EP3932557A1 - Multichannel pipette head - Google Patents

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EP3932557A1
EP3932557A1 EP20183723.4A EP20183723A EP3932557A1 EP 3932557 A1 EP3932557 A1 EP 3932557A1 EP 20183723 A EP20183723 A EP 20183723A EP 3932557 A1 EP3932557 A1 EP 3932557A1
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EP
European Patent Office
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piston
cylinder
contact point
pipette according
groove
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EP20183723.4A
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EP3932557B1 (en
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Marc Wilth
Holger Link
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Eppendorf SE
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Publication date
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Priority to US17/366,146 priority patent/US20220001377A1/en
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    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/021—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids
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    • B01L2200/02—Adapting objects or devices to another
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    • B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
    • B01L3/0227—Details of motor drive means

Definitions

  • the invention relates to a multi-channel pipetting head with pins which can be adjusted relative to one another for clamping on pipette tips.
  • Multi-channel pipettes are used, in particular, in laboratories for pipetting several liquid samples at the same time.
  • the liquid samples are taken from a series of recordings on a microtiter plate or from other vessels in pipette tips detachably connected to the multichannel pipette and dispensed from the pipette tips into vessels.
  • Multi-channel pipettes have several pins or shafts onto which the pipette tips can be clamped.
  • one or more displacement devices are provided which are able to displace air cushions between the liquid samples and the displacement devices. They are mostly designed as piston-cylinder units with a cylinder and a piston that can be displaced therein.
  • the displacement devices are connected via channels or lines to openings in the ends of the pins on which the pipette tips sit. After pipetting, the pipette tips can be pushed off the pegs by means of an ejector. Fresh pipette tips can be clamped onto the cones for further pipetting. This avoids carryover between different liquid samples and contamination of the liquid samples and the multi-channel pipette.
  • Multi-channel pipettes comprise a substantially cylindrical pipette upper part which contains a drive device and which can be gripped with a single hand.
  • they comprise a multi-channel lower part which contains at least one displacement device, has a pin on the underside and is coupled to the drive device via a drive rod and which is also referred to as a multi-channel pipetting head.
  • the drive device can be a be hand-operated mechanical drive device or an electromechanical drive device.
  • microtiter plates (ANSI SLAS 4-2004 2012) which have 96 recordings in rows and columns with a distance between the central axes of adjacent recordings of 9 mm or 384 recordings with a distance between the central axes of adjacent recordings of 4.5 mm.
  • Multi-channel pipettes with pegs arranged in fixed positions can only take up liquid samples from all recordings in a row or column and dispense them into these with one of the two plate types.
  • the EP 1 875 966 A1 describes a multi-channel pipetting head in which a vertical piston actuating rod protrudes upwards from a horizontal cross member which has a plurality of receptacles for piston heads arranged next to one another. Pistons are guided in several parallel cylinders, the piston heads of which are arranged in fixed positions in the receptacles. Each piston head sits with an underside facing the piston rod on a base of the receptacle and has an elastic body protruding from the upper side, which is not or partially elastically compressed against a contact surface of the receptacle for the purpose of compensating for play.
  • multi-channel pipettes in which the distances between the pins can be adjusted to different distances between the receptacles.
  • the pins are flexibly connected to the at least one displacement device via hoses in order to compensate for the displacement of the pins with respect to the displacement devices which are arranged in a fixed position.
  • Such multi-channel pipettes are particularly in the US 5,057,281 B1 , US 5,061,449 B1 , US 8,029,742 B2 , DE 10 2005 030 196 B3 and EP 2 231 335 B1 described.
  • the invention is based on the object of creating a multi-channel pipetting head in which the distances between the pins or channels can be adjusted and which enables pipetting with better accuracy and precision.
  • each pin is held together with a cylinder of a piston-cylinder unit on a guide (holder) and the pin can be displaced along the horizontal axis together with the piston-cylinder unit.
  • This enables small and constant dead volumes between the journals and the piston-cylinder units connected to them.
  • the piston heads are displaced in the groove of the piston actuator.
  • the piston heads would have to be arranged with play in the receptacle of the piston actuator for this purpose. This would impair the accuracy and precision of the multi-channel pipetting head.
  • the coupling between the piston and the piston actuator enables adjustability without play between the piston heads and the groove.
  • the piston heads are in fact always with two laterally offset upper and lower contact points on the upper limit and the lower limit of the Groove on.
  • the piston heads can compensate for manufacturing tolerances in that they are arranged in the groove in a slightly tilted or slightly inclined manner to the horizontal. This has the consequence that the piston heads tilt slightly in the event of a lateral displacement in the groove and thus clamping forces can be avoided which would prevent displacement of the piston heads in the groove.
  • the piston heads are held in contact with the upper and lower boundaries of the groove by the restoring forces that occur in the piston-cylinder units during tilting.
  • the elastic restoring forces can be brought about by deforming elastic sealing elements and / or by bending elastic pistons of the piston-cylinder units. Furthermore, through the coupling between the piston and the piston actuator, tolerances in the production of the components can be compensated. Manufacturing-related differences in the dimensions of the piston heads and the groove can namely be compensated for by tilting the piston heads differently in the groove.
  • the piston heads are always held in contact with the upper limit and the lower limit of the groove by the restoring forces in the piston-cylinder units. Due to the small and constant dead volume and the backlash-free arrangement of the piston heads in the groove, a multi-channel pipetting head is achieved in which the distances between the pins can be adjusted and which enables pipetting with better accuracy and precision.
  • the piston heads and the groove are designed in such a way that they would form an interference fit (interference fit) if the piston-cylinder unit were a non-elastically deformable, rigid system. This ensures that with all dimensions in the tolerance range, the piston heads are tilted in the groove with elastic deformation in the piston-cylinder units and held with the upper and lower support points in contact with the upper limit and the lower limit. Through this manufacturing tolerances can be comprehensively compensated. When shifting in the direction of the axis, the piston heads can avoid increased clamping forces through further tilting.
  • each piston head has an upper contact point on the upper side in the form of an upper contact point or an upper contact line.
  • each piston head has a lower contact point on the underside in the form of a lower contact point or a lower contact line. This enables small, low-friction contact points that favor tilting of the piston head.
  • each piston head has an upper contact point on a spherical cap on the upper side and / or on the lower side a lower contact point on the lower edge of a downwardly directed cylinder.
  • the guides are rotatably mounted on the horizontal axis. This ensures that the system can avoid increased clamping forces when moving the guides along the axis by slightly pivoting about the axis.
  • the lower contact points are offset further laterally away from the horizontal axis than the upper contact points. This ensures that the guides pivot through the restoring forces that occur when the piston heads are tilted until they come into contact with the piston actuator and the restoring forces keep the piston heads in contact with the groove.
  • the groove has opposite the lower limit one on the side of the opening in the horizontal direction above upper limit.
  • the upper limit can serve as an attachment for the guide.
  • each cylinder has an elastic face-plate seal at the top, through which a piston rod connected to the piston is guided in a sealing manner upward.
  • the elastic faceplate can be used with slim pistons of piston-cylinder units with a small volume.
  • each piston has an elastic sealing element on the outer circumference, which seals against a piston running surface on the inside of the cylinder.
  • the elastic sealing element can be injection molded or clamped on.
  • each pin is supported on the guide via a compression spring, so that the pin can be displaced upward relative to the guide against the compression spring. In this way, a number of pipette tips can be evenly clamped onto the various pegs.
  • each piston has an elastically deflectable piston rod.
  • the elastic restoring forces of the piston-cylinder unit can be generated by bending the relatively slim piston rod.
  • each guide can be displaced in the horizontal direction by means of a control gear.
  • the control gear is a manually drivable, mechanical control gear or one by an electric motor driven, electromechanical control gear.
  • the electromechanical control gear is connected to an electronic control device which can be controlled by the user via buttons, switches and / or another interface.
  • the manually driven, mechanical control gear is a scissor lever gear with a setting wheel, a toothed wheel, a toothed slide and a gate.
  • each guide is suspended at the top and bottom of the gate.
  • each guide can be suspended via a hole and a vertical longitudinal slot or via two vertical longitudinal slots on pegs protruding from the gate.
  • the multi-channel pipetting head has 4, 6, 8 or 12 pins or channels.
  • the multi-channel pipetting head is designed to be equipped with pipette tips with a volume selected from the following volumes: 20 ⁇ l, 100 ⁇ l, 300 ⁇ l, 1200 ⁇ l.
  • the terms “above” and “below” as well as “laterally” relate to a multi-channel pipetting head which is vertically aligned with the piston-cylinder units and in which the drive rod is arranged above the pin.
  • the multichannel pipetting head 1 comprises a support structure 2 which is formed by a two-part housing 3.
  • a front housing part has been removed so that only a rear housing part is shown.
  • the support structure can also be formed by a chassis that is clad with a housing.
  • the housing 3 is essentially box-shaped. At the upper edge of the housing 3, a fastening pin 4 projects vertically upwards, which is used to connect to a pipette upper part.
  • a horizontal axis 5 with a circular cross section is held in the housing.
  • a plurality of guides 6 (in example 4) can be displaced in the horizontal direction and pivoted about the axis 5 on the axis 5.
  • each guide 6 has an approximately cuboid bearing section 7 at the lower end, which has a horizontal first bearing bore 8.
  • the guide with the first bearing bore 8 can be displaced on the axis 5 in the direction of the axis and is mounted pivotably about the axis 5.
  • the bearing section 7 has a vertical slot 9 which starts from the side which is furthest away from the first bearing bore 8 and ends shortly before the first bearing bore 8.
  • An upper pin section 10 of a hollow pin 11 for clamping on pipette tips is inserted into the slot 9.
  • the pin 11 is connected at the top to a hollow cylinder 12 of a piston-cylinder unit 13.
  • the cavity 14 of the pin 11 is connected to the cavity 16 of the cylinder 12 via a through hole 15.
  • the inside of the cylinder 12 forms a running surface for a piston.
  • the journal 11 has a lower shoulder 17 and at the upper end of the upper journal section 10 the cylinder 12 has an upper shoulder 18.
  • the lower shoulder 17 rests on the underside of the bearing section 7 and the upper shoulder 18 rests on the upper side of the bearing section 7, so that the pin 11 and cylinder 12 are held in the bearing section 7 so that they cannot be displaced in the vertical direction.
  • the upper journal section 10 is fixed in the slot 9 by means of a pin 19 which is inserted into a horizontal pin bore 20 of the bearing section 7 that crosses the slot 9.
  • the pin 11 has a conical section 11.1 at the bottom and a cylindrical section 11.2 above.
  • the conical section 11.1 it is provided with a circumferential annular groove 21 for inserting a sealing ring.
  • a sleeve-shaped guide section 22 vertically upwards.
  • the cylinder 12 is supported on the outside on different sides at first and second contact points 22.1, 22.2 of the guide section 22.
  • a holding section 23 with a flat U-profile protrudes vertically upwards from the sleeve-shaped guide section 22.
  • the guides 6 each have a longitudinal slot 24, 25 on top and bottom.
  • the longitudinal slots 24, 25 are used to engage the upper and lower bearing bolts of a scissor lever mechanism (gate) for moving the guides 6 relative to one another in the horizontal direction.
  • the guides 6 are preferably made in one piece from plastic, for. B. by injection molding.
  • the pin 11 and cylinder 12 are made in one piece or in several parts from plastic (e.g. by injection molding) and / or from metal (e.g. by turning).
  • Each piston-cylinder unit 13 comprises according to Fig. 2 and 4th a piston 26 which is pushed into the cylinder 12 from above.
  • the piston 26 has a piston rod 27 with a thickened piston section 28 at the lower end, on which a circumferential sealing element 29 is seated.
  • the piston has a piston head 30.
  • the piston head 30 includes a flat, for example circular disk-shaped section 31 which has an upper contact point 32 on the top and a lower contact point 33 on the underside.
  • the upper contact point 32 is located at the apex of a spherical cap 34 on the upper side of the circular disk-shaped section 31.
  • the lower contact point 33 is located on the lower edge 35 of a cylinder 36 protruding downwards next to the piston rod 27 from the underside of the circular disk-shaped section 31 next to the piston rod 27 More precisely, the lower contact point 33 is located at a radius 37 on the lower edge of the cylinder 36.
  • the piston 26 is preferably made in one piece from plastic, preferably by injection molding.
  • the sealing element 29 can also be produced in one piece with the piston 26 or can be clamped onto it.
  • the multi-channel pipetting head 1 comprises a horizontal piston actuator 38 which is arranged next to the holding sections 23 above the cylinder 12.
  • the piston actuator 38 has a horizontal groove 39 on the side opposite the holding sections 23.
  • An upper delimitation 40 of the groove 39 projects further towards the holding section than a lower delimitation 41.
  • the groove 39 has an opening 42.
  • a part of the piston heads 30 is inserted into the groove 39 through the opening 42, so that the spherical cap 34 with the upper support point 32 rests on the upper limit 40 and the cylinder 33 with the lower support point 33 rests on the lower limit 41.
  • the holding section 23 is pivoted towards the piston actuator 38.
  • a drive rod 43 protrudes upward from the top of the piston actuator 38 and projects into the fastening cylinder 4.
  • the piston actuator 38 and the drive rod 43 are preferably made in one piece from plastic, preferably by injection molding.
  • the fastening cylinder 4 can be connected to an upper part of a pipette via a snap connection and the upper end of the drive rod 43 can be connected via a clamping connection to a drive device in the upper part of the pipette for vertical displacement of the drive rod 43.
  • the piston head 30 and the groove 39 are dimensioned such that the piston head 30 would form an interference fit with the groove 39 at the upper and lower contact points 32, 33 if the piston-cylinder units 13 were rigid and not elastically deformable.
  • the piston rod 27 and the sealing element 29 of the piston-cylinder units 13 are designed to be elastic, so that the piston heads 30 can tilt in the groove 39 with elastic deformation of the piston-cylinder units 13.
  • the oversize of the piston head 30 with respect to the groove 39 forces the piston head 30 to incline to the vertical (for example of 0.5 °).
  • the piston 26 can easily be moved with the piston head 30 in the axial direction in the piston actuator 38.
  • the preload generated by the inclination of the piston head 30 in the piston-cylinder unit 13 holds the piston head 30 in the tilted position.
  • the guide 6 and the cylinder 12 can have the slope A (cf. Fig. 4 ) of the piston head 30 do not follow, since the guide 7 strikes the piston actuator 38 and thus blocks rotation inwards.
  • the embodiment of Figures 5 and 6 differs from the one described above mainly in that the lower piston section is the lower end of the piston rod 27. Furthermore, the piston 26 is not sealed by a sealing element in a piston raceway of the cylinder 12, but by a face seal 46, which is clamped onto the upper end of the cylinder 12 and sits outside the cylinder 12 on the outside of the piston rod 27. The piston head 30 sits on the upper end of the piston rod 27.
  • the piston rod 27 is preferably formed by a steel needle and the piston head 30 made of plastic is sprayed onto the upper end of the steel needle.
  • the counterforce for holding the piston head in contact with the groove 39 is generated by the elastic deformation of the faceplate 46 and the steel needle.
  • the pin 11 is held in a vertical second bearing bore 47 in the bearing section 7 of the guide 6.
  • the pin 11 is supported on the bearing section 7 of the guide 6 via a compression spring 48.
  • the compression spring 48 is guided on an upper journal section 10 and is supported at the bottom on a lower shoulder 17 of the upper journal section 10 and at the top on the underside of the bearing section 7.
  • the upper journal section 10 has a tangential flat area 49 on the circumference, into which a pin 19 engages, which is inserted into a horizontal pin bore 20 of the bearing section 7.
  • the spring-loaded mounting of the pegs 7 on the guides 6 means that the pipette tips are clamped up on the various pegs 7 largely evenly.

Abstract

Mehrkanalpipettierkopf umfassend• einen horizontalen Kolbenbetätiger (38) mit mindestens einer Nut (39) mit einer oberen Begrenzung (40), einer unteren Begrenzung (41) und einer seitlichen Öffnung (42),• einer Antriebsstange (43) zum Verlagern des Kolbenbetätigers (38) in vertikaler Richtung,• Kolben-Zylindereinheiten (13) mit jeweils einem hohlen Zylinder (12) und einem darin von oben eingreifenden, gegenüber dem Zylinder (12) abgedichteten Kolben (26), der mit einem Kolbenkopf (30) durch die Öffnung (42) in die Nut (39) eingreift,• entlang einer horizontalen Achse (5) verschiebbare Führung (6), wobei an jeder Führung (6) ein Zylinder (12) und ein nach unten vorstehender, hohler, mit einem Durchgangsloch (15) im unteren Ende des Zylinders (12) verbundener Zapfen (11) gehalten ist,wobei jeder Kolbenkopf (30) auf der Oberseite eine vorstehende, an der oberen Begrenzung (40) anliegende obere Anlagestelle (32) und auf der Unterseite eine vorstehende, seitlich zur oberen Anlagestelle (32) versetzte und an der unteren Begrenzung (41) anliegende untere Anlagestelle (33) aufweist.Multi-channel pipetting head comprising• a horizontal piston actuator (38) with at least one groove (39) with an upper limit (40), a lower limit (41) and a lateral opening (42),• a drive rod (43) for moving the piston actuator (38 ) in the vertical direction,• piston-cylinder units (13), each with a hollow cylinder (12) and a piston (26) which engages therein from above and is sealed off from the cylinder (12) and which has a piston head (30) through the opening ( 42) engages in the groove (39),• along a horizontal axis (5) displaceable guide (6), each guide (6) having a cylinder (12) and a downwardly protruding, hollow, with a through hole (15) in the lower end of the cylinder (12) connected pin (11), each piston head (30) on the upper side a protruding upper bearing point (32) abutting the upper limit (40) and on the lower side a protruding lateral to the upper contact point (32) has a lower contact point (33) that is offset and rests against the lower boundary (41).

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrkanalpipettierkopf mit relativ zueinander verstellbaren Zapfen zum Aufklemmen von Pipettenspitzen.The invention relates to a multi-channel pipetting head with pins which can be adjusted relative to one another for clamping on pipette tips.

Mehrkanalpipetten werden insbesondere im Labor zum gleichzeitigen Pipettieren von mehreren Flüssigkeitsproben verwendet. Die Flüssigkeitsproben werden aus einer Reihe Aufnahmen einer Mikrotiterplatte oder aus anderen Gefäßen in lösbar mit der Mehrkanalpipette verbundene Pipettenspitzen aufgenommen und aus den Pipettenspitzen in Gefäße abgegeben. Mehrkanalpipetten haben mehrere Zapfen oder Schäfte, auf die die Pipettenspitzen aufklemmbar sind. Zum Einsaugen der Flüssigkeitsproben in und Ausstoßen der Flüssigkeitsproben aus den Pipettenspitzen sind eine oder mehrere Verdrängungseinrichtungen vorhanden, die in der Lage sind, Luftpolster zwischen den Flüssigkeitsproben und den Verdrängungseinrichtungen zu verlagern. Sie sind meistens als Kolben-Zylindereinheiten mit einem Zylinder und einem darin verschieblichen Kolben ausgeführt. Die Verdrängungseinrichtungen sind über Kanäle oder Leitungen mit Öffnungen in den Enden der Zapfen verbunden, auf denen die Pipettenspitzen sitzen. Nach dem Pipettieren sind die Pipettenspitzen mittels eines Abwerfers von den Zapfen abdrückbar. Für weitere Pipettierungen sind frische Pipettenspitzen auf die Zapfen aufklemmbar. Hierdurch werden Verschleppungen zwischen verschiedenen Flüssigkeitsproben und Verunreinigungen der Flüssigkeitsproben und der Mehrkanalpipette vermieden.Multi-channel pipettes are used, in particular, in laboratories for pipetting several liquid samples at the same time. The liquid samples are taken from a series of recordings on a microtiter plate or from other vessels in pipette tips detachably connected to the multichannel pipette and dispensed from the pipette tips into vessels. Multi-channel pipettes have several pins or shafts onto which the pipette tips can be clamped. For sucking the liquid samples into and ejecting the liquid samples from the pipette tips, one or more displacement devices are provided which are able to displace air cushions between the liquid samples and the displacement devices. They are mostly designed as piston-cylinder units with a cylinder and a piston that can be displaced therein. The displacement devices are connected via channels or lines to openings in the ends of the pins on which the pipette tips sit. After pipetting, the pipette tips can be pushed off the pegs by means of an ejector. Fresh pipette tips can be clamped onto the cones for further pipetting. This avoids carryover between different liquid samples and contamination of the liquid samples and the multi-channel pipette.

Mehrkanalpipetten umfassen ein eine Antriebseinrichtung enthaltendes, im Wesentlichen zylindrisches und mit einer einzigen Hand greifbares Pipettenoberteil. Zudem umfassen sie ein mindestens eine Verdrängungseinrichtung enthaltendes, an der Unterseite Zapfen aufweisendes und über eine Antriebsstange mit der Antriebseinrichtung gekoppeltes Mehrkanalunterteil, das auch als Mehrkanalpipettierkopf bezeichnet wird. Die Antriebseinrichtung kann eine handangetriebene mechanische Antriebseinrichtung oder eine elektromechanische Antriebseinrichtung sein.Multi-channel pipettes comprise a substantially cylindrical pipette upper part which contains a drive device and which can be gripped with a single hand. In addition, they comprise a multi-channel lower part which contains at least one displacement device, has a pin on the underside and is coupled to the drive device via a drive rod and which is also referred to as a multi-channel pipetting head. The drive device can be a be hand-operated mechanical drive device or an electromechanical drive device.

Bekannt sind insbesondere standardisierte Mikrotiterplatten (ANSI SLAS 4-2004 2012), die in Reihen und Spalten 96 Aufnahmen mit einem Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Aufnahmen von 9 mm oder 384 Aufnahmen mit Abstand zwischen den Mittelachsen benachbarter Aufnahmen von 4,5 mm haben. Mehrkanalpipetten mit an festen Positionen angeordneten Zapfen können nur bei einem der beiden Plattentypen Flüssigkeitsproben aus sämtlichen Aufnahmen einer Reihe oder Spalte aufnehmen und in diese abgeben.In particular, standardized microtiter plates (ANSI SLAS 4-2004 2012) are known which have 96 recordings in rows and columns with a distance between the central axes of adjacent recordings of 9 mm or 384 recordings with a distance between the central axes of adjacent recordings of 4.5 mm. Multi-channel pipettes with pegs arranged in fixed positions can only take up liquid samples from all recordings in a row or column and dispense them into these with one of the two plate types.

Die EP 1 875 966 A1 beschreibt einen Mehrkanalpipettierkopf, bei dem eine vertikale Kolbenbetätigungsstange nach oben von einer horizontalen Traverse vorsteht, die mehrere nebeneinander angeordnete Aufnahmen für Kolbenköpfe aufweist. In mehreren parallelen Zylindern sind Kolben geführt, die mit ihren Kolbenköpfen an festen Positionen in den Aufnahmen angeordnet sind. Jeder Kolbenkopf sitzt mit einer der Kolbenstange zugewandten Unterseite auf einem Boden der Aufnahme auf und hat einen von der Oberseite hinausstehenden elastischen Körper, der zum Zwecke des Spielausgleiches nicht oder teilweise elastisch zusammengedrückt an einer Anlagefläche der Aufnahme anliegt.the EP 1 875 966 A1 describes a multi-channel pipetting head in which a vertical piston actuating rod protrudes upwards from a horizontal cross member which has a plurality of receptacles for piston heads arranged next to one another. Pistons are guided in several parallel cylinders, the piston heads of which are arranged in fixed positions in the receptacles. Each piston head sits with an underside facing the piston rod on a base of the receptacle and has an elastic body protruding from the upper side, which is not or partially elastically compressed against a contact surface of the receptacle for the purpose of compensating for play.

Bekannt sind auch Mehrkanalpipetten, bei denen die Abstände der Zapfen auf verschiedene Abstände der Aufnahmen einstellbar sind. Die Zapfen sind über Schläuche flexibel mit der mindestens einen Verdrängungseinrichtung verbunden, um die Verlagerung der Zapfen bezüglich der lagefest angeordneten Verdrängungseinrichtungen zu kompensieren. Derartige Mehrkanalpipetten sind insbesondere in der US 5,057,281 B1 , US 5,061,449 B1 , US 8,029,742 B2 , DE 10 2005 030 196 B3 und EP 2 231 335 B1 beschrieben.Also known are multi-channel pipettes in which the distances between the pins can be adjusted to different distances between the receptacles. The pins are flexibly connected to the at least one displacement device via hoses in order to compensate for the displacement of the pins with respect to the displacement devices which are arranged in a fixed position. Such multi-channel pipettes are particularly in the US 5,057,281 B1 , US 5,061,449 B1 , US 8,029,742 B2 , DE 10 2005 030 196 B3 and EP 2 231 335 B1 described.

Bei den bekannten Mehrkanalpipetten mit einstellbaren Abständen der Zapfen bewirkt die unterschiedlich lange Verschlauchung der einzelnen Kanäle mit der zentralen Verdrängungseinrichtung verschieden große Totvolumen der Kanäle. Hierdurch werden die Genauigkeit und Präzision der Pipettierungen beeinträchtigt.In the known multi-channel pipettes with adjustable spacing between the pins, the tubing of different lengths between the individual channels and the central displacement device causes dead volumes of the channels of different sizes. This affects the accuracy and precision of the pipetting.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mehrkanalpipettierkopf zu schaffen, bei dem die Abstände der Zapfen bzw. Kanäle voneinander einstellbar ist und die ein Pipettieren mit besserer Genauigkeit und Präzision ermöglicht.Proceeding from this, the invention is based on the object of creating a multi-channel pipetting head in which the distances between the pins or channels can be adjusted and which enables pipetting with better accuracy and precision.

Die Aufgabe wird durch einen Mehrkanalpipettierkopf mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsarten des Mehrkanalpipettierkopfes sind in Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a multi-channel pipetting head with the features of claim 1. Advantageous embodiments of the multi-channel pipetting head are specified in the subclaims.

Der erfindungsgemäße Mehrkanalpipettierkopf umfasst:

  • einen horizontalen Kolbenbetätiger mit mindestens einer Nut mit einer oberen Begrenzung, einer unteren Begrenzung und einer seitlichen Öffnung,
  • eine vom Kolbenbetätiger nach oben vorstehende Antriebsstange zum Verlagern des Kolbenbetätigers in vertikaler Richtung,
  • mehrere Kolben-Zylindereinheiten mit jeweils einem hohlen Zylinder und einem darin von oben eingreifenden, gegenüber dem Zylinder abgedichteten Kolben, der mit einem Kolbenkopf an seinem oberen Ende durch die Öffnung in die Nut eingreift,
  • mehreren entlang einer horizontalen Achse verschiebbaren Führungen, wobei an jeder Führung ein Zylinder und ein nach unten vorstehender, hohler und mit einem Durchgangsloch im unteren Ende des Zylinders verbundener Zapfen gehalten ist,
  • wobei jeder Kolbenkopf auf der Oberseite eine vorstehende und an der oberen Begrenzung anliegende obere Anlagestelle und der Unterseite eine vorstehende, seitlich zur oberen Anlagestelle versetzte und an der unteren Begrenzung anliegende untere Anlagestelle aufweist, wodurch bei einer seitlichen Verlagerung der Führung entlang der horizontalen Achse der Kolbenkopf durch Kippen in der Nut Klemmkräften ausweichen kann und durch beim Kippen auftretende elastische Rückstellkräfte in der Kolben-Zylindereinheit mit der oberen Anlagestelle in Anlage an der oberen Begrenzung und mit der unteren Anlagestelle in Anlage an der unteren Begrenzung der Nut gehalten wird.
The multi-channel pipetting head according to the invention comprises:
  • a horizontal piston actuator with at least one groove with an upper limit, a lower limit and a side opening,
  • a drive rod protruding upward from the piston actuator for displacing the piston actuator in the vertical direction,
  • several piston-cylinder units, each with a hollow cylinder and a piston which engages from above and is sealed off from the cylinder, which engages with a piston head at its upper end through the opening into the groove,
  • several guides displaceable along a horizontal axis, with a cylinder on each guide and a hollow one protruding downwards and a pin connected to a through hole in the lower end of the cylinder is held,
  • Each piston head has a protruding upper contact point on the top and resting against the upper limit and the bottom has a protruding lower contact point offset laterally to the upper contact point and adjacent to the lower limit, whereby the piston head is displaced laterally along the horizontal axis of the guide clamping forces can evade by tilting in the groove and is held by elastic restoring forces occurring during tilting in the piston-cylinder unit with the upper contact point in contact with the upper limit and with the lower contact point in contact with the lower limit of the groove.

Bei dem Mehrkanalpipettierkopf ist jeder Zapfen gemeinsam mit einem Zylinder einer Kolben-Zylindereinheit an einer Führung (Halterung) gehalten und ist der Zapfen gemeinsam mit der Kolben-Zylindereinheit entlang der horizontalen Achse verlagerbar. Hierdurch werden kleine und konstante Totvolumen zwischen den Zapfen und den jeweils damit verbundenen Kolben-Zylindereinheiten ermöglicht. Bei der Verlagerung der Kolben-Zylindereinheiten entlang der Achse werden die Kolbenköpfe in der Nut des Kolbenbetätigers verlagert. Bei einer herkömmlichen Ausbildung der Kolbenköpfe und des Kolbenbetätigers müssten hierfür die Kolbenköpfe mit einem Spiel in der Aufnahme des Kolbenbetätigers angeordnet werden. Hierdurch würde die Genauigkeit und Präzision des Mehrkanalpipettierkopfes beeinträchtigt. Erfindungsgemäß wird durch die Ankopplung zwischen den Kolben und dem Kolbenbetätiger die Verstellbarkeit ohne Spiel zwischen den Kolbenköpfen und der Nut ermöglicht. Die Kolbenköpfe liegen nämlich jeweils ständig mit zwei seitlich zueinander versetzten oberen und unteren Anlagestellen an der oberen Begrenzung und der unteren Begrenzung der Nut an. Hierdurch können die Kolbenköpfe Fertigungstoleranzen ausgleichen, indem sie leicht gekippt bzw. leicht schräg zur Horizontalen ausgerichtet in der Nut angeordnet sind. Dies hat zur Folge, dass die Kolbenköpfe bei einer seitlichen Verlagerung in der Nut leicht kippen und damit Klemmkräfte vermieden werden können, die eine Verlagerung der Kolbenköpfe in der Nut verhindern würden. Dabei werden die Kolbenköpfe durch beim Kippen auftretende Rückstellkräfte in den Kolben-Zylindereinheiten in Anlage an den oberen und unteren Begrenzungen der Nut gehalten. Die elastischen Rückstellkräfte können durch Verformung elastischer Dichtelemente und/oder durch Biegung elastischer Kolben der Kolben-Zylindereinheiten bewirkt werden. Weiterhin können durch die Ankopplung zwischen Kolben und Kolbenbetätiger Toleranzen bei der Produktion der Bauteile kompensiert werden. Fertigungsbedingte Unterschiede der Abmessungen der Kolbenköpfe und der Nut können nämlich durch unterschiedliches Kippen der Kolbenköpfe in der Nut ausgeglichen werden. Hierbei werden die Kolbenköpfe durch die Rückstellkräfte in den Kolben-Zylindereinheiten stets in Anlage an der oberen Begrenzung und der unteren Begrenzung der Nut gehalten. Aufgrund der geringen und konstanten Totvolumen und der spielfreien Anordnung der Kolbenköpfe in der Nut wird ein Mehrkanalpipettierkopf erreicht, bei dem die Abstände der Zapfen voneinander einstellbar sind und der ein Pipettieren mit besserer Genauigkeit und Präzision ermöglicht.In the multi-channel pipetting head, each pin is held together with a cylinder of a piston-cylinder unit on a guide (holder) and the pin can be displaced along the horizontal axis together with the piston-cylinder unit. This enables small and constant dead volumes between the journals and the piston-cylinder units connected to them. When the piston-cylinder units are displaced along the axis, the piston heads are displaced in the groove of the piston actuator. In the case of a conventional design of the piston heads and the piston actuator, the piston heads would have to be arranged with play in the receptacle of the piston actuator for this purpose. This would impair the accuracy and precision of the multi-channel pipetting head. According to the invention, the coupling between the piston and the piston actuator enables adjustability without play between the piston heads and the groove. The piston heads are in fact always with two laterally offset upper and lower contact points on the upper limit and the lower limit of the Groove on. As a result, the piston heads can compensate for manufacturing tolerances in that they are arranged in the groove in a slightly tilted or slightly inclined manner to the horizontal. This has the consequence that the piston heads tilt slightly in the event of a lateral displacement in the groove and thus clamping forces can be avoided which would prevent displacement of the piston heads in the groove. The piston heads are held in contact with the upper and lower boundaries of the groove by the restoring forces that occur in the piston-cylinder units during tilting. The elastic restoring forces can be brought about by deforming elastic sealing elements and / or by bending elastic pistons of the piston-cylinder units. Furthermore, through the coupling between the piston and the piston actuator, tolerances in the production of the components can be compensated. Manufacturing-related differences in the dimensions of the piston heads and the groove can namely be compensated for by tilting the piston heads differently in the groove. The piston heads are always held in contact with the upper limit and the lower limit of the groove by the restoring forces in the piston-cylinder units. Due to the small and constant dead volume and the backlash-free arrangement of the piston heads in the groove, a multi-channel pipetting head is achieved in which the distances between the pins can be adjusted and which enables pipetting with better accuracy and precision.

Gemäß einer Ausführungsart der Erfindung sind die Kolbenköpfe und die Nut so ausgebildet, dass sie eine Übermaßpassung (Presspassung) bilden würden, wenn die Kolben-Zylindereinheit ein nicht elastisch verformbares, starres System wäre. Hierdurch wird erreicht, dass bei sämtlichen Abmessungen im Toleranzbereich die Kolbenköpfe in der Nut unter elastischer Verformung in den Kolben-Zylindereinheiten gekippt und mit den oberen und unteren Auflagestellen in Anlage an der oberen Begrenzung und der unteren Begrenzung gehalten werden. Hierdurch können Fertigungstoleranzen umfassend kompensiert werden. Beim Verlagern in Richtung der Achse können die Kolbenköpfe durch weiteres Kippen erhöhte Klemmkräfte vermeiden.According to one embodiment of the invention, the piston heads and the groove are designed in such a way that they would form an interference fit (interference fit) if the piston-cylinder unit were a non-elastically deformable, rigid system. This ensures that with all dimensions in the tolerance range, the piston heads are tilted in the groove with elastic deformation in the piston-cylinder units and held with the upper and lower support points in contact with the upper limit and the lower limit. Through this manufacturing tolerances can be comprehensively compensated. When shifting in the direction of the axis, the piston heads can avoid increased clamping forces through further tilting.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart hat jeder Kolbenkopf auf der Oberseite eine obere Anlagestelle in Form eines oberen Anlagepunktes oder einer oberen Anlagelinie. Gemäß einer weiteren Ausführungsart hat jeder Kolbenkopf auf der Unterseite eine untere Anlagestelle in Form eines unteren Anlagepunktes oder einer unteren Anlagelinie. Hierdurch werden kleine, reibungsarme und ein Kippen des Kolbenkopfes begünstigende Anlagestellen ermöglicht.According to a further embodiment, each piston head has an upper contact point on the upper side in the form of an upper contact point or an upper contact line. According to a further embodiment, each piston head has a lower contact point on the underside in the form of a lower contact point or a lower contact line. This enables small, low-friction contact points that favor tilting of the piston head.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart hat jeder Kolbenkopf auf der Oberseite einen oberen Anlagepunkt an einer Kugelkappe und/oder auf der Unterseite einen unteren Anlagepunkt am unteren Rand eines nach unten gerichteten Zylinders.According to a further embodiment, each piston head has an upper contact point on a spherical cap on the upper side and / or on the lower side a lower contact point on the lower edge of a downwardly directed cylinder.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart sind die Führungen auf der horizontalen Achse drehbar gelagert. Hierdurch wird erreicht, dass das System erhöhte Klemmkräfte beim Verlagern der Führungen entlang der Achse durch geringfügiges Schwenken um die Achse vermeiden kann.According to a further embodiment, the guides are rotatably mounted on the horizontal axis. This ensures that the system can avoid increased clamping forces when moving the guides along the axis by slightly pivoting about the axis.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart sind die unteren Anlagepunkte weiter seitlich von der horizontalen Achse weg versetzt als die oberen Anlagepunkte. Hierdurch wird erreicht, dass die Führungen durch die beim Kippen der Kolbenköpfe auftretenden Rückstellkräfte bis zur Anlage an den Kolbenbetätiger schwenken und die Rückstellkräfte die Kolbenköpfe in Anlage an der Nut halten.According to a further embodiment, the lower contact points are offset further laterally away from the horizontal axis than the upper contact points. This ensures that the guides pivot through the restoring forces that occur when the piston heads are tilted until they come into contact with the piston actuator and the restoring forces keep the piston heads in contact with the groove.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist die Nut gegenüber der unteren Begrenzung eine auf der Seite der Öffnung in horizontaler Richtung weiter vorstehende obere Begrenzung auf. Die obere Begrenzung kann als Anlage für die Führung dienen.According to a further embodiment, the groove has opposite the lower limit one on the side of the opening in the horizontal direction above upper limit. The upper limit can serve as an attachment for the guide.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist jeder Zylinder oben eine elastische Stulpdichtung auf, durch die hindurch eine mit dem Kolben verbundene Kolbenstange nach oben abdichtend geführt ist. Die elastische Stulpdichtung kann bei schlanken Kolben von Kolben-Zylindereinheiten mit geringem Volumen verwendet werden.According to a further embodiment, each cylinder has an elastic face-plate seal at the top, through which a piston rod connected to the piston is guided in a sealing manner upward. The elastic faceplate can be used with slim pistons of piston-cylinder units with a small volume.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist jeder Kolben am Außenumfang ein elastisches Dichtelement auf, das an einer Kolbenlauffläche an der Innenseite des Zylinders abdichtet. Das elastische Dichtelement kann angespritzt oder aufgeklemmt sein.According to a further embodiment, each piston has an elastic sealing element on the outer circumference, which seals against a piston running surface on the inside of the cylinder. The elastic sealing element can be injection molded or clamped on.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist jeder Zapfen über eine Druckfeder an der Führung abgestützt, sodass der Zapfen entgegen der Druckfeder bezüglich der Führung nach oben verlagerbar ist. Hierdurch kann ein gleichmäßiges Aufklemmen mehrerer Pipettenspitzen auf die verschiedenen Zapfen erreicht werden.According to a further embodiment, each pin is supported on the guide via a compression spring, so that the pin can be displaced upward relative to the guide against the compression spring. In this way, a number of pipette tips can be evenly clamped onto the various pegs.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist jeder Kolben eine elastisch ausbiegbare Kolbenstange auf. Durch Biegen der verhältnismäßig schlanken Kolbenstange können die elastischen Rückstellkräfte der Kolben-Zylinder-Einheit erzeugt werden.According to a further embodiment, each piston has an elastically deflectable piston rod. The elastic restoring forces of the piston-cylinder unit can be generated by bending the relatively slim piston rod.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist jede Führung mittels eines Steuergetriebes in horizontaler Richtung verlagerbar. Hierdurch kann eine reproduzierbare Einstellung der Zapfen in verschiedenen Positionen entlang der horizontalen Achse erreicht werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist das Steuergetriebe ein manuell antreibbares, mechanisches Steuergetriebe oder ein von einem Elektromotor angetriebenes, elektromechanisches Steuergetriebe. Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist das elektromechanische Steuergetriebe mit einer elektronischen Steuereinrichtung verbunden, die über Tasten, Schalter und/oder eine andere Schnittstelle vom Benutzer steuerbar ist.According to a further embodiment, each guide can be displaced in the horizontal direction by means of a control gear. In this way, a reproducible setting of the pins in different positions along the horizontal axis can be achieved. According to a further embodiment, the control gear is a manually drivable, mechanical control gear or one by an electric motor driven, electromechanical control gear. According to a further embodiment, the electromechanical control gear is connected to an electronic control device which can be controlled by the user via buttons, switches and / or another interface.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist das manuell antreibbare, mechanische Steuergetriebe ein Scherenhebelgetriebe mit einem Einstellrad, einem Zahnrad, einem Zahnschieber und einem Gatter. Hierdurch kann eine besonders präzise Einstellung bei unveränderter vertikaler Ausrichtung der Zapfen und der Kolben-Zylindereinrichtungen erreicht werden. Hierfür ist gemäß einer weiteren Ausführungsart jede Führung oben und unten am Gatter aufgehängt. Hierbei kann gemäß einer weiteren Ausführungsart jede Führung über ein Loch und einen vertikalen Längsschlitz oder über zwei vertikale Längsschlitze an vom Gatter vorstehenden Zapfen aufgehängt sein.According to a further embodiment, the manually driven, mechanical control gear is a scissor lever gear with a setting wheel, a toothed wheel, a toothed slide and a gate. In this way, a particularly precise setting can be achieved with an unchanged vertical alignment of the pins and the piston-cylinder devices. For this purpose, according to a further embodiment, each guide is suspended at the top and bottom of the gate. Here, according to a further embodiment, each guide can be suspended via a hole and a vertical longitudinal slot or via two vertical longitudinal slots on pegs protruding from the gate.

Gemäß einer weiteren Ausführungsart weist der Mehrkanalpipettierkopf 4, 6, 8 oder 12 Zapfen bzw. Kanäle auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsart ist der Mehrkanalpipettierkopf ausgebildet, um mit Pipettenspitzen mit einem Volumen ausgewählt aus den nachfolgenden Volumen bestückt zu werden: 20 µl, 100 µl, 300 µl, 1200 µl.According to a further embodiment, the multi-channel pipetting head has 4, 6, 8 or 12 pins or channels. According to a further embodiment, the multi-channel pipetting head is designed to be equipped with pipette tips with a volume selected from the following volumes: 20 µl, 100 µl, 300 µl, 1200 µl.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig.1
einen Mehrkanalpipettierkopf bei abgenommenem vorderen Gehäuseteil in einer Vorderansicht;
Fig. 2
eine Führung mit einem Zapfen und einer Kolben-Zylindereinheit desselben Mehrkanalpipettierkopfes in einem zu Fig. 1 senkrechten Vertikalschnitt;
Fig. 3
vergrößertes Detail III von Fig. 2;
Fig. 4
Mehrkanalpipettierkopf in einem zu Fig. 1 senkrechten Vertikalschnitt durch eine Führung;
Fig. 5
Führung mit Zapfen und Kolben-Zylindereinheit sowie Kolbenbetätiger eines weiteren Mehrkanalpipettierkopfs in einem Vertikalschnitt;
Fig. 6
vergrößertes Detail VI von Fig. 5.
The invention is explained in more detail below with reference to the attached drawings of exemplary embodiments. In the drawings show:
Fig.1
a front view of a multichannel pipetting head with the front housing part removed;
Fig. 2
a guide with a pin and a piston-cylinder unit of the same multi-channel pipetting head in one Fig. 1 vertical vertical section;
Fig. 3
enlarged detail III of Fig. 2 ;
Fig. 4
Multi-channel pipetting head in one too Fig. 1 vertical vertical section through a guide;
Fig. 5
Guide with pin and piston-cylinder unit as well as piston actuator of a further multi-channel pipetting head in a vertical section;
Fig. 6
enlarged detail VI of Fig. 5 .

In der vorliegenden Anmeldung beziehen sich die Angaben "oben" und "unten" sowie "seitlich" auf einen Mehrkanalpipettierkopf, der mit den Kolben-Zylindereinheiten vertikal ausgerichtet ist und bei dem die Antriebsstange oberhalb der Zapfen angeordnet ist.In the present application, the terms "above" and "below" as well as "laterally" relate to a multi-channel pipetting head which is vertically aligned with the piston-cylinder units and in which the drive rod is arranged above the pin.

Gemäß Fig. 1 bis 3 umfasst der Mehrkanalpipettierkopf 1 eine Tragstruktur 2, die durch ein zweiteiliges Gehäuse 3 gebildet ist. In Fig. 1 ist ein vorderes Gehäuseteil abgenommen, sodass nur ein hinteres Gehäuseteil gezeigt ist. Alternativ kann die Tragstruktur auch durch ein Chassis gebildet sein, das mit einem Gehäuse bekleidet ist.According to Figs. 1 to 3 the multichannel pipetting head 1 comprises a support structure 2 which is formed by a two-part housing 3. In Fig. 1 a front housing part has been removed so that only a rear housing part is shown. Alternatively, the support structure can also be formed by a chassis that is clad with a housing.

Das Gehäuse 3 ist im Wesentlichen kastenförmig. Am oberen Rand des Gehäuses 3 steht vertikal nach oben ein Befestigungszapfen 4 vor, der zum Verbinden mit einem Pipettenoberteil dient.The housing 3 is essentially box-shaped. At the upper edge of the housing 3, a fastening pin 4 projects vertically upwards, which is used to connect to a pipette upper part.

In dem Gehäuse ist eine horizontale Achse 5 mit Kreisquerschnitt gehalten. Auf der Achse5 sind mehrere Führungen 6 (im Beispiel 4) in horizontaler Richtung verlagerbar und um die Achse 5 schwenkbar gelagert.A horizontal axis 5 with a circular cross section is held in the housing. A plurality of guides 6 (in example 4) can be displaced in the horizontal direction and pivoted about the axis 5 on the axis 5.

Gemäß Fig. 2 weist jede Führung 6 am unteren Ende einen etwa quaderförmigen Lagerabschnitt 7 auf, der eine horizontale erste Lagerbohrung 8 aufweist. Gemäß Fig. 1 ist die Führung mit der ersten Lagerbohrung 8 auf der Achse 5 in Richtung der Achse verlagerbar und um die Achse 5 schwenkbar gelagert.According to Fig. 2 each guide 6 has an approximately cuboid bearing section 7 at the lower end, which has a horizontal first bearing bore 8. According to Fig. 1 the guide with the first bearing bore 8 can be displaced on the axis 5 in the direction of the axis and is mounted pivotably about the axis 5.

Gemäß Fig. 4 weist der Lagerabschnitt 7 einen vertikalen Schlitz 9 auf, der von der Seite ausgeht, die am weitesten von der ersten Lagerbohrung 8 entfernt ist und kurz vor der ersten Lagerbohrung 8 endet.According to Fig. 4 the bearing section 7 has a vertical slot 9 which starts from the side which is furthest away from the first bearing bore 8 and ends shortly before the first bearing bore 8.

In den Schlitz 9 ist ein oberer Zapfenabschnitt 10 eines hohlen Zapfens 11 zum Aufklemmen von Pipettenspitzen eingesetzt. Der Zapfen 11 ist oben mit einem hohlen Zylinder 12 einer Kolben-Zylindereinheit 13 verbunden. Der Hohlraum 14 des Zapfens 11 ist über ein Durchgangsloch 15 mit dem Hohlraum 16 des Zylinders 12 verbunden. Die Innenseite des Zylinders 12 bildet eine Lauffläche für einen Kolben.An upper pin section 10 of a hollow pin 11 for clamping on pipette tips is inserted into the slot 9. The pin 11 is connected at the top to a hollow cylinder 12 of a piston-cylinder unit 13. The cavity 14 of the pin 11 is connected to the cavity 16 of the cylinder 12 via a through hole 15. The inside of the cylinder 12 forms a running surface for a piston.

Am unteren Ende des oberen Zapfenabschnittes 10 weist der Zapfen 11 eine untere Schulter 17 und am oberen Ende des oberen Zapfenabschnittes 10 weist der Zylinder 12 eine obere Schulter 18 auf. Die untere Schulter 17 liegt an der Unterseite des Lagerabschnittes 7 und die obere Schulter 18 an der Oberseite des Lagerabschnittes 7 an, sodass Zapfen 11 und Zylinder 12 in vertikaler Richtung unverlagerbar in dem Lagerabschnitt 7 gehalten sind. Der obere Zapfenabschnitt 10 ist mittels eines Stiftes 19, der in eine horizontale und den Schlitz 9 kreuzende Stiftbohrung 20 des Lagerabschnittes 7 eingesetzt ist, in dem Schlitz 9 fixiert.At the lower end of the upper journal section 10, the journal 11 has a lower shoulder 17 and at the upper end of the upper journal section 10 the cylinder 12 has an upper shoulder 18. The lower shoulder 17 rests on the underside of the bearing section 7 and the upper shoulder 18 rests on the upper side of the bearing section 7, so that the pin 11 and cylinder 12 are held in the bearing section 7 so that they cannot be displaced in the vertical direction. The upper journal section 10 is fixed in the slot 9 by means of a pin 19 which is inserted into a horizontal pin bore 20 of the bearing section 7 that crosses the slot 9.

Der Zapfen 11 weist unten einen konischen Abschnitt 11.1 und darüber einen zylindrischen Abschnitt 11.2 auf. Im konischen Abschnitt 11.1 ist er mit einer umlaufenden Ringnut 21 zum Einsetzen eines Dichtringes versehen.The pin 11 has a conical section 11.1 at the bottom and a cylindrical section 11.2 above. In the conical section 11.1 it is provided with a circumferential annular groove 21 for inserting a sealing ring.

Von der Oberseite des Lagerabschnittes 7 steht gemäß Fig. 2 und 4 ein hülsenförmiger Führungsabschnitt 22 vertikal nach oben vor. Der Zylinder 12 ist außen auf verschiedenen Seiten an ersten und zweiten Kontaktstellen 22.1, 22.2 des Führungsabschnittes 22 abgestützt. Oberhalb der ersten Lagerbohrung 8 steht von dem hülsenförmigen Führungsabschnitt 22 ein Halteabschnitt 23 mit einem flachen U-Profil vertikal nach oben vor.From the top of the bearing section 7 is according to Fig. 2 and 4th a sleeve-shaped guide section 22 vertically upwards. The cylinder 12 is supported on the outside on different sides at first and second contact points 22.1, 22.2 of the guide section 22. Above the first bearing bore 8, a holding section 23 with a flat U-profile protrudes vertically upwards from the sleeve-shaped guide section 22.

Gemäß Fig. 1 und 4 weisen die Führungen 6 jeweils oben und unten einen Längsschlitz 24, 25 darauf. Die Längsschlitze 24, 25 dienen dem Eingriff von oberen und unteren Lagerbolzen eines Scherenhebelgetriebes (Gatters) zum Verlagern der Führungen 6 relativ zueinander in horizontaler Richtung.According to Fig. 1 and 4th the guides 6 each have a longitudinal slot 24, 25 on top and bottom. The longitudinal slots 24, 25 are used to engage the upper and lower bearing bolts of a scissor lever mechanism (gate) for moving the guides 6 relative to one another in the horizontal direction.

Die Führungen 6 sind vorzugsweise einteilig aus Kunststoff hergestellt, z. B. durch Spritzgießen.The guides 6 are preferably made in one piece from plastic, for. B. by injection molding.

Zapfen 11 und Zylinder 12 sind einteilig oder mehrteilig aus Kunststoff (z.B. durch Spritzgießen) und/oder aus Metall (z.B. durch Drehen) hergestellt.The pin 11 and cylinder 12 are made in one piece or in several parts from plastic (e.g. by injection molding) and / or from metal (e.g. by turning).

Jede Kolben-Zylindereinheit 13 umfasst gemäß Fig. 2 und 4 einen Kolben 26, der von oben in den Zylinder 12 eingeschoben ist. Der Kolben 26 weist eine Kolbenstange 27 mit einem verdickten Kolbenabschnitt 28 am unteren Ende auf, auf dem ein umlaufendes Dichtelement 29 sitzt. Am oberen Ende der Kolbenstange 27 weist der Kolben einen Kolbenkopf 30 auf. Der Kolbenkopf 30 umfasst einen flachen, z.B. kreisscheibenförmigen Abschnitt 31, der auf der Oberseite eine obere Anlagestelle 32 und auf der Unterseite eine untere Anlagestelle 33 aufweist. Die obere Anlagestelle 32 befindet sich am Scheitel einer Kugelkappe 34 auf der Oberseite des kreisscheibenförmigen Abschnittes 31. Die untere Anlagestelle 33 befindet sich am unteren Rand 35 eines neben der Kolbenstange 27 von der Unterseite des kreisscheibenförmigen Abschnittes 31 neben der Kolbenstange 27 nach unten vorstehenden Zylinders 36. Genauer gesagt befindet sich die untere Anlagestelle 33 an einem Radius 37 am unteren Rand des Zylinders 36.Each piston-cylinder unit 13 comprises according to Fig. 2 and 4th a piston 26 which is pushed into the cylinder 12 from above. The piston 26 has a piston rod 27 with a thickened piston section 28 at the lower end, on which a circumferential sealing element 29 is seated. At the upper end of the piston rod 27, the piston has a piston head 30. The piston head 30 includes a flat, for example circular disk-shaped section 31 which has an upper contact point 32 on the top and a lower contact point 33 on the underside. The upper contact point 32 is located at the apex of a spherical cap 34 on the upper side of the circular disk-shaped section 31. The lower contact point 33 is located on the lower edge 35 of a cylinder 36 protruding downwards next to the piston rod 27 from the underside of the circular disk-shaped section 31 next to the piston rod 27 More precisely, the lower contact point 33 is located at a radius 37 on the lower edge of the cylinder 36.

Der Kolben 26 ist vorzugsweise einteilig aus Kunststoff hergestellt, vorzugsweise durch Spritzgießen. Das Dichtelement 29 kann ebenfalls einteilig mit dem Kolben 26 hergestellt oder auf diesen aufgeklemmt sein.The piston 26 is preferably made in one piece from plastic, preferably by injection molding. The sealing element 29 can also be produced in one piece with the piston 26 or can be clamped onto it.

Gemäß Fig. 1 und 4 umfasst der Mehrkanalpipettierkopf 1 einen horizontalen Kolbenbetätiger 38, der neben den Halteabschnitten 23 oberhalb der Zylinder 12 angeordnet ist. Der Kolbenbetätiger 38 weist auf der Seite gegenüber den Halteabschnitten 23 eine horizontale Nut 39 auf. Eine obere Begrenzung 40 der Nut 39 steht weiter zum Halteabschnitt hin vor als eine untere Begrenzung 41. Auf der Seite der Halteabschnitte 23 weist die Nut 39 eine Öffnung 42 auf. Durch die Öffnung 42 hindurch ist ein Teil der Kolbenköpfe 30 in die Nut 39 eingesetzt, sodass die Kugelkappe 34 mit der oberen Auflagestelle 32 an der oberen Begrenzung 40 und der Zylinder 33 mit der unteren Auflagestelle 33 an der unteren Begrenzung 41 anliegt.According to Fig. 1 and 4th the multi-channel pipetting head 1 comprises a horizontal piston actuator 38 which is arranged next to the holding sections 23 above the cylinder 12. The piston actuator 38 has a horizontal groove 39 on the side opposite the holding sections 23. An upper delimitation 40 of the groove 39 projects further towards the holding section than a lower delimitation 41. On the side of the holding sections 23, the groove 39 has an opening 42. A part of the piston heads 30 is inserted into the groove 39 through the opening 42, so that the spherical cap 34 with the upper support point 32 rests on the upper limit 40 and the cylinder 33 with the lower support point 33 rests on the lower limit 41.

Der Halteabschnitt 23 ist gegen den Kolbenbetätiger 38 geschwenkt.The holding section 23 is pivoted towards the piston actuator 38.

Von der Oberseite des Kolbenbetätigers 38 steht nach oben eine Antriebsstange 43 vor, die in den Befestigungszylinder 4 hineinragt.A drive rod 43 protrudes upward from the top of the piston actuator 38 and projects into the fastening cylinder 4.

Der Kolbenbetätiger 38 und die Antriebsstange 43 sind vorzugsweise einteilig aus Kunststoff hergestellt, vorzugsweise durch Spritzgießen.The piston actuator 38 and the drive rod 43 are preferably made in one piece from plastic, preferably by injection molding.

Der Befestigungszylinder 4 ist über eine Schnappverbindung mit einem Pipettenoberteil und das obere Ende der Antriebsstange 43 ist über eine Klemmverbindung mit einer Antriebseinrichtung im Pipettenoberteil zum vertikalen Verlagern der Antriebsstange 43 verbindbar.The fastening cylinder 4 can be connected to an upper part of a pipette via a snap connection and the upper end of the drive rod 43 can be connected via a clamping connection to a drive device in the upper part of the pipette for vertical displacement of the drive rod 43.

Der Kolbenkopf 30 und die Nut 39 sind so bemessen, dass der Kolbenkopf 30 an den oberen und unteren Anlagepunkten 32, 33 eine Übermaßpassung mit der Nut 39 bilden würde, falls die Kolben-Zylindereinheiten 13 starr und nicht elastisch verformbar wären. Insbesondere die Kolbenstange 27 und das Dichtelement 29 der Kolben-Zylindereinheiten 13 sind elastisch ausgebildet, sodass die Kolbenköpfe 30 in der Nut 39 unter elastischer Verformung der Kolben-Zylindereinheiten 13 kippen können.The piston head 30 and the groove 39 are dimensioned such that the piston head 30 would form an interference fit with the groove 39 at the upper and lower contact points 32, 33 if the piston-cylinder units 13 were rigid and not elastically deformable. In particular, the piston rod 27 and the sealing element 29 of the piston-cylinder units 13 are designed to be elastic, so that the piston heads 30 can tilt in the groove 39 with elastic deformation of the piston-cylinder units 13.

Beim Fügen des Kolbenkopfes 30 und des Kolbenbetätigers 38 erzwingt das Übermaß des Kolbenkopfes 30 bezüglich der Nut 39 eine Neigung des Kolbenkopfes 30 zur Vertikalen (z.B. von 0,5°). In dieser Position ist der Kolben 26 leicht mit dem Kolbenkopf 30 in axialer Richtung im Kolbenbetätiger 38 bewegbar. Die durch die Neigung des Kolbenkopfes 30 erzeugte Vorspannung in der Kolben-Zylindereinheit 13 hält den Kolbenkopf 30 in der gekippten Stellung. Die Führung 6 und der Zylinder12 können der Neigung A (vgl. Fig. 4) des Kolbenkopfes 30 nicht folgen, da die Führung 7 am Kolbenbetätiger 38 anschlägt und so einen Rotation nach innen sperrt. Da der Kolben 26 außer dem oberen Auflagepunkt 44 im Kolbenbetätiger 38 am Dichtelement einen unteren Auflagepunkt 45 im Zylinder 12 hat, wird er wie eine Biegefeder B (vgl. Fig. 4) verformt. Hierdurch wird eine Gegenkraft erzeugt, die den Kolben 26 zu jedem Zeitpunkt spielfrei im Kolbenbetätiger 38 an den Anlagepunkten 32, 33 aufliegen lässt und ein Spiel des Kolbenkopfes 26 in der Nut 39 ausschließt.When the piston head 30 and the piston actuator 38 are joined, the oversize of the piston head 30 with respect to the groove 39 forces the piston head 30 to incline to the vertical (for example of 0.5 °). In this position, the piston 26 can easily be moved with the piston head 30 in the axial direction in the piston actuator 38. The preload generated by the inclination of the piston head 30 in the piston-cylinder unit 13 holds the piston head 30 in the tilted position. The guide 6 and the cylinder 12 can have the slope A (cf. Fig. 4 ) of the piston head 30 do not follow, since the guide 7 strikes the piston actuator 38 and thus blocks rotation inwards. Since the piston 26 has, in addition to the upper contact point 44 in the piston actuator 38 on the sealing element, a lower contact point 45 in the cylinder 12, it becomes like a spiral spring B (cf. Fig. 4 ) deformed. This creates a Counterforce is generated which allows the piston 26 to rest without play in the piston actuator 38 at the contact points 32, 33 at any point in time and excludes play of the piston head 26 in the groove 39.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 5 und 6 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen vor allem dadurch, dass der untere Kolbenabschnitt das untere Ende der Kolbenstange 27 ist. Ferner ist der Kolben 26 nicht über ein Dichtelement in einer Kolbenlaufbahn des Zylinders 12 abgedichtet, sondern über eine Stulpdichtung 46, die auf das obere Ende des Zylinders 12 aufgeklemmt ist und außerhalb des Zylinders 12 auf der Außenseite der Kolbenstange 27 sitzt. Der Kolbenkopf 30 sitzt auf dem oberen Ende der Kolbenstange 27.The embodiment of Figures 5 and 6 differs from the one described above mainly in that the lower piston section is the lower end of the piston rod 27. Furthermore, the piston 26 is not sealed by a sealing element in a piston raceway of the cylinder 12, but by a face seal 46, which is clamped onto the upper end of the cylinder 12 and sits outside the cylinder 12 on the outside of the piston rod 27. The piston head 30 sits on the upper end of the piston rod 27.

Bei dieser Ausführungsart ist die Kolbenstange 27 bevorzugt durch eine Stahlnadel gebildet und der Kolbenkopf 30 aus Kunststoff auf das obere Ende der Stahlnadel aufgespritzt. Die Gegenkraft zum Halten des Kolbenkopfes in Anlage an der Nut 39 wird durch die elastische Verformung der Stulpdichtung 46 und der Stahlnadel erzeugt.In this embodiment, the piston rod 27 is preferably formed by a steel needle and the piston head 30 made of plastic is sprayed onto the upper end of the steel needle. The counterforce for holding the piston head in contact with the groove 39 is generated by the elastic deformation of the faceplate 46 and the steel needle.

Ferner ist der Zapfen 11 in einer vertikalen zweiten Lagerbohrung 47 im Lagerabschnitt 7 der Führung 6 gehalten. Der Zapfen 11 ist über eine Druckfeder 48 am Lagerabschnitt 7 der Führung 6 abgestützt. Die Druckfeder 48 ist auf einem oberen Zapfenabschnitt 10 geführt und unten an einer unteren Schulter 17 des oberen Zapfenabschnittes 10 und oben an der Unterseite des Lagerabschnittes 7 abgestützt. Weiter oben hat der obere Zapfenabschnitt 10 am Umfang eine tangentiale Abflachung 49, in die ein Stift 19 eingreift, der in eine horizontale Stiftbohrung 20 des Lagerabschnittes 7 eingesetzt ist. Hierdurch wird der Zapfen 11 und der damit einteilig verbundene Zylinder 12 am Lagerabschnitt 7 fixiert und die vertikale Verlagerung des Zapfens 11 im Lagerabschnitt 7 begrenzt.Furthermore, the pin 11 is held in a vertical second bearing bore 47 in the bearing section 7 of the guide 6. The pin 11 is supported on the bearing section 7 of the guide 6 via a compression spring 48. The compression spring 48 is guided on an upper journal section 10 and is supported at the bottom on a lower shoulder 17 of the upper journal section 10 and at the top on the underside of the bearing section 7. Further up, the upper journal section 10 has a tangential flat area 49 on the circumference, into which a pin 19 engages, which is inserted into a horizontal pin bore 20 of the bearing section 7. As a result, the pin 11 and the cylinder 12 connected in one piece to it are fixed on the bearing section 7 and the vertical displacement of the pin 11 in the bearing section 7 is limited.

Durch die verfederte Halterung der Zapfen 7 an den Führungen 6 wird erreicht, dass die Pipettenspitzen auf den verschiedenen Zapfen 7 weitgehend gleichmäßig hoch aufgeklemmt werden.The spring-loaded mounting of the pegs 7 on the guides 6 means that the pipette tips are clamped up on the various pegs 7 largely evenly.

Claims (15)

Mehrkanalpipettierkopf umfassend • einen horizontalen Kolbenbetätiger (38) mit mindestens einer Nut (39) mit einer oberen Begrenzung (40), einer unteren Begrenzung (41) und einer seitlichen Öffnung (42), • einer Antriebsstange (43) zum Verlagern des Kolbenbetätigers (38) in vertikaler Richtung, • mehrere Kolben-Zylindereinheiten (13) mit jeweils einem hohlen Zylinder (12) und einem darin von oben eingreifenden, gegenüber dem Zylinder (12) abgedichteten Kolben (26), der mit einem Kolbenkopf (30) an seinem oberen Ende durch die Öffnung (42) in die Nut (39) eingreift, • mehrere entlang einer horizontalen Achse (5) verschiebbaren Führungen (6), wobei an jeder Führung (6) ein Zylinder (12) und ein nach unten vorstehender, hohler und mit einem Durchgangsloch (15) im unteren Ende des Zylinders (12) verbundener Zapfen (11) gehalten ist, • wobei jeder Kolbenkopf (30) auf der Oberseite eine vorstehende und an der oberen Begrenzung (40) anliegende obere Anlagestelle (32) und auf der Unterseite eine vorstehende, seitlich zur oberen Anlagestelle (32) versetzte und an der unteren Begrenzung (41) anliegende untere Anlagestelle (33) aufweist, wodurch bei einer seitlichen Verlagerung der Führung (6) entlang der horizontalen Achse (5) der Kolbenkopf (30) durch Kippen in der Nut (39) Klemmkräften ausweichen kann und durch beim Kippen auftretende Rückstellkräfte in der Kolben-Zylindereinheit (13) mit der oberen Anlagestelle (32) in Anlage an der oberen Begrenzung (40) und mit der unteren Anlagestelle (33) in Anlage an der unteren Begrenzung (41) der Nut (39) gehalten wird. Comprehensive multichannel pipetting head • a horizontal piston actuator (38) with at least one groove (39) with an upper limit (40), a lower limit (41) and a lateral opening (42), • a drive rod (43) for moving the piston actuator (38) in the vertical direction, • several piston-cylinder units (13) each with a hollow cylinder (12) and a piston (26) which engages in it from above and is sealed off from the cylinder (12), which with a piston head (30) at its upper end through the opening ( 42) engages in the groove (39), • several guides (6) which can be displaced along a horizontal axis (5), with a cylinder (12) and a downwardly protruding, hollow and connected to a through hole (15) in the lower end of the cylinder (12) on each guide (6) Pin (11) is held, • each piston head (30) having a protruding upper contact point (32) on the top and resting against the upper limit (40) and a protruding, laterally offset to the upper contact point (32) on the underside and resting against the lower limit (41) has lower contact point (33), whereby when the guide (6) is laterally displaced along the horizontal axis (5), the piston head (30) can evade clamping forces by tilting in the groove (39) and by restoring forces occurring during tilting in the piston Cylinder unit (13) with the upper contact point (32) in contact with the upper limit (40) and with the lower contact point (33) in contact with the lower limit (41) of the groove (39). Mehrkanalpipette nach Anspruch 1, bei der die Kolbenköpfe (30) und die Nut (39) so ausgebildet sind, dass sie eine Übermaßpassung bilden würden, wenn die Kolben-Zylindereinheit (13) ein nicht elastisch verformbares, starres System wäre.Multi-channel pipette according to Claim 1, in which the piston heads (30) and the groove (39) are designed such that they would form an interference fit if the piston-cylinder unit (13) were a non-elastically deformable, rigid system. Mehrkanalpipette nach Anspruch 1 oder 2, bei der jeder Kolbenkopf (30) auf der Oberseite eine obere Anlagestelle (32) in Form eines oberen Anlagepunktes oder einer oberen Anlagelinie aufweist und/oder bei der jeder Kolbenkopf (30) auf der Unterseite eine untere Anlagestelle (33) in Form eines unteren Anlagepunktes oder einer unteren Anlagelinie aufweist.Multi-channel pipette according to Claim 1 or 2, in which each piston head (30) has an upper contact point (32) on the top in the form of an upper contact point or an upper contact line and / or in which each piston head (30) has a lower contact point ( 33) in the form of a lower contact point or a lower contact line. Mehrkanalpipette nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der jeder Kolbenkopf (30) auf der Oberseite einen oberen Anlagepunkt (32) an einer Kugelkappe (34) und/oder auf der Unterseite einen unteren Anlagepunkt (33) am unteren Rand eines nach unten gerichteten Zylinders (35) aufweist.Multi-channel pipette according to one of Claims 1 to 3, in which each piston head (30) has an upper contact point (32) on a spherical cap (34) on the upper side and / or a lower contact point (33) on the lower edge of a downward-facing one on the underside Has cylinder (35). Mehrkanalpipette nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die Führungen (6) auf der horizontalen Achse (5) drehbar gelagert sind.Multi-channel pipette according to one of Claims 1 to 4, in which the guides (6) are rotatably mounted on the horizontal axis (5). Mehrkanalpipettierkopf nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die unteren Anlagepunkte (33) weiter seitlich von der horizontalen Achse (5) weg versetzt als die oberen Anlagepunkte (32) sind.Multi-channel pipetting head according to one of Claims 1 to 5, in which the lower contact points (33) are offset further laterally from the horizontal axis (5) than the upper contact points (32). Mehrkanalpipette nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Nut (39) gegenüber der unteren Begrenzung (41) eine auf der Seite der Öffnung (42) in horizontaler Richtung weiter vorstehende obere Begrenzung (40) aufweist.Multi-channel pipette according to one of Claims 1 to 6, in which the groove (39) has, opposite the lower delimitation (41), an upper delimitation (40) which protrudes further in the horizontal direction on the side of the opening (42). Mehrkanalpipette nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der jeder Zylinder (12) oben eine elastischen Stulpdichtung (46) aufweist, durch die hindurch eine mit dem Kolben (26) verbundene Kolbenstange (27) nach oben abdichtend geführt ist.Multi-channel pipette according to one of Claims 1 to 7, in which each cylinder (12) has an elastic face-plate seal (46) at the top, through which a piston rod (27) connected to the piston (26) is guided upward in a sealing manner. Mehrkanalpipette nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der jeder Kolben (26) am Außenumfang ein umlaufendes elastisches Dichtelement (29) aufweist, das an einer Kolbenlauffläche an der Innenseite des Zylinders (12) abdichtet.Multi-channel pipette according to one of Claims 1 to 8, in which each piston (26) has a circumferential elastic sealing element (29) on the outer circumference, which seals on a piston running surface on the inside of the cylinder (12). Mehrkanalpipette nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der jeder Zapfen (11) über eine Druckfeder (48) an der Führung (6) abgestützt ist, sodass der Zapfen (11) entgegen der Druckfeder (48) bezüglich der Führung (6) nach oben verlagerbar ist.Multi-channel pipette according to one of Claims 1 to 9, in which each peg (11) is supported on the guide (6) via a compression spring (48) so that the peg (11) moves against the compression spring (48) with respect to the guide (6) can be shifted at the top. Pipette nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei der jeder Kolben (26) eine elastisch ausbiegbare Kolbenstange (27) aufweist.Pipette according to one of Claims 1 to 10, in which each piston (26) has an elastically deflectable piston rod (27). Mehrkanalpipette nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der jede Führung (6) mittels eines Steuergetriebes in horizontaler Richtung verlagerbar ist.Multi-channel pipette according to one of Claims 1 to 11, in which each guide (6) can be displaced in the horizontal direction by means of a control gear. Mehrkanalpipette nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei der das Getriebe ein Scherenhebelgetriebe mit einem Einstellrad, einem Zahnrad, einem Zahnschieber und einem Gatter ist.Multi-channel pipette according to one of Claims 1 to 12, in which the gear mechanism is a scissor-type lever mechanism with a setting wheel, a gear wheel, a toothed slide and a gate. Mehrkanalpipette nach Anspruch 13, bei der jede Führung (6) oben und unten am Gatter aufgehängt ist.Multi-channel pipette according to Claim 13, in which each guide (6) is suspended from the gate at the top and bottom. Mehrkanalpipette nach Anspruch 14, bei der jede Führung (6) über ein Loch und über einen vertikalen Längsschlitz oder über zwei vertikale Längsschlitze (24, 25) vom Gatter vorstehenden Zapfen aufgehängt ist.Multi-channel pipette according to Claim 14, in which each guide (6) is suspended via a hole and via a vertical longitudinal slot or via two vertical longitudinal slots (24, 25) pegs projecting from the gate.
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