungen der Kontaktstellen oder Kopplungsstellen oder die Positionierungen der Messelemente an der Probenaufnahmeanordnung.
Die elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, an einer unbefüllten Probenaufnahmeanordnung ein Positionstestverfahren durchzuführen. Mit diesem wird ermittelt, ob die Bearbeitungsposition korrekt hergestellt wurde. Dazu kann an der Basisvorrichtung mindestens ein mit der elektronischen Steuereinrichtung verbundener Positionssensor vorgesehen sein, mit dem die Bearbeitungsposition verifizierbar ist. Alternativ kann zur Durchführung des Positionstestverfahrens mittels der Messanordnung und der im Positionierraum aufgenommenen Probenaufnahmeanordnung die Bearbeitungsposition verifiziert werden.
Die elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, an einer unbefüllten Probenaufnahmeanordnung ein Verbindungstestverfahren durchzuführen, mit dem überprüft wird, ob jede der Sensoreinrichtungen der Messanordnung in akzeptabler Weise mit der elektronischen Steuereinrichtung verbunden ist, insbesondere elektrisch oder optisch. Dabei werden Messergebnisse nicht zwingend als Daten gespeichert. Die elektronische Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, dem Benutzer zu signalisieren, insbesondere mittels einer optionalen Signaleinrichtung, ob mindestens eine der Sensoreinrichtungen nicht korrekt verbunden wurde, und gegebenenfalls zu signalisieren, welche der Sensoreinrichtungen nicht korrekt verbunden wurde. Alternativ oder zusätzlich kann auch signalisiert werden, falls alle Sensoreinrichtungen korrekt verbunden wurden, und/oder es kann signalisiert werden, welche der Sensoreinrichtungen korrekt verbunden wurden. Dies kann insbesondere mittels der Ausgabeeinrichtung, insbesondere einer Leuchtanordnung, erfolgen.
Die Ausgabeeinrichtung, insbesondere die Leuchtanordnung, kann dazu eingerichtet sein, dem Benutzer die Information über das Resultat eines Registrierungsverfahrens, eines Diagnoseverfahrens, eines individuellen Kalibrierverfahrens, eines Positionstestverfahrens und/oder eines Verbindungstestverfahrens mittels der Ausgabeeinrichtung, insbesondere der Leuchtanordnung, zu signalisieren, insbesondere differenziert zu signalisieren. Insbesondere kann das Resultat jedes genannten Verfahrens oder anderer Verfahren mittels einer anderen Ausgabequalität, insbesondere Farbe oder einer zeitlichen Leuchtfrequenz, insbesondere einem kontinuierlichen oder blinkenden Ausgabe/Leuchten mindestens einer oder aller Ausgabeelemente/Leuchtelemente der Ausgabeeinrichtung/Leuchtanordnung zu signalisieren.
Die elektronische Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Probenaufnahmeanordnung in der Bearbeitungsposition durch die Leuchtanordnung zu beleuchten, insbesondere die Leuchtanordnung nicht zu aktivieren, wenn keine Probenaufnahmeanordnung im Positionierraum angeordnet ist.
Die elektronische Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Ausgabeeinrichtung, insbesondere die Leuchtanordnung, in Abhängigkeit von einem Pipettierplanprogramm zu steuern. Ein Pipettierplanprogramm setzt insbesondere einen Steuerplan um, mittels dem der Anwender durch die entsprechende Ausgabe von Informationen über zu pipettierende Zielpositionen geführt wird. Diese Führung erfolgt, indem in Abhängigkeit von einem z.B. in der Steuereinrichtung gespeicherten Pipettierplan Informationen mittels der Ausgabeeinrichtung ausgegeben werden, die dem Anwender die Zielpositionen für die manuell durchzuführenden Pipettiervorgänge zu erkennen gibt. Die Zielpositionen entsprechen bestimmten Probenaufnahmen der Probenaufnahmeanordnung. Mittels eines beispielhaften Pipettierplanprogramm wird dem Anwender angeben, die Probenaufnahmeanordnung systematisch, z.B. spaltenweise, und schrittweise zu befüllen. Mittels eines anderen beispielhaften Pipettierplanprogramm wird dem Anwender angeben, die Probenaufnahmeanordnung randomisiert, also gemäß einem Zufallsmuster oder einem dem Anwender nicht bekannt gegebenen, aber in der Pipettiervorrichtung gespeicherten Muster, schrittweise zu befüllen.
Die elektronische Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, die Ausgabeeinrichtung, insbesondere die Leuchtanordnung, in Abhängigkeit von dem mittels der Messanordnung erfassten Belegungszustand der mindestens einen Probenaufnahme zu steuern. Zu diesem Zweck weist die elektronische Steuereinrichtung vorzugsweise eine Logikeinrichtung zur Ausgabe einer Information an mindestens einer Probenaufnahme, insbesondere zur Beleuchtung mindestens einer Probenaufnahme auf.
Die Logikeinrichtung kann durch eine analog- und/oder digitalelektronische Schaltung realisiert sein. Insbesondere können Messergebnisse der Messanordnung elektronisch ausgewertet werden und -in Abhängigkeit von dieser elektronischen Auswertung- die Ausgabe der Information/Beleuchtung der Probenaufnahmeanordnung mittels mindestens eines Ausgabeelements/Leuchtelements elektronisch gesteuert werden. Insbesondere kann die Adressierung des betreffenden Ausgabeelements/Leuchtelements und dessen Aktivierung bzw. Deaktivierung elektronisch gesteuert werden.
Die Logikeinrichtung kann aber auch durch ein Steuerprogramm bzw. eine Steuersoftware realisiert sein. Zu diesem Zweck ist die elektronische Steuereinrichtung vorzugsweise zur Datenverarbeitung eingerichtet.
Die elektronische Steuereinrichtung bzw. die Logikeinrichtung ist vorzugsweise zur Ausführung mindestens einer der nachfolgend gelisteten Funktionen eingerichtet, mit der insbesondere die Ausgabellogik/Beleuchtungslogik des Pipettierhilfssystems definiert werden kann, um dem Benutzer die entsprechenden Signale und damit die von der Pipettierhilfe bereitgestellten Hilfsinformationen zu liefern:

Die Ausgabeart / die Beleuchtungsart für mindestens eine Probenaufnahme ist abhängig vom gemessenen Belegungszustand der Probenaufnahme. Insbesondere kann eine Änderung des Belegungszustandes durch eine Änderung der Ausgabequalität, insbesondere der Beleuchtungsart signalisiert werden, zum Beispiel durch einen Farbwechsel. Dadurch kann dem Benutzer das Belegen eines Aufnahmeraums einer Probenaufnahme durch eine flüssige Probe signalisiert werden oder der Eintritt mindestens eines Probentransferbehälters, insbesondere Pipettenspitze, in den Messraum in Realzeit signalisiert werden.
Die Ausgabeart / die Beleuchtungsart für mindestens eine zweite Probenaufnahme ist abhängig vom gemessenen Belegungszustand mindestens einer ersten Probenaufnahme. Insbesondere wird eine Änderung des Belegungszustandes der mindestens einen ersten Probenaufnahme durch eine Änderung der Ausgabeart/ der Beleuchtungsart für die mindestens eine zweite Probenaufnahme signalisiert werden, zum Beispiel durch die Aktivierung einer Beleuchtung oder einen Farbwechsel. Auf diese Weise wird die mindestens eine zweite Probenaufnahme durch optische Markierung hervorgehoben. Das kann dazu genutzt werden, dem Benutzer das nächste Ziel, nämlich mindestens eine oder mehrere im Folgeschritt manuell zu bearbeitende, insbesondere zu befüllende, Probenaufnahmen (Folgepipettierung) anzuzeigen. So kann das Risiko vermindert werden, dass eine versehentliche Doppelbefüllung einer bereits befüllten ersten Probenaufnahme oder ein versehentliches Auslassen des Befüllens des korrekten Ziels (hier: die mindestens eine zweite Probenaufnahme) für das manuelle Pipettieren erfolgt. Typischerweise erfolgt die Befüllung einer Probenaufnahmeanordnung mit matrixförmiger Anordnung der Probenaufnahmen spaltenweise, insbesondere mittels einer Mehrkanalpipette. Sie kann aber auch gemäß einem von der elektronischen Steuereinrichtung vorgegebenen Pipettierplanprogramm erfolgen, insbesondere gemäß einem von einer Datenverarbeitungseinrichtung ausführbaren Pipettierplanprogramm, das insbesondere in der elektronischen Steuereinrichtung gespeichert sein kann und das insbesondere vom Benutzer durch Eingeben eines Programmparameters über eine Benutzerschnittstelle der elektronischen Steuereinrichtung beeinflussbar bzw. definierbar sein kann.
Falls der Benutzer mindestens einen Probentransferbehälter, insbesondere mindestens eine Pipettenspitze, versehentlich an eine falsche Probenaufnahme annähert, insbesondere an die Ebene A annähert oder diese durchstößt und in den Aufnahmeraum der Probenaufnahme eindringt, wobei diese Probenaufnahme von der elektronischen Steuereinrichtung nicht als Ziel für das nächste manuelle Pipettieren selektiert und insbesondere beleuchtet wurde, dann wird die Beleuchtungsart der falschen Probenaufnahme geändert, insbesondere eine Warnbeleuchtung aktiviert, die vorzugsweise durch das der falschen Probenaufnahme zugeordnete Leuchtelement erfolgt. Die Warnbeleuchtung kann eine Beleuchtung mit einer bestimmten Signalfarbe, z.B. "rot" vorsehen, eine hohe Intensität und/oder eine Pulsierung der Lichtintensität (Blinken) vorsehen. Zusätzlich oder alternativ zu einer Warnbeleuchtung kann von der elektronischen Steuereinrichtung ein akustisches Warnsignal ausgegeben werden.
Bei einer gemäß eines Pipettierplanprogramms vorgesehenen Folgepipettierung in bereits vorbefüllte Probenaufnahmen ist vorzugsweise eine Tarefunktion bzw. Nullung vorgesehen. Dabei werden alle Beleuchtungen wieder in den Anfangszustand versetzt, der auch bei unbefüllten Aufnahmen vorgesehen ist (z.B. deaktivierte Beleuchtungen und optische Markierung des ersten Ziels / der ersten Ziele). Es wird dann bei der erneuten Abgabe im Rahmen der Folgepipettierung die Zielposition(en) und die Präsenz(en) der Spitze des Probentransferbehälters über einem oder mehreren jeweiligen Zielen (die für die erneute Pipettierung vorgesehene Probenaufnahme) anzuzeigen und nach erfolgter Abgabe in den Aufnahmeraum ebenfalls den jeweiligen Belegungszustand anzuzeigen. (Bei der Zweitabgabe in vorbefüllte Probenaufnahmen können zusätzliche Ausgabequalitäten, insbesondere Beleuchtungsarten, z.B. Farbtöne, verwendet werden, um für mehr Klarheit und/oder Sicherheit zu sorgen.
Die per Ausgabeeinrichtung bzw. optisch angezeigte Prozessabfolge und deren Richtigkeit in der Durchführung kann einer kodierten Probenaufnahmeanordnung zugeordnet werden. Dazu weist eine Probenaufnahmeanordnung vorzugsweise einen Kodierungsabschnitt auf, der die individuelle Probenaufnahmeanordnung eindeutig identifiziert. Die Information über die Belegungen der individuellen Probenaufnahmeanordnung kann in Form von Belegungsdaten in einer elektronischen Steuereinrichtung bzw. in einer Datenspeichereinrichtung gespeichert sein; diese können Teil der Basisvorrichtung sein, Teil des Pipettierhilfssystems, oder können Teil eines externen Geräts sein, insbesondere eines Computers oder Laborgeräts, insbesondere der vom Benutzer für den manuellen Pipettiervorgang verwendeten manuell bedienbaren elektrischen Pipettiervorrichtung. Die Übertragung der Belegungsdaten zu einem externen Gerät kann per Kabel oder drahtlos erfolgen, insbesondere über Funkverbindung, insbesondere über eine WLAN-Verbindung oder Bluetooth.
Die Ausgabe/ die Beleuchtung an der Probenaufnahmeanordnung kann, in jeweils bevorzugter Gestaltung der Erfindung, in Abhängigkeit von Resultaten eines Verfahrens erfolgen, ausgewählt aus den hier beschriebenen Verfahren mit den Bezeichnungen: Diagnoseverfahren, Registrierungsverfahren, Kalibrierverfahren, individuelles Kalibrierverfahren, Positionstestverfahren, Verbindungstestverfahren.
Im Fall des Pipettierens mit Pipettiervorrichtungen, die eine elektronische Steuerung des Pipettiervolumens und eine Datenspeichereinrichtung aufweisen oder mit einer Datenspeichereinrichtung in Verbindungs stehen, kann eine Protokollierung der abgegebenen Volumina in der Datenspeichereinrichtung in Form von Pipettierabgabedaten erfolgen. Diese Pipettierabgabedaten können mit den Belegungsdaten, die ebenfalls in Abhängigkeit von individuellen Probenaufnahmen erfasst sein können, gemeinsam gespeichert werden, bzw. durch eine Auswertungsverfahren in Zusammenhang gebracht und insbesondere miteinander verglichen werden. Damit wird insbesondere bei kodierten Probenaufnahmeanordnungen sichergestellt, das selbst zu einem späteren Zeitpunkt eine zuverlässige Angabe gemacht werden kann, welches Volumen abgegeben oder entnommen wurde und mit welchem Restvolumen in der jeweiligen Probenaufnahme noch zu rechnen ist.

Die externen Geräte und die Basisvorrichtung können über z.B. Kabel oder kabellos untereinander Daten, insbesondere betreffend die Information über die Richtigkeit des geplanten und manuell durchgeführten Pipettier-Prozesses austauschen, speichern und dokumentieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Pipettierhilfssystem für die Ausführung der folgenden Funktion eingerichtet: Der Anwender führt eine Pipettiervorrichtung/eine Dispensiervorrichtung sukzessive von Probenaufnahme(n) zu Probenaufnahme(n). Dabei erkennt das Pipettierhilfssystem mittels der Messanordnung die Annäherung des mindestens einen mit der Pipettiervorrichtung/ Dispensiervorrichtung verbundenen Probentransferbehälters an die mindestens eine Probenaufnahme. Infolge der Erkennung gibt die Pipettiervorrichtung/ die Dispensiervorrichtung selbsttätig das jeweils vorgesehene Volumen an die mindestens eine Probenaufnahme ab, insbesondere ohne eine Betätigung des Auslöseknopfes zur manuell auslösbaren Abgabe an der Pipettiervorrichtung/ der Dispensiervorrichtung durch den Anwender. Dazu weist das Pipettierhilfssystem vorzugsweise eine Pipettiervorrichtung und/oder eine Dispensiervorrichtung auf, die mit der elektronischen Steureinrichtung -insbesondere: der Basisvorrichtung- in einer Datenverbindung stehen. Die elektronische Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Information über den Belegungszustand an die Pipettiervorrichtung und/oder eine Dispensiervorrichtung in Form von Belegungszustandsdaten weiterzugeben, sobald die Annäherung der Spitze des Probentransferbehälters an eine Probenaufnahme als Änderung des Belegungszustandes der Probenaufnahme erkannt wurde. Die Pipettiervorrichtung und/oder die Dispensiervorrichtung führt dann in Abhängigkeit von den Belegungszustandsdaten einen Pipettierhub des Pipettierkolbens der Pipettiervorrichtung und/oder der Dispensiervorrichtung durch, vorzugsweise einem bestimmten Pipettiervolumen entsprechend, das insbesondere für diese Probenaufnahme individuell sein kann. Die Pipettiervorrichtung und/oder die Dispensiervorrichtung kann dann insbesondere ein optisches und/oder akustisches Signal an den Anwender ausgeben, mit dem der Erfolg des automatischen Pipettierhubs signalisiert wird. Bei der Befüllung der Probenaufnahmen müsste hier nicht einmal eine bestimmte Reihenfolge eingehalten werden, da das Pipettierhilfssystem, insbesondere die Basisvorrichtung, auch die Position der Probenaufnahmen (z.B. "B11") an die Pipettiervorrichtung und/oder der Dispensiervorrichtung per Datenverbindung kommuniziert und die Pipettiervorrichtung und/oder die Dispensiervorrichtung das richtige Volumen unabhängig von einer Reihenfolge zuordnen kann. Dies könnte Vorteile bei einer Randomisierung von Assays bieten, um Effekte durch festgelegte, immer gleiche Pipettierschemata zu vermeiden. Insgesamt würde die Befüllung von Platten deutlich komfortabler und fehlersicherer.
Die Information des Pipettierhilfssystems bzw. der Basisvorrichtung an die Pipettiervorrichtung und/oder der Dispensiervorrichtung, dass sich der Probentransferbehälter in oder an einer bestimmten Probenaufnahme befindet, kann in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung auch zu einer Blockade des Pipettierhubs der Pipettiervorrichtung und/oder der Dispensiervorrichtung genutzt werden. Stellt die Pipettiervorrichtung und/oder die Dispensiervorrichtung fest, dass die von dem Pipettierhilfssystems bzw. der Basisvorrichtung gemeldete Probenaufnahme nicht mit der geplanten Zielposition, also der Ziel-Probenaufnahme identisch ist, wird das Auslösen verhindert (Funktion: Auslösestopp), insbesondere indem der Auslöse-Knopf "totgeschaltet" wird, und eine Warnmeldung ausgegeben. Dadurch wird verhindert, dass der Nutzer Flüssigkeit in eine falsche Probenaufnahme abgibt, selbst wenn er den Auslöseknopf betätigt. Dies bietet vor allem bei wertvollen oder einmaligen Proben einen hohen Nutzen. Die elektronische Steuereinrichtung oder eine andere Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, ein Pipettierplanprogramm auszuführen, gemäß dem

*einem Anwender mittels der Ausgabeeinrichtung die Information über die jeweils als nächste Zielposition zum Pipettieren vorgesehene mindestens eine Pro-benaufnahme der Probenaufnahmeanordnung angezeigt wird,
*mittels der Messanordnung die manuell durchgeführte Annäherung des mindestens einen Probentransferbehälters an die Probenaufnahmeanordnung und Er-kennung der Position der nun erreichten Probenaufnahmen festzustellen,
* durch Vergleich mit den Vorgabedaten des Pipettierplanprogramms festzustellen, ob es sich bei der erreichten Position um die planmäßig vorgesehene Zielposition handelt,
* und, falls es sich bei der erreichten Position um die planmäßig vorgesehene Zielposition handelt, automatisch ein vorbestimmtes Probenvolumen an die Zielposition abzugeben,
* und, falls es sich bei der erreichten Position nicht um die planmäßig vorgesehene Zielposition handelt, diese automatische Abgabe zu verhindern.

Insbesondere bei der Randomisierung von Assays ist eine Verwendung des Auslösestopps sinnvoll, der dann aktiviert wird, wenn der Anwender ein zweites mal über der selben ersten Probenaufnahme die Probe abzugeben, in die zuvor im Verlauf der randomisierten Sequenz bereits eine Probe abgegeben wurde. Der Anwender weiß gegebenenfalls nicht mehr, welche Probenaufnahme bereits von ihm mit Flüssigkeit befüllt wurden.
Die Basisvorrichtung ist vorzugsweise ein Tischgerät, auf das die Probenaufnahmeanordnung aufgelegt und/oder aufgesteckt wird, um die Bearbeitungsposition herzustellen. Dabei wird gegebenenfalls die elektrische Kontaktierung zwischen den Kontaktstellen der Basisvorrichtung und den Kontaktstellen der Probenaufnahmeanordnung hergestellt; im Falle einer optischen Signalübertragung der Sensoreinrichtung wird analog die optische Kopplung zwischen den Kopplungsstellen der Basisvorrichtung und den Kopplungsstellen der Probenaufnahmeanordnung hergestellt.
Die Basisvorrichtung weist vorzugsweise einen Positionierbereich auf, über dem sich der Positionierraum zur Aufnahme der Probenaufnahmeanordnung befindet. Der Positionierbereich kann eine ebene Fläche aufweisen, in der vorzugsweise die Ausgabeeinrichtung, insbesondere die Leuchtanordnung und insbesondere eine Matrix aus Kontaktstellen oder Kopplungsstellen vorgesehen ist, um in der Bearbeitungsposition die Messanordnung mit der elektronischen Steuereinrichtung zu verbinden. Auch die Messelemente, insbesondere die Elektroden im Falle einer kapazitativen Messung, können so am Positionierraum, insbesondere im Kontakt mit dem Positionierraum, angeordnet sein, dass sie nur entlang eines Bruchteils f der Gesamthöhe des Positionierraums in diesen eingreifen oder vorzugsweise nicht in den Positionierraum eingreifen. Dadurch wird die Anordnung der Messelemente kompakt und robust, und auch die Probenaufnahmeanordnung ist einfacher zu konstruieren.
Die Basisvorrichtung, insbesondere die elektronische Steuereinrichtung, kann auch mit anderen Laborgeräten, wie z.B. einer elektronischen Pipettiervorrichtung oder einem Computer, über eine Datenverbindung vernetzbar oder vernetzt sein, insbesondere um die Information über den Belegungszustand der einzelnen Probenaufnahmen zu übermitteln.
Die Basisvorrichtung, insbesondere die elektronische Steuereinrichtung, kann auch Bestandteil eines Laborgeräts sein, in das in diesem Fall das Pipettierhilfssystem zur Unterstützung des manuellen Pipettierens teilweise integriert ist. Während beim Vorgang des automatischen Pipettierens keine manuelle Pipettierhilfe benötigt wird, ist es denkbar, dass bei einem Laborautomaten bisweilen ein manuelles Befüllen und Pipettieren erwünscht wird. In diesem Fall kann die Pipettierhilfseinrichtung bzw. die Basisvorrichtung auch Bestandteil eines Laborautomaten sein. Dieser Laborautomat kann dazu eingerichtet sein, die mittels der Messanordnung erfasste Information über die Belegungszustände als Daten zu speichern und/oder zu verarbeiten und/oder weiterzuleiten.
Die Basisvorrichtung weist als festen Bestandteil die Ausgabeeinrichtung bzw. die Leuchtanordnung auf.
Vorzugsweise weist das Pipettierhilfssystem mindestens eine erste und eine zweite Basisvorrichtung auf, insbesondere mindestens zwei erfindungsgemäß gestaltete Basisvorrichtungen. Vorzugsweise weist das Pipettierhilfssystem mindestens zwei Messanordnungen auf. Vorzugsweise ist eine erste Messanordnung der ersten Basisvorrichtung zugeordnet und eine zweite Messanordnung der zweiten Basisvorrichtung zugeordnet. Vorzugsweise weist das Pipettierhilfssystem mindestens zwei Ausgabeeinrichtungen auf. Vorzugsweise ist eine erste Ausgabeeinrichtung der ersten Basisvorrichtung zugeordnet und eine zweite Ausgabeeinrichtung der zweiten Basisvorrichtung zugeordnet.
Vorzugweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, sowohl dier erste Messanordnung, die zweite Messanordnung, die erste Ausgabeeinrichtung und/oder die zweite Ausgabeeinrichtung anzusteuern.
Vorzugweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, durch Steuerung der ersten Messanordnung in der Bearbeitungsposition den ersten Belegungszustand mindestens einer an der ersten Basisvorrichtung angeordneten Probenaufnahme zu ermitteln, und vorzugsweise durch Steuerung der ersten Ausgabeeinrichtung dem Benutzer in Abhängigkeit von dem ersten Belegungszustand der mindestens einen Probenaufnahme die Information über deren ersten Belegungszustand auszugeben.
Vorzugweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, dem Anwender in Abhängigkeit des an der ersten Basisvorrichtung gemessenen ersten Belegungszustands eine Information über die -z.B. gemäß eines Pipettierplanprogramms anstehende- zu pipettierende Zielposition an der zweiten Basisvorrichtung auszugeben. Dies dient insbesondere dazu, dem Anwender eine Assistenz beim Transferieren von Proben aus einer ersten Probenaufnahmenanordnung (z.B. Mikrotiterplatte) in eine zweite Probenaufnahmenanordnung (z.B. Mikrotiterplatte) zu bieten.
Vorzugweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, durch Steuerung der zweiten Messanordnung in der Bearbeitungsposition den zweiten Belegungszustand mindestens einer an der zweiten Basisvorrichtung angeordneten Probenaufnahme zu ermitteln, und vorzugsweise durch Steuerung der zweiten Ausgabeeinrichtung dem Benutzer in Abhängigkeit von dem zweiten Belegungszustand der mindestens einen Probenaufnahme die Information über deren zweiten Belegungszustand auszugeben.
Eine Probenaufnahmeanordnung ist vorzugsweise eine Mikrotiterplatte (engl.: wellplate), die, insbesondere im Falle der zweiten Ausführungsform , gemäß mindestens einem SLAS-Standard gefertigt sein kann. Dabei kann die Mikrotiterplatte insbesondere gemäß einer oder mehrerer oder gemäß jeder der folgenden Industriestandards eingerichtet sein: ANSI SLAS 1-2004 (R2012) (Footprint Dimensions last updated January 9, 2004); ANSI SLAS 2-2004 (R2012) (Height Dimensions, last updated January 9, 2004); ANSI SLAS 3-2004 (R2012) (Bottom Outside Flange Dimensions, last updated January 9, 2004); ANSI SLAS 4-2004 (R2012) (Well Positions, last updated January 9, 2004); ANSI SLAS 6-2012 (Well Bottom Elevation). Eine Probenaufnahmeanordnung ist vorzugsweise ein fester Verbund aus einer Vielzahl von Probenaufnahmen. Die Probenaufnahmen können über eine Verbindungsplatte oder über Verbindungsstege verbunden sein. Die Probenaufnahmen können Behälter sein, die nach oben geöffnet sind. Die Probenaufnahmen können in einer Gitteranordnung aus typischerweise 12, 48, 96, 384 oder mehr Probenaufnahmen angeordnet sein. Dabei stehen beispielsweise Reihen und Spalten der Probenaufnahmen senkrecht zueinander, insbesondere in den bekannten Geometrien von 3x4, 6x8, 8x12, 16x24. Die Messelemente und/oder die Leuchtelemente sind vorzugsweise in derselben Anordnung vorgesehen, oder in einer an diese Probenaufnahmegeometrie angepassten Anordnung.
Eine Probenaufnahmeanordnung ist vorzugsweise ein zusammenhängendes, insbesondere integral gebildetes Bauteil.
Eine Probenaufnahme kann eine Halterung für einen Probenbehälter sein, wobei der Probenbehälter ein Einzelgefäß oder ein Mehrfachgefäß sein kann. Eine Probenaufnahmeanordnung kann ein Halterahmen mit Öffnungen bzw. Aussparungen sein oder ohne Öffnungen oder Aussparungen sein, die jeweils zur Aufnahme eines Einzelgefäßes oder eines Napfes (engl.: well) einer Mikrotiterplatte ausgebildet sein können. Insbesondere ein oder zwei Messelemente können in der Bearbeitungsposition jeweils an einer Öffnung angeordnet sein, insbesondere, indem sie fest mit dem Halterahmen verbunden sind.
Die Pipettiervorrichtung ist vorzugsweise eine handgehaltene Vorrichtung. Zu diesem Zweck weist sie vorzugsweise einen Griffabschnitt auf. Vorzugsweise ist der Basiskörper als Griffabschnitt ausgebildet, der von der Hand des Benutzers gegriffen wird, um die Pipettiervorrichtung zu halten, und insbesondere zu bewegen und zu bedienen. Vorzugsweise ist die Pipettiervorrichtung für eine einhändige Bedienung ausgebildet, so dass alle für das Pipettieren erforderlichen Vorgänge einhändig ausgeführt werden können. Zu den Pipettiervorrichtungen gehören insbesondere handbetriebene Pipetten.
Zudem wird zwischen Einkanalgeräten und Mehrkanalgeräten unterschieden, wobei Einkanalgeräte nur einen einzigen Abgabekanal enthalten und Mehrkanalgeräte mehrere Abgabekanäle enthalten, die insbesondere das parallele Abgeben/Aufnehmen der Probe erlauben.
Die Erfindung kann auch analog in Kombination mit einer Dispensiervorrichtung verwendet werden, auch wenn an einigen Passagen dieser Beschreibung nur auf die Pipettiervorrichtung Bezug genommen wird. Ein Dispenser weist in der Regel einen Fluidtransferbehälter mit einem größeren maximalen Aufnahmevolumen auf als eine Pipette und dient dem Anwender dazu, eine Vielzahl von Abgabeschritten durchführen zu können, ohne den Fluidtransferbehälter öfter neu befüllen zu müssen. Beim Dispenser ist zudem der für das Ansaugen/Abgeben zuständige Verdrängungskolben im Fluidtransferbehälter, nämlich der Dispenserspitze, untergebracht.
Beispiele für handbetriebene Pipetten sind die Eppendorf Reference^® 2 und die Eppendorf Research^® plus der Eppendorf AG, Hamburg, Deutschland; ein Beispiel für einen handbetriebenen Dispenser ist die Multipette^® M4 der Eppendorf AG; Beispiele für elektronische Pipetten sind die Eppendorf Xplorer^® und Eppendorf Xplorer^® plus der Eppendorf AG; Beispiele für elektronische Dispenser sind die Multipette^® E3 und E3x der Eppendorf AG.
Der Basiskörper der Pipettiervorrichtung weist vorzugsweise ein Gehäuse auf, in dem die Bewegungseinrichtung zumindest teilweise oder vollständig angeordnet sein kann. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung zumindest teilweise oder vollständig in dem Basiskörper angeordnet.
Die Bewegungseinrichtung dient der Bewegung des Fluids zu dessem Transfer und dient insbesondere der Aufnahme des Fluids in den Behälter und Abgabe des Fluids aus dem Behälter. Bei einer handbetriebenen Bewegungseinrichtung weist diese vorzugsweise ein Betätigungselement auf, insbesondere einen Bedienknopf, durch dessen Betätigung der Benutzer die Kraft zur Bewegung des Fluids aufbringt. Bei einer elektrisch betriebenen Bewegungseinrichtung wird die Kraft zur Bewegung der Bewegungseinrichtung mittels einer elektrischen Energiequelle aufgebracht, die insbesondere eine Batterie oder ein Akkumulator sein kann und die ein Bestandteil der Pipettiervorrichtung, insbesondere des Basiskörpers sein kann. Die Bewegungseinrichtung weist vorzugsweise eine Kolbeneinrichtung mit einem Kolben auf, der in einem Zylinder der Kolbeneinrichtung bewegbar ist, um in diesem Zylinder einen Unterdruck zu erzeugen. Die Bewegungseinrichtung kann aber auch dazu ausgebildet sein, um einen Kolben zu bewegen, der nur teilweise oder gar nicht Bestandteil der Pipettiervorrichtung ist, wie das z.B. bei der Bewegung des Kolbens eines Spritzenbehälters der Fall ist.
Vorzugsweise weist die Pipettiervorrichtung und/oder das Pipettierhilfssystem mindestens eine Kommunikationseinrichtung und/oder eine Benutzerschnittstelle, insbesondere ein Bedienelement auf, das insbesondere der Eingabe- und/oder Ausgabe von Informationen zwischen Benutzer und der Steuereinrichtung dient. Das Bedienelement kann mindestens einen Bedienknopf oder Tastatur, mindestens ein Display, insbesondere Touchscreen und/oder mindestens einen Lautsprecher aufweisen.
Die Positioniereinrichtung ist dazu eingerichtet, eine zuverlässige Relativpositionierung der Probenaufnahmeanordnung und der Basisvorrichtung zu bewirken, so dass die weiteren Systembestandteile, insbesondere die Messelemente und/oder die Leuchtanordnung, in Bezug auf die Probenaufnahmeanordnung und die Basisvorrichtung jeweils eine einzige Relativposition einnehmen. Dadurch wird die Präzision bei der Handhabung des Pipettierhilfssystems verbessert. Die Positioniereinrichtung kann ein oder mehrere Stützabschnitte umfassen, die an der Basisvorrichtung vorgesehen sind, um die Probenaufnahmeanordnung zu stützen, zu halten oder aufzuhängen. Ein Stützabschnitt kann ein Trägerbereich, insbesondere ein Plattenabschnitt sein, auf dem die Probenaufnahmeanordnung abgestellte wird. Durch mindestens einen, zwei drei oder vier weitere Stützabschnitte kann die Probenaufnahmeanordnung eindeutig und spielfrei in seitlicher Richtung positioniert werden. Diese Stützabschnitte können durch als Anschläge dienende Vorsprungselemetne realisiert sein, deren Position genau auf die Außenmaße der Probenaufnahmeanordnung abgestimmt ist. Die Positioniereinrichtung kann mindestens einen Positionsensor aufweisen, mit dem die manuelle Anordnung der Probenaufnahmeanordnung im Positionierraum von der elektronischen Steuereinrichtung der Basisvorrichtung registriert wird.
Offenbart wird eine Basisvorrichtung, wie im Zusammenhang mit dem Pipettierhilfssystems gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben, zur Unterstützung des manuellen Pipettierens einer Vielzahl von Proben in einer Bearbeitungsposition einer Probenaufnahmeanordnung, wie sie insbesondere im Zusammenhang mit dem Pipettierhilfssystem beschrieben wurde. Die Basisvorrichtung weist auf:

eine Positioniereinrichtung, die zur Positionierung einer Ausführungsform der Probenaufnahmeanordnung in der Bearbeitungsposition innerhalb eines Positionierraums der Basisvorrichtung eingerichtet ist, der zumindest entlang einer Ebene für das Pipettieren geöffnet ist,
vorzugsweise eine in der Bearbeitungsposition unterhalb dieser Ebene angeordnete Leuchtanordnung, mit welcher die Probenaufnahmeanordnung in Abhängigkeit von dem Belegungszustand beleuchtbar ist, der mittels der Messelemente einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems, insbesondere einer erfindungsgemäßen Probenaufnahmeanordnung, gemessen wurde.

Offenbart wird ferner eine Probenaufnahmeanordnung, wie im Zusammenhang mit dem Pipettierhilfssystem gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung beschrieben, zur Unterstützung des manuellen Pipettierens einer Vielzahl von Proben in einer Bearbeitungsposition der Probenaufnahmeanordnung, die zur Positionierung in der Positioniereinrichtung einer insbesondere erfindungsgemäßen Basisvorrichtung vorgesehen ist, wobei die Probenaufnahmeanordnung aufweist:

eine Vielzahl von Probenaufnahmen,
eine Messanordnung mit einer Vielzahl von Messelementen, die zumindest in der Bearbeitungsposition unterhalb dieser Ebene angeordnet sind und mit denen der Belegungszustand mindestens einer Probenaufnahme in der Bearbeitungsposition erfassbar ist.

Nicht Teil der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Messung eines Belegungszustandes einer Probenaufnahme mittels eines erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems. Weitere bevorzugte Aspekte dieses Verfahrens lassen sich aus der vorliegenden Beschreibung der Erfindung entnehmen. Insbesondere weist das Verfahren die Schritte auf, dass der Belegungszustand gemessen wird, indem mittels mindestens eines als Elektrode ausgebildeten Messelements ein Kapazitätswert oder dessen Änderung gemessen wird, wenn ein leitfähiger Probentransferbehälter oder ein Probentransferbehälter aus nichtleitfähigem Material, befüllt mit einer leitfähigen Probe, an diese Elektrode herangeführt wird und insbesondere die Ebene berührt oder durch die Ebene durchtritt.
Offenbart, jedoch nicht Teil der Erfindung, wird ferner ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Probenaufnahmeanordnung mittels einer Spritzgusstechnik, insbesondere der Realisierung mindestens einer elektrischen Leitung oder einer Elektrode oder einer elektrischen Kontaktstelle der Probenaufnahmeanordnung mittels eines leitfähigen Polymers.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems 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.
Es zeigen:

Fig. 1a zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht ein der Erfindung zugrunde liegendes Anwendungsszenario, bei dem an einer 96er-Mikrotiterplatte mittels einer manuell bedienten Mehrkanalpipette eine vollständige Befüllung mittels sukzessivem spaltenweisen Pipettieren durchgeführt wird.
Fig. 1b zeigt in einer perspektivischen Seitenansicht ein der Erfindung zugrunde liegendes Anwendungsszenario, bei dem an einer 96er-Mikrotiterplatte mittels einer manuell bedienten elektrischen Einkanalpipette eine vollständige Befüllung mittels randomisierten Pipettieren durchgeführt wird.
Fig. 2a zeigt eine Probenaufnahmeanordnung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel, als bevorzugtem Bestandteil eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems.
Fig. 2b zeigt eine Basisvorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel, als bevorzugtem Bestandteil eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems, insbesondere verwendbar mit der Probenaufnahmeanordnung in Fig. 2a.
Fig. 2c zeigt ein Pipettierhilfssystem, in Bearbeitungsposition, aufweisend die Probenaufnahmeanordnung der Fig. 2a und die Basisvorrichtung der Fig. 2b.
Fig. 3a zeigt eine Probenaufnahmeanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, als bevorzugtem Bestandteil eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems.
Fig. 3b zeigt eine Basisvorrichtung gemäß gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, als bevorzugtem Bestandteil eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems, insbesondere verwendbar mit der Probenaufnahmeanordnung in Fig. 3a.
Fig. 3c zeigt ein Pipettierhilfssystem, in Bearbeitungsposition, aufweisend die Probenaufnahmeanordnung der Fig. 3a und die Basisvorrichtung der Fig. 3b.
Fig. 4a bis Fig. 4d zeigen jeweils unterschiedliche Phasen des mithilfe einer beispielhaften erfindungsgemäßen Pipettierhilfsvorrichtung unterstützten Pipettierens an einer Probenaufnahmeanordnung, und zeigt die durch ein Beleuchtungsprogramm der Pipettierhilfsvorrichtung bewirkte optische Markierung der pipettierten bzw. zu pipettierenden Probenaufnahmen.
Fig. 5a und 5b zeigen eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier zylindermantelförmiger Elektroden kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im unbefüllten und befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme.
Fig. 5c und 5d zeigen eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier zylindermantelförmiger Elektroden mit Kugelboden kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im unbefüllten und befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme.
Fig. 5e und 5f zeigen eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier zylindermantelförmiger Elektroden mit konischem Boden kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im unbefüllten und befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme.
Fig. 6a und 6b zeigen eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels einer Elektrode kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines anderen beispielhaften Pipettierhilfssystems, im unbefüllten und befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme.
Fig. 7a und 7b zeigen eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier optischer Messelemente optisch messende Sensoreinrichtung eines anderen beispielhaften Pipettierhilfssystems, im unbefüllten und befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme.
Fig. 8a zeigt eine Probenaufnahmeanordnung gemäß der genannten zweiten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem Ausführungsbeispiel.
Fig. 8b zeigt eine Basisvorrichtung gemäß der genannten zweiten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem Ausführungsbeispiel, als Bestandteil eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, insbesondere verwendbar mit der Probenaufnahmeanordnung in Fig. 8a.
Fig. 8c zeigt ein Pipettierhilfssystem, in Bearbeitungsposition, aufweisend die Probenaufnahmeanordnung der Fig. 8a und die Basisvorrichtung der Fig. 8b.
Fig. 9a zeigt eine Probenaufnahmeanordnung gemäß der genannten dritten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem Ausführungsbeispiel, als Bestandteil eines beispielhaften Pipettierhilfssystems.
Fig. 9b zeigt eine Basisvorrichtung gemäß der genannten dritten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem Ausführungsbeispiel, als Bestandteil eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, insbesondere verwendbar mit der Probenaufnahmeanordnung in Fig. 9a.
Fig. 9c zeigt ein Pipettierhilfssystem, in Bearbeitungsposition, aufweisend die Probenaufnahmeanordnung der Fig. 9a und die Basisvorrichtung der Fig. 9b.
Fig. 10a zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Pipettiersystems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform.
Fig. 10b zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Pipettiersystems gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
Fig. 11a zeigt eine Probenaufnahmeanordnung gemäß der genannten zweiten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem Ausführungsbeispiel, als Bestandteil eines beispielhaften Pipettierhilfssystems.
Fig. 11b zeigt eine Basisvorrichtung gemäß der genannten zweiten, nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform in einem Ausführungsbeispiel, als Bestandteil eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, insbesondere verwendbar mit der Probenaufnahmeanordnung in Fig. 11a.
Fig. 11c zeigt ein Pipettierhilfssystem, in Bearbeitungsposition, aufweisend die Probenaufnahmeanordnung der Fig. 11a und die Basisvorrichtung der Fig. 11b.
Fig. 12a zeigt eine nicht zur Erfindung zählende vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier plattenförmiger Elektroden kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme, wobei die Sensoreinrichtung den in Fig. 11b und 11c gezeigten Sensoreinrichtungen entspricht.
Fig. 12b zeigt eine nicht zur Erfindung zählende vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier plattenförmiger Elektroden kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme.
Fig. 12c zeigt eine nicht zur Erfindung zählende vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier plattenförmiger Elektroden kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme.

Fig. 1a zeigt ein typisches, der Erfindung zugrunde liegende Anwendungsszenario. An einer 96er-Mikrotiterplatte 69 wird mittels einer manuell bedienten Mehrkanalpipette 70 eine vollständige Befüllung der Mikrotiterplatte mittels sukzessivem spaltenweisen Pipettieren in Richtung F durchgeführt. Acht Pipettenspitzen 71 entsprechen der Anzahl und dem Muster einer 8er-Spalte der 96er-Mikrotiterplatte. Die Pipettenspitzen 71 werden im Beispiel sukzessive erneut befüllt, um alle Probenaufnahmen der Mikrotiterplatte durch das sukzessive Pipettieren zu befüllen. Das Pipettieren erfordert das Positionieren der Pipette 70 über der Zielspalte der Wells der Mikrotiterplatte, das Absenken entlang der vertikalen Richtung V und das korrekte Treffen der Öffnungen der Wells mit den Pipettenspitzen 71, das weitere Absenken in die Wells und die Abgabe der Probe durch Pipettieren. Dem schließt sich das Anheben der Pipette aus der abgesenkten Position und das Weiterbewegen entlang der Richtung F um genau einen Spaltenabstand an. Über der zweiten Spalte wiederholen sich die geschilderten Vorgänge ensprechend, ebenso bei den Spalten Nummer 3 bis 12.
Hat während dem sukzessiven Befüllen der Anwender beispielsweise die fünfte Spalte durch manuelles Pipettieren befüllt und lässt dies außer Acht, so ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass er im nächsten Pipettierschritt entweder nicht die als Ziel nachfolgende sechste Spalte befüllt oder dass er eine der Spalten eins bis fünf mit bereits befüllten Probenaufnahmen versehentlich doppelt befüllt. Mittels der Erfindungs wird ein Pipettierhilfssystem beschrieben, das den Anwender in solchen Situationen durch Messen der Belegung und optisches Markieren fehlerfrei führt.
Fig. 1b zeigt ein Szenario, in dem der Anwender eine Mikrotiterplatte 69 mittels einer elektrischen Einkanalpipette 70' zu befüllen hat. Die Aufgabe besteht für den Anwender in dieser Figur darin, an der Mikrotiterplatte zuverlässig einen Pipettierplan einzuhalten, der das Pipettieren an Einzelgefäßen gemäß einem nicht-sukzessive Vorgehen beinhaltet. Es können dem Anwender hier insbesondere Koordinaten der zu befüllenden oder Probengefäße bzw. der Probengefäße bekannt sein, an denen jeweils eine Probe per Pipettieren entnommen und z.B. transferiert werden soll. Insbesondere in dieser Konstellation ist eine erhebliche Anstrengung des Anwenders notwendig, um an dem richtigen Well zu pipettieren. Noch schwieriger wird es für den Anwender im Fall einer Probenplatte mit mehr al 96 Wells, z.B. 384 Wells. In den genannten Szenarien bietet die Erfindung eine sehr vorteilhafte Lösung.
Fig. 2a zeigt eine Probenaufnahmeanordnung 20 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel, als bevorzugtem Bestandteil eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems. Die Probenaufnahmeanordnung 20 weist das Format einer gemäß SBS-Standard gefertigten Mikrotiterplatte. Die Probenaufnahmeanordnung 20 ist im Wesentlichen aus transparentem Kunststoff mittels 2K-Spritzgussverfahren gefertigt und weist eine Matrix von 96 Probenaufnahmen 21 (Wells) auf, von denen hier eine Reihe mit 12 Probenaufnahmen 21 im Querschnitt gezeigt ist.
Die Probenaufnahmeanordnung 20 weist eine Messanordnung 28 mit einer Vielzahl von Messelementen, hier z.B. 192 Messelementen auf, von denen jeweils ein Paar 22, 23 von als Elektroden ausgebildeten Messelementen so angeordnet sind, dass sie den Aufnahmeraum der Probenaufnahme 21 wie ein Dielektrikum zwischen Kondenatorplatten einschließen. In Fig. 2c ist die Bearbeitungsposition gezeigt, in der aus den Pipettenspitzen 71 pipettiert wird, um die gesamte Mikrotiterplatte 20 sukzessive zu befüllen. Daraus ergibt sich, dass die Messelemente 22, 23 der Messanordnung 28 zumindest in der Bearbeitungsposition unterhalb der Ebene A angeordnet sind, wobei mit einem Paar 22, 23 von Elektroden der Belegungszustand mindestens einer Probenaufnahme 21 in der Bearbeitungsposition erfassbar ist. Die Elektroden und Leiterbahnen sind aus einem leitfähigen Polymer gebildet, ebenso die Kontaktstellen 26 und 27 der Probenaufnahmeanordnung 20, die elektrisch mit den Leiterbahnen 24 und 25 verbunden sind, die wiederum mit den Elektroden 22, 23 elektrisch verbunden sind.
Fig. 2b zeigt eine Basisvorrichtung 10 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel, als bevorzugtem Bestandteil eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystem, insbesondere verwendbar mit der Probenaufnahmeanordnung 20 in Fig. 2a. Die Basisvorrichtung 10 weist auf: eine mehrere Vorsprungselementen 12a, 12b aufweisende Positioniereinrichtung, die zur Positionierung der Probenaufnahmeanordnung in der Bearbeitungsposition innerhalb eines Positionierraums 11 der Basisvorrichtung eingerichtet ist, der zumindest entlang einer Ebene A für das Pipettieren geöffnet ist.
Die Basisvorrichtung 10 weist eine in der Bearbeitungsposition unterhalb dieser Ebene A angeordnete Leuchtanordnung 18 auf, mit welcher die Probenaufnahmen der Probenaufnahmeanordnung 20 in Abhängigkeit von den jeweils gemessenen Belegungszuständen beleuchtbar sind, die mittels der Messelemente 22, 23 der Probenaufnahmeanordnung 20 gemessen wurde.
Die jeweils in Form von LEDs gebildeten Leuchtelemente 19 sind über die Leitungen eines Leitungsbündels 14 individuell von der elektrischen Steuereinrichtung 13 ansteuerbar, mit der sie über eine elektrische Schnittstelle 13a elektrisch gekoppelt sind.
Die Basisvorrichtung weist vorzugsweise ein solides, aus Metall und/oder Kunststoff gefertigtes Gehäuse auf, in dem die Leuchtanordnung und die Steuereinrichtung angeordnet sind. Die Messelemente 22, 23 der Mikrotiterplatte 20 sind über elektrische Kontaktstellen 26, 27 mit entsprechenden Kontaktstellen 16, 17 elektrisch verbunden, die an der Oberseite des plattenartigen Aufnahmebereichs der Basisvorrichtung 10 im Aufnahmeraum 11 angeordnet sind. Die Kontaktstellen 16, 17 sind über Leitungen 15a, 15b jeweils mit einer elektrischen Schnittstelle 13b verbunden, mit denen die Messelemente an die Steuereinrichtung 13 gekoppelt sind. Alle ersten Messelektroden 22 der Sensoreinrichtungen der hier gezeigten Reihe von Probenaufnahmen 21 sind hier mit der Leitung 15a verbunden, alle zweiten Messelektroden 23 der Sensoreinrichtungen der hier gezeigten Reihe von Probenaufnahmen 21 sind hier mit der Leitung 15b verbunden. Aufgrund der sensiblen Messelektronik zur Messung sehr kleiner Kapazitäten sind auf diese leitungssparende Weise zuverlässige Belegungszustandsmessungen sukzessive an allen Sensoreinrichtungen der Reihe möglich, wobei spaltenweise jeweils 8 Sensoreinrichtungen gleichzeitig gemessen werden.
Durch die Positioniereinrichtung 12a, 12b wird die Mikrotiterplatte 20 zuverlässig im Positionierraum 11 positioniert.
Fig. 2c zeigt ein Pipettierhilfssystem, in Bearbeitungsposition, aufweisend die Probenaufnahmeanordnung der Fig. 2a und die Basisvorrichtung der Fig. 2b. Das Pipettierhilfssystem 1 dient der Unterstützung des manuellen Pipettierens einer Vielzahl von Proben in einer Bearbeitungsposition einer Probenaufnahmeanordnung 20, wobei das Pipettierhilfssystem 1 aufweist: eine Basisvorrichtung 10 mit einer Positioniereinrichtung 12a, 12b, die zur Positionierung der Probenaufnahmeanordnung 20 in der Bearbeitungsposition innerhalb eines Positionierraums 11 der Basisvorrichtung 10 eingerichtet ist, der zumindest entlang einer Ebene (A) für das Pipettieren geöffnet ist, die Probenaufnahmeanordnung 20, die eine Vielzahl von Probenaufnahmen 21 aufweist, eine Messanordnung 28 mit einer Vielzahl von Messelementen 22, 23, die zumindest in der Bearbeitungsposition unterhalb dieser Ebene A angeordnet sind und mit denen der Belegungszustand mindestens einer Probenaufnahme 21 in der Bearbeitungsposition erfassbar ist, und einer zumindest in der Bearbeitungsposition unterhalb dieser Ebene A angeordneten Leuchtanordnung 18, mit welcher die Probenaufnahmeanordnung 20 bzw. deren Probenaufnahmen 21 in Abhängigkeit von den jeweils erfassten Belegungszuständen dieser mindestens einen Probenaufnahme 21 beleuchtbar ist.
In der in Fig. 2c gezeigten ersten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vielzahl von Messelementen 22, 23 ein fester Bestandteil der Probenaufnahmeanordnung 20 und die Leuchtanordnung 18 ist fester Bestandteil der Basisvorrichtung 10.
Fig. 3a zeigt eine Probenaufnahmeanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, als bevorzugtem Bestandteil eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystem. Die Probenaufnahmeanordnung 40 weist hier eine jeweils am oberen Rand einer Probenaufnahme eine einzelne Ringelektrode 42 auf, deren Funktion anhand der Figuren 6a und b erläutert wird. Entsprechend sind hier im Vergleich zur Gestaltung gemäß Fig. 2a weniger Leitungen 44 und Kontaktstellen 46 an der Probenaufnahmeanordnung vorgesehen, und im Vergleich zur Gestaltung gemäß Fig. 2b weniger Leitungen 35a, und Kontakte 36 vorgesehen. Darüber hinaus ist die Funktionsweise der Pipettierhilfssysteme in Fig. 2a-c und 3a-c ähnlich.
Die einzelne Elektrode im oberen Bereich der Probenaufnahme, gemäß Fig. 3a und 6a ist besonders bevorzugt auch kombinierbar mit der Variante in Fig. 2a und Fig. 5a/5c, in denen sich paarweise Elektroden entlang einen Großteil der Länge der Probenaufnahmen in vertikaler Richtung erstrecken. Funktionell wird auf dies Weise erreicht, das mit einem einzigem Pipettierhilfssystem eine Information darüber erhalten werden kann, ob oder wann eine Pipettenspitze sich dem Messraum annähert und welchen Belegungszustand mit flüssiger Probe die Probenaufnahme in ihrem Aufnahmeraum aufweist.
Fig. 4a bis Fig. 4d zeigen jeweils unterschiedliche Phasen des mithilfe einer beispielhaften erfindungsgemäßen Pipettierhilfsvorrichtung 1 unterstützten Pipettierens an einer Probenaufnahmeanordnung 20, und zeigt die durch ein Beleuchtungsprogramm der Pipettierhilfsvorrichtung bewirkte optische Markierung der pipettierten bzw. zu pipettierenden Probenaufnahmen. Beim Absenken einer Pipettenspitze durch die Ebene A (Fig. 4b) wird die Probenaufnahme beispielsweise von unten in gelber Farbe beleuchtet, was hier durch eine hellere Schraffur der außen rechts gelegenen Probenaufnahmen symbolisiert wird. Die bereits befüllten Aufnahmen werden von unten in grünem Licht beleuchtet, was in Fig. 4c und 4d durch eine dunkle Schraffur der entsprechenden Probenaufnahmen symbolisiert wird.
Fig. 5a und 5b zeigen eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier Elektroden kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im unbefüllten und befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme. Der Zwischenraum zwischen einem Paar von Elektroden 22, 23, die jeweils eine um den Aufnahmeraum 21 gelegte Zylindermantel-Segmentform aufweisen, bildet ein vom elektrischen Feld E durchdrungenes Dielektrikum, so dass eine Kapazitätsänderung detektiert wird, wenn sich der Belegungszustand in 21 ändert (Fig. 5b). Die Anordnung der Fig. 5c und 5d unterscheidet sich von jener der Fig. 5a und 5b im Wesentlichen dadurch, dass der Aufnahmeraum 21' der Variante in Fig. 5c und 5d einen im Wesentlichen sphärisch geformten Boden (Rundboden) aufweist. Die Elektroden 22', 23' sind in diesem Fall dieser sphärischen Form angepasst und weisen in ihrem unteren Bereich deshalb eine sphärisch verlaufende Plattenform auf. Entsprechend unterscheidet sich die Anordnung der Fig. 5e und 5f von jener der Fig. 5a und 5b im Wesentlichen dadurch, dass der Aufnahmeraum 21" der Variante in Fig. 5e und 5f einen im Wesentlichen konisch geformten Boden (Kegelboden) aufweist. Die Elektroden 22", 23" sind in diesem Fall dieser konischen Form angepasst und weisen in ihrem unteren Bereich deshalb eine konisch verlaufende Plattenform auf. Ein Leuchtelement (nicht gezeigt) der Ausgabeeinrichtung kann jeweils Bestandteil der Probenaufnahmeanordnung 20 oder der Basisvorrichtung 10 sein.
Fig. 6a und 6b zeigen eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels einer Elektrode kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines anderen beispielhaften Pipettierhilfssystems, im unbefüllten und befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme. Es wird mittels einer einzigen Ringelektrode 42, die am oberen Rand der Probenaufnahme 41 angeordnet ist, die Annäherung einer leitfähigen oder mit leifähiger wässriger Lösung bestückter Pipettenspitze aus nicht-leitfähigem Material detektiert. Das Heranführen der Pipettenspitze vergrößert die gemessene Kapazität, so dass bei einem geeigneten Schwellwert der Belegungszustand "Pipettenspitze liegt an" erkennbar ist. Im Beispiel ist die Ringelektrode 42 vom Material der Probenaufnahmeanordnung 40 teilweise umgeben, die Ringelektrode 42 liegt unterhalb der Ebene A. Die Ringelektrode kann auch auf einer Oberfläche der Probenaufnahmeanordnung 40 angeordnet sein, und kann beispielsweise als dünne Platte, Folie oder schichtförmiger Bereich aufgebracht sein. Durch diese Anordnung an der Oberfläche der Probenaufnahmeanordnung 40 ist sichergestellt, dass sich die Probenaufnahmeanordnung 40 inklusive deren Messanordnung unterhalb der Ebene A befindet. Ein Leuchtelement (nicht gezeigt) der Ausgabeeinrichtung kann jeweils Bestandteil der Probenaufnahmeanordnung 40 oder der Basisvorrichtung 30 sein.
Fig. 7a und 7b zeigen eine vereinfachte seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier optischer Messelemente optisch messende Sensoreinrichtung eines anderen beispielhaften Pipettierhilfssystems, im unbefüllten und befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme. Ein von der LED 66 emittierter Lichtstrahl (Infrarot) fällt auf das Spiegelelement 83, das den Strahl durch den Messraum 81 und zum nächsten Spiegelelement 84 lenkt. Von dort wird der Strahl auf den Lichtsensor 67 gelenkt, der insbesondere eine Photodiode oder ein CMOS-Sensor sein kann. Die elektrische Ansteuerung der der optischen Sensoreinrichtung zugeordneten optischen Messelemente 66, 67, die in der Basisvorrichtung 60 angeordnet sind, erfolgt über die ebenfalls dort angeordneten individuellen Leitungen 65a, 65b. Durch Einbringen eines Objekts, z.B. einer flüssigen Probe, in den vom Lichtstrahl gemessenen Messraum kann die Änderung des Belegungszustandes optisch erfasst werden. Ein Leuchtelement (nicht gezeigt) der Ausgabeeinrichtung kann jeweils Bestandteil der Probenaufnahmeanordnung 80 oder der Basisvorrichtung 60 sein.
Fig. 8a zeigt eine nicht zur Erfindung zählenden zweiten Ausführungsform: Die Leuchtelemente 118a sind hier jeweils zentral und senkrecht unterhalb der Probenaufnahme 121 angeordnet, so dass diese symmetrisch ausleuchtbar ist.
Fig. 8b zeigt eine nicht zur Erfindung zählenden zweiten Ausführungsform: Analog zu Fig. 2b ist die Positioniereinrichtung 112a, 112b gefertigt. Ebenso die Steuereinrichtung 113.
Fig. 8c zeigt ein Pipettierhilfssystem, in Bearbeitungsposition, aufweisend die Probenaufnahmeanordnung der Fig. 8a und die Basisvorrichtung der Fig. 8b. In der in Fig. 8b gezeigten zweiten, nicht zur Erfindung zählenden Ausführungsform, sind die Vielzahl von Messelementen 116, 117 der Messanordnung 119 und die Leuchtanordnung 118 mit Leuchtelementen 118a feste Bestandteile der Basisvorrichtung 110. Die Probenaufnahmeanordnung 120 weist eine Vielzahl von Öffnungsbereichen 122, 123 zur Aufnahme der Messelemente 116, 117 in der Bearbeitungsposition auf. Eine solche Probenaufnahmeanordnung 120, die keine elektrischen Leitungen oder elektrisch leitfähigen Bereiche aufweisen muss, kann einfach und präzise mittels Spritzgussverfahren gefertigt werden.
Fig. 9a zeigt:. In der in Fig. 9c gezeigten dritten, nicht zur Erfindung zählenden Ausführungsform sind die Vielzahl von Messelementen 222, 223 der Messanordnung 228 und eine Vielzahl von Leuchtelementen 224 der Leuchtanordnung 229 feste Bestandteile der Probenaufnahmeanordnung. Die übrigen Teile sind im Wesentlichen analog zu den Ausführungsformen in den Fig. 2c und 8c gefertigt.
Fig. 10 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Pipettiersystems 300 gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform. Zwei Basisvorrichtungen 10, 10", die im Wesentlichen beispielsweise der in Fig. 2b gezeigten Basisvorrichtung entsprechen können, stehen über die Signalaustausch-/Datenaustauschleitung "D" in Verbindung. Die Probenaufnahmevorrichtungen sind hier gestaltet, wie in Fig. 2a gezeigt. Die Steuereinrichtungen dieser Basisvorrichtung, die sich miteinander austauschen können, sind dazu eingerichtet, dem Anwender der manuellen Pipettiervorrichtung 70 bei der Durchführung eines Transferprozesses zu assistieren. Dabei soll der Anwender gemäß eines Pipettierplanprogramms, das von mindestens einer Steuereinrichtung ausgeführt wird, mittels Pipette 70 Proben aus ersten Spalten der Probenplatte 20 entnehmen und in zweite Probenspalten der Probenplatte 20" transferieren. Das Pipettierplanprogramm bzw. die dieses ausführende Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die ersten Spalte der Probenplatte 20 farbig zu beleuchten. Dies wird in Fig. 10 durch die dunklere Tönung der ersten Spalte von Probenaufnahmen der Probenplatte 20 symbolisiert. Der Anwender nimmt nun durch Pipettieren in dieser Spalte die Proben auf. Nach Entnahme wird dem Anwender der Erfolg oder Misserfolg der Entnahme aus dieser ersten Spalte der Probenplatte 20 vom System durch eine Änderung der Beleuchtungsart dieser ersten Spalte der Probenplatte 20 signalisiert. Geprüft wird der Erfolg mit der Messanordnung der Probenplatte 20. In der zweiten Probenplatte 20" wird dem Anwender die Zielposition für die nun in den Pipettenspitzen 71 enthaltenen Proben, hier die vierte Spalte von rechts, durch Beleuchtung angegeben. Der Anwender gibt nun durch Pipettieren in dieser Spalte die Proben ab. Nach der Abgabe wird dem Anwender der Erfolg oder Misserfolg der Abgabe in diese vierte Spalte der Probenplatte 20" vom System durch eine Änderung der Beleuchtungsart dieser vierten Spalte der Probenplatte 20" signalisiert. Geprüft wird der Erfolg mit der Messanordnung der Probenplatte 20". Diese Assistenz beim Transferieren der Proben zwischen zwei mittels Pipettierhilfsystem überwachter Probenaufnahmeanordnungen wird fortgesetzt, bis das Pipettierplanprogramm abgeschlossen ist.
Die Fig. 10b zeigt ein Pipettierhilfssystem 400, das als Bestandteil eine Pipette 70' aufweist. Die Pipette 70' bzw. deren -hier als "zweite" bezeichnete- elektronische Steuereinrichtung, die auch das elektronisch betriebene Pipettieren der Pipettiervorrichtung 70' steuert, ist dazu eingerichtet, mit der elektronischen Steuereinrichtung der Basisvorrichtung 10" des Pipettierhilfssystems über eine Signalverbindung, hier eine drahtlose Datenverbindung W, Signale bzw. Daten auszutauschen, insbesondere Daten eines Pipettierplanprogramms und Belegungszustandsdaten. Die elektronische Steuereinrichtung der Pipettiervorrichtung 70' ist dazu eingerichtet, die Messanordnung über die elektronische Steuereinrichtung der Pipettierhilfseinrichtung zu steuern und die Information über den Belegungszustand in Form von Belegungszustandsdaten zu empfangen. Es wäre auch möglich, dass die elektronischen Steuereinrichtung auch die Ausgabeeinrichtung steuert - dies bedeutet, dass die elektronische Steuereinrichtung der Pipettiervorrichtung 70' als die elektronische Steuereinrichtung eines Pipettierhilfssystems eingesetzt werden kann. Die elektronische Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, die Annäherung des mindestens einen mit der Pipettiervorrichtung verbundenen Probentransferbehälters 71 an die mindestens eine Probenaufnahme durch Messung mittels der Messanordnung zu erkennen, und die Pipettiervorrichtung so zu steuern, dass diese selbsttätig das jeweils vorgesehene Volumen an die mindestens eine Probenaufnahme abgibt. Die elektronische Steuereinrichtung oder die zweite Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet ist, ein Pipettierplanprogramm auszuführen, gemäß dem

einem Anwender mittels der Ausgabeeinrichtung die Information über die jeweils als nächste Zielposition zum Pipettieren vorgesehene mindestens eine Probenaufnahme der Probenaufnahmeanordnung angezeigt wird- hier ein für den Anwender ohne Hilfe nur schwer korrekt auszuführender Pipettierplan mit einem nicht sukzessiven Pipettieren an Wells,
mittels der Messanordnung die manuell durchgeführte Annäherung des mindestens einen Probentransferbehälters an die Probenaufnahmeanordnung und Erkennung der Position der nun erreichten Probenaufnahmen festzustellen,
durch Vergleich mit den Vorgabedaten des Pipettierplanprogramms festzustellen, ob es sich bei der erreichten Position um die planmäßig vorgesehene Ziel-position handelt,
und, falls es sich bei der erreichten Position um die planmäßig vorgesehene Zielposition handelt, automatisch ein vorbestimmtes Probenvolumen an die Zielposition abzugeben,
und, falls es sich bei der erreichten Position nicht um die planmäßig vorgesehene Zielposition handelt, diese automatische Abgabe zu verhindern.

Mittels eines erfindungsgemäßen Pipettierhilfssystems arbeiten Anwender verwechslungssicher in insbesondere aus Platten, Streifen und Gefäßen bestehenden Probenaufnahmeanordnungen. Der Anwender weiß stets, welche Wells in einem Prozess als nächstes zu befüllen sind, und welcher Belegungszustand jeweils vorliegt. Die Basisvorrichtung ist ein mobiles, kompaktes Plattenaufnahmewerkzeug mit geringem Platzbedarf Sie ist insbesondere einbaufähig in Labor-Workstations zur Zusatzkontrolle von durchgeführten Experimenten. Eine Probenaufnahmeanordnung kann nach Bedarf als geschlossenes System hergestellt werden, insbesondere bei Verwendung von mittels 2K-Spritzgussverfahren gefertigten Probenaufnahmeanordnungen, die insbesondere ein leitfähiges Polymer als elektrisch leitfähige Bereiche aufweisen.
Nach Bedarf kann eine Probenaufnahmeanordnung auch als "offenes System" gefertigt sein, d.h. mit Öffnungen oder Aussparungen zur Aufnahme von z.B. kapazitiven Sensorblechen oder Sensorsäulen (siehe Fig. 8a), die an der Basisvorrichtung angeordnet sind.
Fig. 11a zeigt eine Probenaufnahmeanordnung 120' gemäß der nicht zur Erfindung zählenden zweiten Ausführungsform in einem Ausführungsbeispiel, als Bestandteil eines beispielhaften Pipettierhilfssystems 100'. Im Gegensatz zu den Hohlräumen 122, 123 im Ausführungsbeispiel der Fig. 8a weist die Probenaufnahmeanordnung 120' hier nur einen einzigen Hohlraum 122' auf, der sich unterhalb aller Probenaufnahmen 121' der Probenaufnahmeanordnung 120' erstreckt, und der nach unten geöffnet ist, so dass Messelektroden 116', 117' in den Hohlraum 122' eingreifen können.
Fig. 11b zeigt eine Basisvorrichtung 110' gemäß der nicht zur Erfindung zählenden zweiten Ausführungsform: in einem Ausführungsbeispiel, als Bestandteil eines beispielhaften Pipettierhilfssystems 100', insbesondere verwendbar mit der Probenaufnahmeanordnung in Fig. 11a. Die Messelektroden 116', 117' der Messanordnung 119' sind über Leitungen 115a, 115b an die Steuereinrichtung 113 angeschlossen und sind fest mit der Basisvorrichtung 110' verbunden, die darüber hinaus wie die Basisvorrichtung 110 aufgebaut ist. Die Messelektroden 116', 117' ragen von unten entlang eines Bruchteils f=0,15 entlang der Gesamthöhe des Positionierraums in diesen hinein.
Fig. 11c zeigt ein Pipettierhilfssystem 100', in Bearbeitungsposition, aufweisend die Probenaufnahmeanordnung der Fig. 11a und die Basisvorrichtung der Fig. 11b. In der Bearbeitungsposition sind jeweils zwei Messelektroden 116', 117' einer Sensoreinrichtung im Bereich unterhalb einer Probenaufnahme 121' und seitlich versetzt zu dieser angeordnet, so dass die Probenaufnahme durch das elektrische Feld erfasst wird, das zwischen den Elektroden 116' und 117' ausgebildet wird und das sich auch in den Bereich oberhalb der Elektroden 116', 117' erstreckt. Dies wird in Bezug auf Fig. 12a noch erläutert... Die Probenaufnahmen sind zylinderförmig, könnten aber auch konisch oder abgerundet geformt sein, oder könnten anders geformt sein. Da das durch die Messelektroden erzeugte elektrische Feld auch in den Raumbereich oberhalb dieses Zwischenraums hineinragt, trägt auch die in diesem Bereich angeordnete Flüssigkeit zur Beeinflussung der Messung bei bzw. die dort angeordnete Flüssigkeit kann erfasst und der entsprechende Füllstand von einem anderen Füllstand unterschieden werden, in dem sich in dem Raumbereich oberhalb dieses Zwischenraums keine Flüssigkeit befindet und sich diese nur im Zwischenraum befindet. Die Messanordnung 119' ist besonders kompakt und robust.
Fig. 12a zeigt eine vereinfachte, nicht zur Erfindung zählende, seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier hier planarer plattenförmiger Elektroden 116', 117' kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme, wobei die Sensoreinrichtung den in Fig. 11b und 11c gezeigten Sensoreinrichtungen entspricht. Die Probenaufnahmeanordnung 120" und 120' sowie die Probenaufnahme 120" und 120' entsprechen einander. Ein Leuchtelement (nicht gezeigt) der Ausgabeeinrichtung kann jeweils Bestandteil der Probenaufnahmeanordnung 120', 120" oder der Basisvorrichtung 110', 110" sein.
Fig. 12b zeigt eine vereinfachte, nicht zur Erfindung zählende, seitliche Querschnittsansicht durch eine mittels zweier plattenförmiger Elektroden 116", 117" kapazitativ messende Sensoreinrichtung eines beispielhaften Pipettierhilfssystems, im befüllten Zustand der einzigen gezeigten Probenaufnahme. Die Messelektroden 116", 117" der Sensoreinrichtungen sind hier in die Oberfläche der Basisvorrichtung 110" integriert. Die Messelektroden 116", 117" sind hier planar und plattenförmig und erstrecken sich parallel zur Oberfläche der Basisvorrichtung. Die Messelektroden 116", 117" ragen hier nicht in den Positionierraum hinein, in dem in der Bearbeitungsposition die Probenaufnahmeanordnung 120" angeordnet ist. Diese benötigt deshalb keinen Hohlraum für den Eingriff der Messelektroden, wobei ein solcher Hohlraum auch möglich wäre, da das die Messung bewirkende elektrische Feld in den Raumbereich oberhalb der Messelekroden hineinreicht, in dem auch zumindest der untere Bereich der Probenaufnahme angeordnet ist. Durch die Anordnung der Messelektroden in den Bereich unterhalb des Positionierraums ist diese Lösung besonders kompakt und robust. Insbesondere kann oberhalb der Messelektroden auch eine Schutzschicht oder eine Abdeckung vorgesehen sein, ohne die Messung unwirksam zu machen. Dadurch erhält man eine einfach zu reinigende Oberfläche, die die Messelektroden schützt.
Fig. 12c zeigt eine nicht zur Erfindung zählende Sensoreinrichtung, die sich von der in Figur 12b gezeigten Sensoreinrichtung dadurch unterscheidet, dass die plattenförmigen Elektroden 116‴ und 117‴ eine größere Fläche aufweisen als die plattenförmigen Elektroden 116" und 117" der Figur 12b. Diese Fläche, die parallel der nach oben gerichteten Öffnung der Probenaufnahme verläuft und die im vorliegenden Beispiel auch parallel zum ebenen Boden der Probenaufnahme 121" verläuft, ist hier nahezu so groß wie die Bodenfläche und die durchschnittliche Querschnittsfläche der Probenaufnahme in vertikaler Richtung. Die Form der Elektroden 116‴, 117‴ ist jeweils die eines Halbkreises, wobei die geraden Ränder des Halbkreises parallel zueinander und benachbart verlaufen - in der Figur sichtbar als Lücke zwischen den Elektroden.

Claims

Pipettierhilfssystem (1; 50; 100; 100'; 200; 300; 400) zur Unterstützung des manuellen Pipettierens bzw. Dispensierens einer Vielzahl von Proben in einer Bearbeitungsposition einer Probenaufnahmeanordnung (20; 120; 120'; 120"; 220) durch eine vom Anwender geführte Pipettier- oder Dispensiervorrichtung, wobei das Pipettierhilfssystem aufweist:
eine Basisvorrichtung (10; 110; 110'; 210) mit einer Positioniereinrichtung (12a, 12b; 112a, 112b; 212a, 212b), die zur Positionierung der Probenaufnahmeanordnung in der Bearbeitungsposition innerhalb eines Positionierraums (11; 111, 211) der Basisvorrichtung eingerichtet ist, der zumindest entlang einer Ebene (A) für das Pipettieren geöffnet ist,

die Probenaufnahmeanordnung (20; 120; 120'; 120"; 220), die eine Vielzahl von Probenaufnahmen (21; 121; 121'; 121"; 221) aufweist,

eine Messanordnung (28; 48; 119; 119'; 228) mit einer Vielzahl von Messelementen (22, 23; 22′; 23′; 22ʺ; 23ʺ; 116; 117; 116′; 117′; 116ʺ; 117ʺ; 116‴; 117‴; 222, 223; 42), die zumindest in der Bearbeitungsposition unterhalb dieser Ebene (A) angeordnet sind und mit denen der Belegungszustand mindestens einer Probenaufnahme in der Bearbeitungsposition erfassbar ist,

einer Ausgabeeinrichtung (18; 38; 118; 229) zur Ausgabe von Information über den Belegungszustand mindestens einer Probenaufnahme an den Benutzer, und

eine elektronische Steuereinrichtung (13; 33; 113; 213), die dazu eingerichtet ist, durch Steuerung der Messanordnung (28; 48; 119; 119'; 228) den Belegungszustand mindestens einer Probenaufnahme (21; 121; 121'; 121"; 221) in der Bearbeitungsposition zu ermitteln, und durch Steuerung der Ausgabeeinrichtung (18; 38; 118; 229) dem Benutzer in Abhängigkeit von dem Belegungszustand der mindestens einen Probenaufnahme die Information über deren Belegungszustand auszugeben,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Messanordnung (28; 48; 119; 119'; 228) in der Bearbeitungsposition teilweise oder vollständig im Positionierraum (11; 111, 211) angeordnet ist und
die Vielzahl von Messelementen (22, 23; 22'; 23'; 22"; 23"; 116; 117; 116'; 117'; 116"; 117"; 116‴; 117‴; 222, 223; 42) ein fester Bestandteil der Probenaufnahmeanordnung (20; 120; 120'; 120"; 220) ist und die Ausgabeeinrichtung (18; 38; 118; 229) ein fester Bestandteil der Basisvorrichtung (10; 110; 110'; 210) ist.
Pipettierhilfssystem (300) gemäß Anspruch 1, das mindestens eine erste (10) und eine zweite (10") Basisvorrichtung aufweist, mindestens eine erste und eine zweite Messanordnung, und mindestens eine erste und eine zweite Ausgabeeinrichtung, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, sowohl die erste Messanordnung, die zweite Messanordnung, die erste Ausgabeeinrichtung und/oder die zweite Ausgabeeinrichtung anzusteuern.
Pipettierhilfssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Ausgabeeinrichtung eine Leuchtanordnung (18; 38; 118; 229) ist, mit welcher die Probenaufnahmeanordnung in Abhängigkeit von diesem Belegungszustand dieser mindestens einen Probenaufnahme beleuchtbar ist.
Pipettierhilfssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Pipettierhilfssystem diese Pipettiervorrichtung (70; 70')) oder Dispensiervorrichtung beinhaltet, die jeweils diese elektronische Steuereinrichtung (13; 33; 113; 213) oder eine zweite Steuereinrichtung aufweist, die das elektronisch betriebene Pipettieren oder Dispensieren der Pipettiervorrichtung oder Dispensiervorrichtung steuert, wobei diese elektronische Steuereinrichtungen und/oder die zweite Steuereinrichtung dazu eingerichtet sind, die Messanordnung und/oder die Ausgabeeinrichtung über eine Signalverbindung zu steuern.
Pipettierhilfssystem gemäß Anspruch 4, wobei die elektronische Steuereinrichtung der Pipettiervorrichtung oder Dispensiervorrichtung dazu eingerichtet ist, die Messanordnung zu steuern und die Information über den Belegungszustand in Form von Belegungszustandsdaten zu empfangen.
Pipettierhilfssystem gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die elektronische Steuereinrichtung oder die zweite Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Annäherung des mindestens einen mit der Pipettiervorrichtung oder Dispensiervorrichtung verbundenen Probentransferbehälters an die mindestens eine Probenaufnahme durch Messung mittels der Messanordnung zu erkennen, und die Pipettiervorrichtung oder Dispensiervorrichtung so zu steuern, dass diese selbsttätig das jeweils vorgesehene Volumen an die mindestens eine Probenaufnahme abgibt.
Pipettierhilfssystem gemäß Anspruch 4, 5 oder 6, wobei die elektronische Steuereinrichtung oder die zweite Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, ein Pipettierplanprogramm auszuführen, gemäß dem
einem Anwender mittels der Ausgabeeinrichtung die Information über die jeweils als nächste Zielposition zum Pipettieren vorgesehene mindestens eine Probenaufnahme der Probenaufnahmeanordnung angezeigt wird,

mittels der Messanordnung die manuell durchgeführte Annäherung des mindestens einen Probentransferbehälters (71) an die Probenaufnahmeanordnung und Erkennung der Position der nun erreichten Probenaufnahmen festzustellen,

durch Vergleich mit den Vorgabedaten des Pipettierplanprogramms festzustellen, ob es sich bei der erreichten Position um die planmäßig vorgesehene Zielposition handelt,

und, falls es sich bei der erreichten Position um die planmäßig vorgesehene Zielposition handelt, automatisch ein vorbestimmtes Probenvolumen an die Zielposition abzugeben,

und, falls es sich bei der erreichten Position nicht um die planmäßig vorgesehene Zielposition handelt, diese automatische Abgabe zu verhindern.
Pipettierhilfssystem gemäß Anspruch 1, wobei die Messelemente (22, 23; 22'; 23'; 22"; 23"; 116; 117; 116'; 117'; 116"; 117"; 116‴; 117‴; 222, 223; 42) als Elektroden eingerichtet sind und wobei die Messanordnung zur Messung eines Kapazitätswertes an mindestens einer Probenaufnahme, insbesondere zur Messung mehrerer Kapazitätswerte einer Vielzahl von Probenaufnahmen und insbesondere aller Probenaufnahmen eingerichtet ist, wobei dieser Kapazitätswert durch den Inhalt des Aufnahmeraums der Probenaufnahme beeinflusst wird, so dass der Belegungszustand durch eine Kapazitätsmessung messbar ist.
Pipettierhilfssystem gemäß Anspruch 8, wobei die Messelemente (1; 50; 100; 100'; 200; 300; 400) als Elektroden gebildet sind und ein elektrisch leitfähiges Polymer aufweisen oder daraus bestehen.
Pipettierhilfssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die elektronische Steuereinrichtung (13; 33; 113; 213) dazu eingerichtet ist, eine der folgenden Funktionen zu implementieren:
• Die Beleuchtungsart mindestens einer Probenaufnahme ist abhängig vom gemessenen Belegungszustand der Probenaufnahme;

• Die Beleuchtungsart mindestens einer zweiten Probenaufnahme ist abhängig vom gemessenen Belegungszustand mindestens einer ersten Probenaufnahme;

• Falls der Benutzer mindestens einen Probentransferbehälter, versehentlich an mindestens eine falsche Probenaufnahme annähert, die von der elektronischen Steuereinrichtung nicht als Ziel für das nächste manuelle Pipettieren selektiert und insbesondere beleuchtet wurde, dann wird die Beleuchtungsart der falschen Probenaufnahme geändert, insbesondere eine durch ein Leuchtelement ausgeführte Warnbeleuchtung der mindestens einen falschen Probenaufnahme aktiviert.
Pipettierhilfssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, die ein separat von der Basisvorrichtung angeordnetes externes Gerät aufweist, das eine Datenverarbeitungseinrichtung aufweist, wobei die Basisvorrichtung eine datenverarbeitende elektronische Steuereinrichtung aufweist, mit der die Messanordnung und die Leuchtanordnung angesteuert werden, wobei die den Belegungszuständen entsprechenden, von der Messanordnung gemessenen Messwerte von der elektronischen Steuereinrichtung als Belegungszustandsdaten in einer Datenspeichereinrichtung des externen Geräts gespeichert werden.
Pipettierhilfssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Messanordnung Sensoreinrichtungen aufweist und jede der mindestens ein Messelement aufweisenden Sensoreinrichtungen so eingerichtet ist, dass die Anzahl M von unterscheidbaren Belegungszuständen der Sensoreinrichtung 2<= M <= 10 ist.
Pipettierhilfssystem gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Basisvorrichtung eine datenverarbeitende elektronische Steuereinrichtung aufweist, mit der die Messanordnung und die Leuchtanordnung angesteuert werden, und die elektronische Steuereinrichtung einen Mikrocontroller mit Touch Sensing Controller (TSC)-Hardware beinhaltet.