EP3661651A1 - Adapter zur aufnahme einer kapillare und dessen verwendung - Google Patents

Adapter zur aufnahme einer kapillare und dessen verwendung

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Publication number
EP3661651A1
EP3661651A1 EP18753130.6A EP18753130A EP3661651A1 EP 3661651 A1 EP3661651 A1 EP 3661651A1 EP 18753130 A EP18753130 A EP 18753130A EP 3661651 A1 EP3661651 A1 EP 3661651A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
adapter
cone
capillary
counter
counterpart
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP18753130.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerd Bornmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sartorius Automated Lab Solutions GmbH
Original Assignee
ALS Automated Lab Solutions GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ALS Automated Lab Solutions GmbH filed Critical ALS Automated Lab Solutions GmbH
Publication of EP3661651A1 publication Critical patent/EP3661651A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
    • B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
    • B01L3/022—Capillary pipettes, i.e. having very small bore
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0275—Interchangeable or disposable dispensing tips
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/04—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by injection or suction, e.g. using pipettes, syringes, needles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/023—Adapting objects or devices to another adapted for different sizes of tubes, tips or container
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/04—Closures and closing means
    • B01L2300/041—Connecting closures to device or container
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L2300/0832—Geometry, shape and general structure cylindrical, tube shaped
    • B01L2300/0838—Capillaries
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2300/08—Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0848—Specific forms of parts of containers
    • B01L2300/0858—Side walls
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/12—Specific details about materials
    • B01L2300/123—Flexible; Elastomeric
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00—Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10—Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N2035/1027—General features of the devices
    • G01N2035/103—General features of the devices using disposable tips

Definitions

  • the invention relates to an adapter for receiving a capillary according to the preamble of the independent claim 1.
  • the invention further relates to an adapter with capillary, an arrangement and a device with the adapter and a method under
  • micromanipulators are used to remove or add individual cells, cell components or small quantities of media.
  • This capillaries which are usually made of glass, used as a tool. The replacement of such a capillary is done manually and is usually tedious and prone to error.
  • the miniaturization of the experimental approaches has the consequence that very small volumes to handle, in particular to pipette, are.
  • the often used capillaries have opening sizes in the lower to middle micrometer range and have due to the very small volumes to be pumped in the nanoliter range down to the lowest
  • a device which has a tool head with a receptacle, which is formed from an inner cone and / or an outer cone and holds a removal tool in the form of a cannula, which has a suitable for receiving inner cone and / or outer cone ,
  • the conical recording leads to a
  • Recording the exchange capillary can be removed by means of a scraper again from the tool.
  • the invention is based on the object to propose a comparison with the prior art improved design of a removable capillary with an adapter and to achieve a high density and at the same time a high positioning accuracy.
  • the adapter is designed to receive a capillary and has a passage into which the capillary is received or can be accommodated.
  • the adapter has an adapter cone, which is designed for receiving in or on a correspondingly formed counter-cone.
  • the adapter cone consists of at least one section, which is provided and designed to bring it into contact with the counter-cone, made of an elastic material.
  • the elastic material is more elastic than the material of the counter-cone.
  • the elastic material has a modulus of elasticity
  • Polyvinyl chloride (PVC, 3 GPa), polyethylene terephthalate (PET, 3 GPa), polyetheretherketone (PEEK, 3.6 GPa), rubber (up to 0.05 GPa) or hard rubber (5 GPa).
  • the adapter cone can be designed either as an inner cone or as an outer cone.
  • the counter-cone is compatible with the adapter Matching counterpart is formed, designed as an inner or outer counter-cone.
  • the core of the invention is to connect the adapter safely and firmly with a correspondingly shaped and dimensioned counter-cone, so that high lateral forces can be absorbed and at the same time a reliable seal is achieved in particular a capillary located in the passage of the adapter.
  • the elastic material of the adapter cone ensures that despite occurring manufacturing tolerances, a high density is achieved.
  • the invention relates to the design and execution of a mechanical interface for easy automated recording and delivery of capillaries for the purpose of reliable, dense and low dead volume connection to a pump system.
  • the proposed invention succeeds in reproducing the position of the capillary very accurately after a change, which is of great importance for the positioning of the capillary tip to a small particle to be transported (for example cells with a size of about 10 ⁇ m).
  • the invention is intended for use in the fields of biology, pharmacology, biochemistry and medicine, in which capillaries for the serial uptake and passage of individual small particles, biological samples, cells or less
  • Liquid quantities are used in the nanoliter range.
  • the technical difficulty is solved to match the cone geometry of the adapter to the counter-cone geometry and at the same time ensure tightness and mechanical strength despite the design as a removable technical element. It is advantageously achieved that the upper end of the adapter cone, for example, also ends at the upper end of the mating cone, without due to manufacturing tolerances
  • the entire adapter cone consist of an elastic material which is much more elastic than the material of the counter-cone.
  • inventive design manufacturing tolerances are compensated and ensures a high density. In this case, however, the position accuracy can be reduced, creating a targeted recording of small objects, such. As cells, is difficult.
  • the adapter cone can consist of a much firmer material.
  • the elastic material may be glued to the adapter cone and / or inserted.
  • the adapter may for example also be produced by means of 2-component injection molding.
  • Section is formed in the region of the free end of the adapter cone.
  • the free end is the end of the adapter cone with which the adapter is placed on the counter cone.
  • the voltage applied to the counter cone material of the adapter cone is only less or not more elastic than the material of the counter cone.
  • the section with the elastic material is the section with the elastic material, so that after the insertion of the adapter on the counter cone an emerging
  • a seal may be present, through the action of an additional frontal sealing takes place.
  • This seal may also be part of the section of the elastic material.
  • the adapter cone may further comprise one, two or more sealing elements, which are formed for example in the form of sealing rings, sealing lips and / or O-rings. These sealing elements can be pushed or sprayed onto the adapter cone, for example, and advantageously run around the relevant circumference of the adapter cone.
  • a capillary may be arranged in the passage of the adapter. To avoid that the frontal seal at a deformation during the joining of the
  • Adapter cone with the counter cone narrows the passage or even closes, the seal can be easily inserted into the front of the adapter cone. Overlapping the capillary prevents unwanted reduction of the free cross section of the capillary
  • the adapter In order to be able to easily remove the adapter from the counter-cone, the adapter has a cross-sectional change on a region facing away from the adapter cone.
  • Change in cross section is designed to engage a gripping tool, ejector or scraper and realized, for example, as a groove, joint, step or bulge.
  • This change in cross section may also serve to magazine the adapter, preferably together with a capillary, in a storage container, for example a rack or other magazines, and to store it for example for automated removal.
  • the adapter can also be dispensed, for example, automated, to a storage vessel.
  • the counter-cone is formed on a counterpart, which is for example a part of a device such as a pipetting unit, a micromanipulator or a picker unit.
  • the counter-cone consists at least of its portion in contact with the adapter cone or in contact with the adapter cone of a material having an E-modulus of at least 20 GPa.
  • the counter cone made of V2A steel (180 GPa), brass (78 - 123 GPa) or ceramic (160 - 440 GPa).
  • the adapter which can optionally hold a capillary, and the counter cone an arrangement that allows a high position accuracy and at the same time can absorb high lateral forces.
  • the adapter is designed to work with one
  • the adapter cone and counter-cone can advantageously be based on conventional sizes and cone angle, as this example of
  • connection region of the counterpart is present, wherein the connection region is designed for releasably connecting the counterpart with a device.
  • the counterpart can be changed if, for example, differently sized adapters or differently dimensioned adapters with capillaries should be used.
  • an adapter tightly with a capillary
  • this can be glued or overmolded with the adapter, for example.
  • a seal may be present in the passage, through the action of which the capillary is sealed against the passage.
  • the capillary can be made of different materials such as glass, metal, ceramic, plastic or combinations thereof.
  • the adapter in particular together with the counterpart, can be used in a method of automatically changing capillaries.
  • the method may also be used to target bodies such as cells, small cell clusters, small particles (e.g.
  • the method may include the following steps:
  • capillary for receiving and / or transporting said bodies and / or volumes, - Wiping or discarding the adapter used, for example, by starting a fixed scraper or targeted delivery of the adapter in an addressable park or waiting position by means of an ejector, which may be integrated into the counterpart.
  • the method may also be practiced by using multiple adapters with capillaries in parallel to increase throughput.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of a first exemplary embodiment of a counterpart according to the invention, with a capillary in a perspective view;
  • Fig. 3 is a schematic representation of an inserted into the counterpart second
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the inserted adapter, the capillary and the counterpart in a partial sectional illustration
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an enlarged detail of the inserted adapter, the capillary and the counterpart in a sectional view outlined by a circle in FIG.
  • Fig. 6 is a schematic representation of an enlarged detail of a third
  • FIG. 7 is a schematic representation of an enlarged detail of a fourth
  • Fig. 8 is a schematic representation of a fifth embodiment of a
  • FIG. 9 is a schematic representation of the plugged into the counterpart adapter with the capillary in a perspective view
  • FIG. 10 is a schematic representation of the adapter with capillary, the counterpart and a scraper
  • Fig. 1 1 is a schematic representation of a storage vessel in the form of a rack, an adapter with capillary and counterpart
  • Fig. 12 is a schematic representation of a device with counterpart, adapter and capillary.
  • adapter 1 in Fig. 1 is a capillary 3 in a passage 2 (see Fig. 4 to 7) of the adapter 1 inserted and connected tightly thereto.
  • the adapter 1 has a cross-sectional change 5 in the form of a rotationally symmetrical bulge.
  • connection region 8 is designed as an outer cone and serves to connect the counterpart 6 to a device 13 (see FIG. 12).
  • the adapter cone 4 is formed as an outer cone and the counter-cone 7 as an inner cone.
  • Inner cone and the counter-cone 7 may be formed as an outer cone.
  • Fig. 3 an inserted into the counterpart 6 adapter 1 is shown with a capillary 3 in a side view. It is the course of a sectional plane A-A along by counterpart 6, adapter 1 and capillary 3 indicated.
  • Section A-A shows the second embodiment of the adapter 1 according to the invention (FIG. 4). This has at a free end of the adapter cone 4 frontally a seal 9. The adapter cone 4 abuts against the mating cone 7 and extends to the rear end of the mating cone 7.
  • the adapter cone 4 and the mating cone 7 each consist of a hard material such as a metal , a metal alloy, ceramic or a hard one
  • the seal 9 is formed as an O-ring of an elastic material 10 and seals the inserted adapter 1 against the rear end of the mating cone 7 (FIG. 5).
  • the seal 9 is part of the adapter. 1
  • the seal 9 is not part of the adapter 1, but then there is the adapter cone 4 at least one, in particular frontal, portion of its surface of the elastic material.
  • the seal 9 may be combined in other embodiments with an adapter cone 4, which consists of at least a portion of the elastic material 10 or this has a portion.
  • the adapter 1 in the illustrated in the Fig. 6 third embodiment of the adapter 1 according to the invention whose adapter cone 4 via a first section 4.1 made of a hard material while a second section 4.2 an elastic material 10 is inserted into the adapter cone 4.
  • the elastic material 10 may also be applied to a region of the adapter 1 which has a smaller diameter than the adapter cone 4.
  • a seal 9 (not shown, see Fig. 5) may be provided at the free end of the adapter cone 4.
  • the illustrated in Fig. 7 fourth embodiment of the adapter 1 according to the invention in turn has a first section 4.1 of the adapter cone 4, which consists of a hard material.
  • the second section 4.2 is formed continuously from the elastic material 10.
  • FIG. 8 shows a fifth exemplary embodiment of the adapter 1.
  • sealing elements 16 are present, which are formed for example as O-rings and / or sealing lips.
  • FIG. 9 A perspective view of the plugged into the counterpart 6 adapter 1 with the capillary 3 is shown in Fig. 9.
  • the cross-sectional change 5 is used to engage a scraper 1 1, by the action of the adapter 1 can be pulled out of the counterpart 6.
  • the adapter 1 can be plugged into a slot of a storage vessel 12, for example a rack.
  • FIG. 1 1 shows in simplified form an adapter 1 stored in the storage container 12. If the counterpart 6 is attached to the adapter cone 4, the adapter 1 can be removed from the storage vessel 12.
  • the adapter 1, the capillary 3 and the counterpart 6 can be used as parts of a device 13 which is, for example, a pipetting unit, a cell sorter or micromanipulator (FIG. 12).
  • a device 13 which is, for example, a pipetting unit, a cell sorter or micromanipulator (FIG. 12).
  • the control of the device 13 and the generation of negative or positive pressure in the capillary 3 and movements for receiving the adapter 1, for dropping the adapter 1 and optionally for its positioning are coordinated and triggered by a control unit 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Adapter (1) zur Aufnahme einer Kapillare (3), aufweisend - einen Durchgang (2), in den die Kapillare (3) aufgenommen ist beziehungsweise aufgenommen werden kann, - einen Adapterkonus (4), der zur Aufnahme in oder auf einem entsprechend ausgebildeten Gegenkonus (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Adapterkonus (4) mindestens über einen Abschnitt (4.2), der dazu vorgesehen ist, um diesen mit dem Gegenkonus (7) in Kontakt zu bringen, aus einem elastischen Material (10) besteht, das elastischer als das Material des Gegenkonus (7) ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Gegenstück (6) zur Verbindung mit dem Adapter (1), eine Vorrichtung (13) und ein Verfahren zum automatischen Wechsel von Kapillaren (3).

Description

ADAPTER ZUR AUFNAHME EINER KAPILLARE UND DESSEN VERWENDUNG
Die Erfindung betrifft einen Adapter zur Aufnahme einer Kapillare gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 . Die Erfindung betrifft ferner einen Adapter mit Kapillare, eine Anordnung und eine Vorrichtung mit dem Adapter sowie ein Verfahren unter
Verwendung des Adapters.
Im Bereich der Zellbiologie und im medizinischen Bereich werden Mikromanipulatoren zur Entnahme oder Zugabe einzelner Zellen, Zellbestandteile oder geringer Medienmengen eingesetzt. Dabei werden Kapillaren, die meist aus Glas gefertigt sind, als Werkzeug verwendet. Der Austausch einer solchen Kapillare erfolgt manuell und ist meist mühsam und fehleranfällig.
Derzeit ist in vielen wissenschaftlichen und klinischen Untersuchungen der Trend zu verzeichnen, statt Zellkolonien einzelne Zellen zu untersuchen. Zugleich steigen die
Anforderungen an die Qualität der einzelnen Arbeitsschritte, sodass die Bereitstellung, Manipulation und die Handhabung einzelner Zellen limitierende Faktoren bei diesen
Verfahren darstellt.
Die Miniaturisierung der Versuchsansätze hat zur Folge, dass sehr geringe Volumina zu handhaben, insbesondere zu pipettieren, sind. Die dazu oft eingesetzten Kapillaren weisen Öffnungsgrößen im unteren bis mittleren Mikrometerbereich auf und haben aufgrund der sehr kleinen zu fördernden Volumina im Nanoliterbereich bis in den untersten
Mikroliterbereich besonders hohe Anforderungen an die Dichtigkeit ihrer Anbindung an das angeschlossene Pumpensystem. Um Glaskapillaren an ein Pumpensystem anzuschließen, werden diese derzeit mittels Dichtringen, Fittingen oder Ferrulen geklemmt oder sind mit Adaptern zum Einschrauben versehen. Sollen die Kapillaren automatisch gewechselt werden, sind diese Befestigungsmethoden nicht geeignet.
Durch die stark ansteigende Nutzung dieser Technologie auch im klinischen und
pharmakologischen Umfeld wird es immer wichtiger, vollständig steril zu arbeiten und der Gefahr von Kontamination und Kreuzkontamination vorzubeugen. Dazu ist nach jeder Zellernte und nach jedem Wechsel der Patientenprobe ein Austausch verwendeter
Werkzeuge gegen sterile Werkzeuge erforderlich. Im Bereich des Zellhandlings werden die verwendeten Kapillaren gegen sterile Kapillaren ausgetauscht.
Während die Detektion und die Vereinzelung einer Zelle nur Sekunden dauern, benötigt der manuelle Wechsel der Kapillare mehrere Minuten. Der Kapillarenwechsel stellt daher einen Engpass bei der Erhöhung des Automatisierungsgrades und der Erhöhung des Durchsatzes dar.
Aus der WO 2008/034868 ist eine Vorrichtung bekannt, die einen Werkzeugkopf mit einer Aufnahme aufweist, die aus einem Innenkonus und/oder einem Außenkonus gebildet ist und ein Entnahmewerkzeug in Form einer Kanüle hält, das einen zur Aufnahme passenden Innenkonus und/oder Außenkonus aufweist. Die konische Aufnahme führt zu einer
Selbstzentrierung der teilweise hochpräzise zu positionierenden Kapillaren durch das Werkzeug. Die hohe Stabilität der konischen Aufnahme ermöglicht eine gleichmäßige Kraftverteilung und widersteht relativ hohen Querkräften ohne Verlust der
Positionsgenauigkeit. Durch die Verwendung einer Verdickung unterhalb der konischen
Aufnahme kann die Wechselkapillare mittels einer Abstreifvorrichtung wieder vom Werkzeug entfernt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Ausführung einer wechselbaren Kapillare mit einem Adapter vorzuschlagen und eine hohe Dichtigkeit und zugleich eine hohe Positioniergenauigkeit zu erreichen.
Die Aufgabe wird hinsichtlich eines Adapters für eine Kapillare durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen und nebengeordneten Ansprüche.
Der Adapter ist zur Aufnahme einer Kapillare ausgebildet und weist einen Durchgang auf, in den die Kapillare aufgenommen ist beziehungsweise aufgenommen werden kann.
Außerdem weist der Adapter einen Adapterkonus auf, der zur Aufnahme in oder auf einem entsprechend ausgebildeten Gegenkonus ausgebildet ist.
Erfindungsgemäß besteht der Adapterkonus mindestens über einen Abschnitt, der dazu vorgesehen und ausgebildet ist, um diesen mit dem Gegenkonus in Kontakt zu bringen, aus einem elastischen Material. Das elastische Material ist elastischer als das Material des Gegenkonus.
Im Sinne dieser Beschreibung weist das elastische Material einen Elastizitätsmodul
E =< 10 GPa, vorzugsweise kleiner oder gleich 5 GPa, insbesondere kleiner 3 GPa auf. Solche elastischen Materialien sind beispielsweise Kunststoffe wie Polypropylen (PP; E = 1 ,3 - 1 ,8 GPa), Polyethylen (PE; 1 GPa), Polytetrafluorethylen (PTFE; 0,4 GPa),
Polyvinylchlorid (PVC; 3 GPa), Polyethylentherephtalat (PET; 3 GPa), Polyetheretherketon (PEEK; 3,6 GPa), Kautschuk (bis 0,05 GPa) oder Hartgummi (5 GPa).
Der Adapterkonus kann entweder als ein Innenkonus oder als ein Außenkonus ausgebildet sein. Entsprechend kompatibel ist der Gegenkonus, der an einem zu dem Adapter passendem Gegenstück ausgeformt ist, als Innen- beziehungsweise als Außengegenkonus ausgebildet.
Kern der Erfindung ist es, den Adapter sicher und fest mit einem entsprechend geformten und dimensionierten Gegenkonus verbinden zu können, so dass hohe Querkräfte aufgenommen werden können und zugleich eine zuverlässige Abdichtung insbesondere einer in dem Durchgang des Adapters befindliche Kapillare erreicht ist. Dabei stellt das elastische Material des Adapterkonus sicher, dass trotz auftretender Fertigungstoleranzen eine hohe Dichtigkeit erreicht wird.
Die Erfindung betrifft die Gestaltung und Ausführung einer mechanischen Schnittstelle zur einfachen automatisierbaren Aufnahme und Abgabe von Kapillaren zum Zwecke des zuverlässigen, dichten und totvolumenarmen Anschlusses an ein Pumpensystem. Zusätzlich gelingt es der vorgeschlagenen Erfindung, die Position der Kapillare sehr wiederholgenau nach einem Wechsel abzubilden, was für die Positionierung der Kapillarspitze zu einem zu transportierenden kleinen Partikel (z.B. Zellen mit einer Größe von ca. 10 μηι) von hoher Bedeutung ist. Die Erfindung ist für eine Nutzung in Bereichen der Biologie, Pharmakologie, Biochemie und Medizin vorgesehen, bei denen Kapillaren zur seriellen Aufnahme und Passage einzelner kleiner Partikel, biologischer Proben, Zellen oder geringer
Flüssigkeitsmengen im Nanoliterbereich verwendet werden.
Mit der Erfindung ist die technische Schwierigkeit gelöst, die Konusgeometrie des Adapters auf die Gegenkonusgeometrie abzustimmen und zugleich Dichtigkeit und mechanische Belastbarkeit trotz der Ausführung als wechselbares technisches Element sicherzustellen. Vorteilhaft wird erreicht, dass das obere Ende beispielsweise des Adapterkonus auch am oberen Ende des Gegenkonus endet, ohne infolge von Fertigungstoleranzen die
Klemmwirkung der Konen zu verlieren. Dies wird durch das elastische Material erreicht, dessen Elastizität einen Ausgleich von Fertigungstoleranzen erlaubt. Zudem wird die Wahrscheinlichkeit des Entstehens von Totvolumen reduziert.
Dabei kann der gesamte Adapterkonus aus einem elastischen Material bestehen, das wesentlich elastischer als das Material des Gegenkonus ist. Mit einer solchen
erfindungsgemäßen Ausführung werden Fertigungstoleranzen ausgeglichen und eine hohe Dichtigkeit sichergestellt. Dabei kann allerdings die Positionsgenauigkeit verringert sein, wodurch eine gezielte Aufnahme kleiner Objekte, z. B. Zellen, erschwert ist.
Es ist auch möglich, dass lediglich dasjenige Material, welches dazu vorgesehen ist, mit dem Gegenkonus in direkten Kontakt gebracht zu werden, elastischer als das Material des Gegenkonus ist. Unter dem elastischen Material kann der Adapterkonus aus einem erheblich festeren Material bestehen. Das elastische Material kann auf den Adapterkonus aufgeklebt und/oder eingelegt sein. Der Adapter kann beispielsweise auch mittels 2-Komponenten-Spritzgießen hergestellt sein.
In einer vorteilhaften weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Adapters ist der
Abschnitt im Bereich des freien Endes des Adapterkonus ausgebildet ist. Das freie Ende ist dasjenige Ende des Adapterkonus, mit dem voran der Adapter auf den Gegenkonus gesteckt wird. Bei dieser Ausführungsmöglichkeit ist das am Gegenkonus anliegenden Material des Adapterkonus nur weniger oder nicht elastischer als das Material des Gegenkonus. Am freien Ende des Adapterkonus befindet sich der Abschnitt mit dem elastischen Material, so dass nach dem Stecken des Adapters auf den Gegenkonus ein entstehender
Totvolumenbereich minimiert ist.
Zusätzlich oder alternativ kann an dem freien Ende des Adapterkonus stirnseitig eine Dichtung vorhanden sein, durch deren Wirkung eine zusätzliche stirnseitige Abdichtung erfolgt. Diese Dichtung kann auch Teil des Abschnitts aus dem elastischen Material sein.
Der Adapterkonus kann weiterhin ein, zwei oder mehrere Dichtelemente aufweisen, die beispielsweise in Form von Dichtringen, Dichtlippen und/oder O-Ringen ausgebildet sind. Diese Dichtelemente können beispielsweise auf den Adapterkonus aufgeschoben oder angespritzt sein und laufen vorteilhaft um den betreffenden Umfang des Adapterkonus um.
In dem Durchgang des Adapters kann eine Kapillare angeordnet sein. Um zu vermeiden, dass die stirnseitige Abdichtung bei einer Deformation während des Verbindens des
Adapterkonus mit dem Gegenkonus den Durchgang verengt oder gar verschließt, kann die Dichtung leicht in die Stirnseite des Adapterkonus eingesetzt sein. Ein Überstehen der Kapillare verhindert eine unerwünschte Reduzierung des freien Querschnitts des
Durchgangs beziehungsweise der Kapillare durch die deformierte Abdichtung.
Um den Adapter leicht von dem Gegenkonus entfernen zu können, weist der Adapter eine Querschnittsänderung an einem dem Adapterkonus abgewandten Bereich auf. Die
Querschnittsänderung ist zum Eingriff eines Greifwerkzeugs, Abwerfers oder Abstreifers ausgebildet und beispielsweise als Rille, Fuge, Stufe oder Auswölbung realisiert.
Diese Querschnittsänderung kann ferner dazu dienen, den Adapter, vorzugsweise mitsamt einer Kapillare, in einem Vorratsgefäß, beispielsweise einem Rack oder anderen Magazinen, zu magazinieren und beispielsweise für eine automatisierte Entnahme vorzuhalten. Der Adapter kann auch, beispielsweise automatisiert, an ein Vorratsgefäß abgegeben werden. Somit kann durch die Gestaltung der an den Adapterkonus anschließenden Geometrie des Adapters einerseits die Möglichkeit des leichten Abstreifens als auch der sicheren Lagerung der Kapillaren mit ihren oftmals empfindlichen Spitzen realisiert werden. Der Gegenkonus ist an einem Gegenstück ausgebildet, das beispielsweise ein Teil einer Vorrichtung wie einer Pipettiereinheit, eines Mikromanipulators oder einer Pickereinheit ist.
Der Gegenkonus besteht wenigstens über seinen mit dem Adapterkonus in Kontakt stehenden oder mit dem Adapterkonus in Kontakt zu bringenden Abschnitt aus einem Material, das einen E-Modul von mindestens 20 GPa aufweist. Beispielsweise besteht der Gegenkonus aus V2A-Stahl (180 GPa), Messing (78 - 123 GPa) oder Keramik (160 - 440 GPa).
Wie bereits beschrieben, bilden der Adapter, der optional eine Kapillare halten kann, und der Gegenkonus eine Anordnung, die eine hohe Positionsgenauigkeit erlaubt und zugleich hohe Querkräfte aufnehmen kann. Der Adapter ist so ausgelegt, dass er mit einem
entsprechenden Gegenkonus auf Grund der Konussteigung und der Materialpaarung selbstklemmend und selbstzentrierend verbunden ist. Eine durch den Adapter gehaltenen Kapillare behält ihre relative Position und Ausrichtung auch bei Verfahrbewegungen des Adapters bei. Die Abmaße von Adapterkonus und Gegenkonus können vorteilhaft an übliche Größen und Konuswinkel angelehnt sein, wie diese beispielsweise von
Werkzeugkonusaufnahmen bekannt sind (Morseaufnahmen etc.).
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist ein Anschlussbereich des Gegenstücks vorhanden, wobei der Anschlussbereich zum lösbaren Verbinden des Gegenstücks mit einer Vorrichtung ausgebildet ist. Somit kann das Gegenstück gewechselt werden, wenn beispielsweise anders dimensionierte Adapter beziehungsweise anders dimensionierte Adapter mit Kapillaren verwendet werden sollen.
Um einen Adapter dicht mit einer Kapillare zu verbinden, kann diese mit dem Adapter beispielweise verklebt oder umspritzt sein. In dem Durchgang kann alternativ oder zusätzlich eine Dichtung vorhanden sein, durch deren Wirkung die Kapillare gegen den Durchgang abgedichtet wird. Die Kapillare kann aus unterschiedlichen Materialien wie Glas, Metall, Keramik, Kunststoff oder deren Kombinationen hergestellt sein.
Der Adapter, insbesondere zusammen mit dem Gegenstück, kann in einem Verfahren zum automatischen Wechsel von Kapillaren verwendet werden. Das Verfahren kann dabei außerdem dazu dienen, Körper wie Zellen, kleine Zellcluster, kleine Partikel (z. B.
sogenannte Beads) und geringe Volumina im Bereich von Nanolitern gezielt aufzunehmen und wieder abzugeben. Das Verfahren kann die folgenden Schritte umfassen:
- Aufnahme des Adapters mit einer Kapillare aus einem Vorratsgefäß,
-Verwendung der Kapillare zur Aufnahme und/oder zum Transport der genannten Körper und/oder Volumina, - Abstreifen oder Abwerfen des benutzen Adapters beispielsweise durch Anfahren eines feststehenden Abstreifers oder gezielte Abgabe des Adapters in eine addressierbare Parkoder Warteposition mittels eines Abwerfers, der in das Gegenstück integriert sein kann.
Das Verfahren kann auch ausgeführt werden, indem mehrere Adapter mit Kapillaren zur Erhöhung des Durchsatzes parallel verwendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Abbildungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Adapters mit einer Kapillare in einer Perspektivansicht, Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Gegenstücks,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines in das Gegenstück eingesteckten zweiten
Ausführungsbeispiels eines Adapters mit der Kapillare in einer Seitenansicht,
Fig. 4 eine schematische Darstellung des eingesteckten Adapters, der Kapillare und des Gegenstücks in einer Teilschnittdarstellung, Fig. 5 eine schematische Darstellung eines vergrößerten und in Fig. 4 durch einen Kreis umrissenen Details des eingesteckten Adapters, der Kapillare und des Gegenstücks in einer Schnittdarstellung,
Fig. 6 eine schematische Darstellung eines vergrößerten Details eines dritten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Adapters in einer Schnittdarstellung, Fig. 7 eine schematische Darstellung eines vergrößerten Details eines vierten
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Adapters in einer Schnittdarstellung,
Fig. 8 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Adapters,
Fig. 9 eine schematische Darstellung des in das Gegenstück eingesteckten Adapters mit der Kapillare in einer Perspektivansicht,
Fig. 10 eine schematische Darstellung des Adapters mit Kapillare, des Gegenstücks und eines Abstreifers,
Fig. 1 1 eine schematische Darstellung eines Vorratsgefäßes in Form eines Racks, eines Adapters mit Kapillare und Gegenstück, und Fig. 12 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit Gegenstück, Adapter und Kapillare. In der schematischen Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Adapters 1 in Fig. 1 ist eine Kapillare 3 in einen Durchgang 2 (siehe Fig. 4 bis 7) des Adapters 1 eingesteckt und dicht mit diesem verbunden. Der Adapter 1 weist einen Adapterkonus 4 in Form eines Außenkonus auf. Dieser besteht aus einem elastischen Material 10 mit einem E-Modul von =< 10, vorzugsweise < 5 GPa. Außerdem besitzt der Adapter 1 eine Querschnittsveränderung 5 in Form einer rotationssymmetrischen Auswölbung.
Die Fig. 2 zeigt schematisch ein Gegenstück 6, das einen Gegenkonus 7 in Form eines Innenkonus und einen Anschlussbereich 8 aufweist. Der Gegenkonus 7 ist so dimensioniert, dass der Adapterkonus 4 in diesen einsteckbar ist und durch die beiden Konen 4 und 7 eine kraft-formschlüssige, lösbare Verbindung von Adapter 1 und Gegenstück 6 herstellbar ist. Der Anschlussbereich 8 ist als ein Außenkonus ausgebildet und dient der Verbindung des Gegenstücks 6 mit einer Vorrichtung 13 (siehe Fig. 12). In den in dieser Anmeldung beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Adapterkonus 4 als Außenkonus und der Gegenkonus 7 als Innenkonus ausgebildet. In weiteren möglichen Ausführungen des Adapters 1 und des Gegenstücks 6 können Adapterkonus 4 als
Innenkonus und der Gegenkonus 7 als Außenkonus ausgebildet sein.
In Fig. 3 ist ein in das Gegenstück 6 eingesteckter Adapter 1 mit einer Kapillare 3 in einer Seitenansicht gezeigt. Es ist der Verlauf einer Schnittebene A-A längs durch Gegenstück 6, Adapter 1 und Kapillare 3 angegeben.
Der Schnitt A-A zeigt das zweite Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Adapters 1 (Fig. 4). Dieser besitzt an einem freien Ende des Adapterkonus 4 stirnseitig eine Dichtung 9. Der Adapterkonus 4 liegt an dem Gegenkonus 7 an und reicht bis an das hintere Ende des Gegenkonus 7. Der Adapterkonus 4 und der Gegenkonus 7 bestehen jeweils aus einem harten Material wie einem Metall, einer Metalllegierung, Keramik oder einem harten
Verbundwerkstoff.
Die Dichtung 9 ist als O-Ring aus einem elastischen Material 10 ausgebildet und dichtet den eingesteckten Adapter 1 gegen das hintere Ende des Gegenkonus 7 ab (Fig. 5). Die Dichtung 9 ist Bestandteil des Adapters 1 . Alternativ ist die Dichtung 9 kein Bestandteil des Adapters 1 , dann besteht jedoch der Adapterkonus 4 wenigstens über einen, insbesondere stirnseitigen, Abschnitt seiner Oberfläche aus dem elastischen Material. Die Dichtung 9 kann in weiteren Ausführungen auch mit einem Adapterkonus 4 kombiniert sein, der wenigstens über einen Abschnitt aus dem elastischen Material 10 besteht oder dieses über einen Abschnitt aufweist. Durch einen in dem Gegenstück 6 vorhandenen Kanal 15, der an dem Durchgang 2 und der Kapillare 3 anschließt, kann ein Über- oder Unterdruck an die Kapillare 3 angelegt werden.
In dem in der Fig. 6 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Adapters 1 besteht dessen Adapterkonus 4 über einen ersten Abschnitt 4.1 aus einem harten Material während über einen zweiten Abschnitt 4.2 ein elastisches Material 10 in den Adapterkonus 4 eingelegt ist. Alternativ kann das elastische Material 10 auch auf einem Bereich des Adapters 1 aufgebracht sein, der einen geringeren Durchmesser als der Adapterkonus 4 hat. Zusätzlich kann eine Dichtung 9 (nicht gezeigt, siehe Fig. 5) am freien Ende des Adapterkonus 4 vorhanden sein. Das in Fig. 7 dargestellte vierte Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Adapters 1 weist wiederum einen ersten Abschnitt 4.1 des Adapterkonus 4 auf, der aus einem harten Material besteht. Der zweite Abschnitt 4.2 ist durchgehend aus dem elastischen Material 10 gebildet.
Die Fig. 8 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel des Adapters 1 . Zusätzlich zu den ersten und zweiten Abschnitten 4.1 und 4.2 sind Dichtelemente 16 vorhanden, die beispielsweise als O- Ringe und/oder Dichtlippen ausgebildet sind. Die Dichtelemente 16, von denen in weiteren Ausführungen nur eines oder mehr als zwei vorhanden sein können, bewirken einen zusätzlichen Halt des Adapterkonus 4 an dem Gegenkonus 7 und erhöhen die Dichtigkeit. Bei Bedarf kann mittels der Dichtelemente 16 alternativ oder zusätzlich die Flexibilität des Adapters 1 in Beug auf den Gegenkonus 7 beeinflusst, beispielsweise erhöht, werden.
Eine perspektivische Ansicht des in das Gegenstück 6 eingesteckten Adapters 1 mit der Kapillare 3 ist in Fig. 9 gezeigt.
Die Querschnittsveränderung 5 dient dem Eingriff eines Abstreifers 1 1 , durch dessen Wirkung der Adapter 1 aus dem Gegenstück 6 gezogen werden kann. Der Adapter 1 kann in einen Steckplatz eines Vorratsgefäßes 12, beispielsweise eines Racks, eingesteckt werden. Fig. 1 1 zeigt vereinfacht einen in dem Vorratsgefäß 12 magazinierten Adapter 1 . Wird das Gegenstück 6 auf den Adapterkonus 4 aufgesteckt, kann der Adapter 1 aus dem Vorratsgefäß 12 entnommen werden.
Verwendet werden können der Adapter 1 , die Kapillare 3 und das Gegenstück 6 als Teile einer Vorrichtung 13, die beispielsweise eine Pipettiereinheit, ein Zellsortierer (engl, cell sorter) oder Mikromanipulator ist (Fig. 12). Die Ansteuerung der Vorrichtung 13 sowie die Erzeugung von Unter- oder Überdruck in der Kapillare 3 sowie Bewegungen zur Aufnahme des Adapters 1 , zum Abwerfen des Adapters 1 und gegebenenfalls zu dessen Positionierung werden mittels einer Steuereinheit 14 koordiniert und ausgelöst. Bezuaszeichen 1 Adapter
2 Durchgang
3 Kapillare
4 Adapterkonus
4.1 erster Abschnitt (des Adapterkonus 4) 4.2 zweiter Abschnitt (des Adapterkonus 4)
5 Querschnittsänderung
6 Gegenstück
7 Gegenkonus
8 Anschlussbereich
9 Dichtung
10 elastisches Material
1 1 Abstreifer
12 Vorratsgefäß
13 Vorrichtung
14 Steuereinheit
15 Kanal
16 Dichtelemente

Claims

Patentansprüche
1 . Adapter (1 ) zur Aufnahme einer Kapillare (3), aufweisend - einen Durchgang (2), in den die Kapillare (3) aufgenommen ist beziehungsweise aufgenommen werden kann,
- einen Adapterkonus (4), der zur Aufnahme in oder auf einem entsprechend ausgebildeten Gegenkonus (7) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - der Adapterkonus (4) mindestens über einen Abschnitt (4.2), der dazu vorgesehen ist, um diesen mit dem Gegenkonus (7) in Kontakt zu bringen, aus einem elastischen Material (10) besteht, das elastischer als das Material des Gegenkonus (7) ist.
2. Adapter (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Material (10) einen Elastizitätsmodul E=< 10 GPa aufweist.
3. Adapter (1 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapterkonus (4) entweder als ein Innenkonus oder als ein Außenkonus ausgebildet ist.
4. Adapter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem freien Ende des Adapterkonus (4) stirnseitig eine Dichtung (9) vorhanden ist.
5. Adapter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt (4.2) im Bereich eines freien Endes des Adapterkonus (4) ausgebildet ist.
6. Adapter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Adapterkonus (4) zusätzlich wenigstens ein umlaufendes Dichtelement (16) aufweist.
7. Adapter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Querschnittsänderung (5) an einem dem Adapterkonus (4) abgewandten Bereich, die zum Eingriff eines Abstreifers (1 1 ) ausgebildet ist.
8. Adapter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Durchgang (2) eine Kapillare (3) angeordnet ist.
9. Gegenstück (6) ausgebildet zur Verbindung mit einem Adapter (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gegenkonus (7), wobei der Gegenkonus (7) über seinen mit dem Adapterkonus (4) in Kontakt stehenden oder mit dem Adapterkonus (4) in Kontakt zu bringenden Abschnitt aus einem Material besteht, das einen E-Modul von wenigstens 20 GPa aufweist.
10. Gegenstück (6) nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Anschlussbereich (8), wobei der Anschlussbereich (8) zum lösbaren Verbinden des Gegenstücks (6) mit einer Vorrichtung (13) ausgebildet ist.
1 1 . Vorrichtung (13) mit einem Gegenstück (6) nach einem der Ansprüche 9 oder 10.
12. Verfahren zum automatischen Wechsel von Kapillaren (3) unter Verwendung einer Vorrichtung nach Anspruch 1 1 , wobei das Verfahren dazu dient, Zellen, kleine Zellcluster, kleine Partikel im Bereich weniger Mikrometer und Volumina im Nanoliterbereich gezielt aufzunehmen und wieder abzugeben und die folgenden Schritte umfasst sind:
- Aufnehmen des Adapters (1 ) mit einer Kapillare (3) aus einem Vorratsgefäß (12),
-Verwenden der Kapillare (3) zur Aufnahme und/oder zum Transport und/oder zur Abgabe der Zellen, Zellcluster, Partikel und/oder Volumina,
- Abstreifen oder Abwerfen des benutzen Adapters (1 ) oder gezielte Abgabe des Adapters (1 ) in eine adressierbare Park- oder Warteposition.
13. Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die gleichzeitige Verwendung mehrerer Adapter (1 ) mit Kapillaren (3).
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