EP3932557B1 - Multichannel pipette head - Google Patents

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EP3932557B1
EP3932557B1 EP20183723.4A EP20183723A EP3932557B1 EP 3932557 B1 EP3932557 B1 EP 3932557B1 EP 20183723 A EP20183723 A EP 20183723A EP 3932557 B1 EP3932557 B1 EP 3932557B1
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EP
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plunger
piston
cylinder
multichannel pipette
head according
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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 JP2021102610A priority patent/JP7346495B2/en
Priority to CN202110746775.3A priority patent/CN113877647B/en
Priority to US17/366,146 priority patent/US20220001377A1/en
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    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0275—Interchangeable or disposable dispensing tips
    • B01L3/0279—Interchangeable or disposable dispensing tips co-operating with positive ejection means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
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    • B01L3/0217—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type
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    • B01L3/0234—Repeating pipettes, i.e. for dispensing multiple doses from a single charge
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B01L2200/021—Adjust spacings in an array of wells, pipettes or holders, format transfer between arrays of different size or geometry
    • B01L2200/022—Variable spacings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • 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
    • B01L3/0227—Details of motor drive means

Definitions

  • the invention relates to a multi-channel pipetting head with pins that can be adjusted relative to one another for clamping pipette tips.
  • Multichannel pipettes are used particularly in the laboratory for pipetting several liquid samples at the same time.
  • the liquid samples are taken from a series of receptacles on a microtiter plate or from other vessels into pipette tips that are detachably connected to the multi-channel pipette and are released from the pipette tips into vessels.
  • Multichannel pipettes have several cones or shafts onto which the pipette tips can be clamped.
  • one or more displacement devices are present, which are capable of displacing air cushions between the liquid samples and the displacement devices. They are usually designed as piston-cylinder units with a cylinder and a piston that can be moved within it.
  • 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 cones using an ejector. For further pipetting, fresh pipette tips can be clipped onto the cones. This avoids carryover between different liquid samples and contamination of the liquid samples and the multi-channel pipette.
  • Multichannel pipettes include a substantially cylindrical pipette upper part containing a drive device and which can be grasped with a single hand.
  • they include a multi-channel lower part containing at least one displacement device, having pins on the underside and coupled to the drive device via a drive rod, which is also referred to as a multi-channel pipetting head.
  • the drive device can have one be a hand-driven mechanical drive device or an electromechanical drive device.
  • 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.
  • Multichannel pipettes with pins arranged at fixed positions can only take liquid samples from all the receptacles in a row or column and dispense them into one of the two plate types.
  • the EP 1 875 966 A1 describes a multi-channel pipetting head in which a vertical piston actuation rod protrudes upwards from a horizontal traverse which has several receptacles for piston heads arranged next to one another. Pistons are guided in several parallel cylinders and their piston heads are arranged in fixed positions in the receptacles. Each piston head sits on a base of the receptacle with an underside facing the piston rod and has an elastic body protruding from the top, which does not rest against a contact surface of the receptacle or is partially elastically compressed for the purpose of compensating for play.
  • Multi-channel pipettes are also known 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 arranged in a fixed position.
  • Such multi-channel pipettes are particularly popular 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 US 2017/0028397 A1 describes a multi-channel pipetting head that has at least two pins for clamping pipette tips and two aspiration chambers that are arranged concentrically to one another and are connected to the two pins.
  • An arrangement of two concentric pistons is arranged in the aspiration chambers of each displacement device.
  • the pistons of various piston-cylinder units are held at an upper end on a horizontal piston holding bar, which can be moved via a central guide rod. The tenons cannot be imagined in a horizontal direction relative to one another.
  • the GB 2 431 600 A describes a multi-channel pipetting head that has several piston-cylinder units that can be displaced relative to one another in the horizontal direction. Gears with guide slots and alternatively with swivel axes are available to relocate the piston-cylinder units.
  • the well-known constructions are complex and space-consuming.
  • the invention is based on the object of creating a multi-channel pipetting head in which the distances between the pins or channels from one another can be adjusted and which enables pipetting with better accuracy and precision.
  • each pin is held on a guide (holder) together with a cylinder of a piston-cylinder unit and the pin can be moved along the horizontal axis together with the piston-cylinder unit.
  • This enables small and constant dead volumes between the pins 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 a clearance in the receptacle of the piston actuator. This would affect 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 constant contact with two upper and lower contact points that are laterally offset from one another at the upper limit and the lower limit Nut on. This allows the piston heads to compensate for manufacturing tolerances by being arranged in the groove slightly tilted or aligned slightly obliquely to the horizontal. The result of this is that the piston heads tilt slightly in the groove when they are moved laterally and clamping forces can be avoided that would prevent the piston heads from moving 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 when 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.
  • tolerances in the production of the components can be compensated for by the coupling between the piston and piston actuator.
  • Manufacturing-related differences in the dimensions of the piston heads and the groove can 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 low and constant dead volume and the play-free arrangement of the piston heads in the groove, a multi-channel pipetting head is achieved in which the distances between the pins are adjustable and which enables pipetting with better accuracy and precision.
  • the piston heads and the groove are designed such that they would form an interference fit if the piston-cylinder unit were a non-elastically deformable, rigid system. This ensures that, with all dimensions within 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 moving in the direction of the axis, the piston heads can avoid increased clamping forces by tilting further.
  • each piston head has an upper contact point on the top 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 promote tilting of the piston head.
  • each piston head has an upper contact point on the top on a spherical cap and/or on the underside a lower contact point on the lower edge of a downward-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 around the axis.
  • the lower contact points are offset further laterally from the horizontal axis than the upper contact points. This ensures that the guides pivot until they come into contact with the piston actuator due to the restoring forces that occur when the piston heads are tilted, and the restoring forces keep the piston heads in contact with the groove.
  • the groove extends further in the horizontal direction on the side of the opening compared to the lower boundary above upper limit.
  • the upper limit can serve as a guide system.
  • each cylinder has an elastic cuff seal at the top, through which a piston rod connected to the piston is guided upwards in a sealing manner.
  • the elastic cuff seal can be used on slim pistons of piston-cylinder units with low 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 molded or clamped on.
  • each pin is supported on the guide via a compression spring, so that the pin can be moved upwards relative to the guide against the compression spring. This allows several pipette tips to be clamped evenly onto the various cones.
  • each piston has an elastically deflectable piston rod.
  • the elastic restoring forces of the piston-cylinder unit can be generated.
  • each guide can be displaced in the horizontal direction by means of a control gear.
  • the control gear is a manually driven, mechanical control gear or one driven by an electric motor driven, electromechanical control gear.
  • the electromechanical control gear is connected to an electronic control device that can be controlled by the user via buttons, switches and/or another interface.
  • the manually drivable, mechanical control gear is a scissor lever gear with an adjustment wheel, a gear, 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 pins 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.
  • top and bottom as well as “side” refers 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 pins.
  • the multi-channel pipetting head 1 includes a support structure 2, which is formed by a two-part housing 3.
  • 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 covered with a housing.
  • the housing 3 is essentially box-shaped. At the upper edge of the housing 3, a fastening pin 4 protrudes 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.
  • several guides 6 (in the example 4) are displaceable in the horizontal direction and pivotally mounted about 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. According to Fig. 1 the guide with the first bearing bore 8 on the axis 5 can be moved in the direction of the axis and is pivotally mounted about the axis 5.
  • the bearing section 7 has a vertical slot 9, which starts from the side that 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 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 pin 11 has a lower shoulder 17 and at the upper end of the upper pin 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 on the top of the bearing section 7, so that pins 11 and cylinder 12 are held in the bearing section 7 so that they cannot be moved in the vertical direction.
  • the upper pin 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 at the top and bottom.
  • the longitudinal slots 24, 25 serve to engage the upper and lower bearing pins of a scissor lever mechanism (gate) for displacing the guides 6 relative to one another in the horizontal direction.
  • a scissor lever mechanism gate
  • the guides 6 are preferably made in one piece from plastic, e.g. B. by injection molding.
  • 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 4 a piston 26 which is inserted 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 sits.
  • the piston has a piston head 30.
  • the piston head 30 includes one flat, for example circular disc-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 top of the circular disk-shaped section 31.
  • the lower contact point 33 is located at the lower edge 35 of a cylinder 36 which protrudes 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 at 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 made in one piece with the piston 26 or clamped onto it.
  • the multi-channel pipetting head 1 includes a horizontal piston actuator 38, which is arranged next to the holding sections 23 above the cylinders 12.
  • the piston actuator 38 has a horizontal groove 39 on the side opposite the holding sections 23.
  • An upper boundary 40 of the groove 39 projects further towards the holding section than a lower boundary 41.
  • the groove 39 has an opening 42. Part of the piston heads 30 is inserted through the opening 42 into the groove 39, so that the ball 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 against 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 a pipette upper part via a snap connection and the upper end of the drive rod 43 can be connected via a clamp connection to a drive device in the pipette upper part for vertically displacing 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 excess size of the piston head 30 with respect to the groove 39 forces an inclination of the piston head 30 to the vertical (eg of 0.5°).
  • the piston 26 is easily movable with the piston head 30 in the axial direction in the piston actuator 38.
  • the preload in the piston-cylinder unit 13 generated by the inclination of the piston head 30 holds the piston head 30 in the tilted position.
  • the guide 6 and the cylinder 12 can have the inclination A (cf. Fig. 4 ) of the piston head 30 cannot follow because the guide 7 hits the piston actuator 38 and thus blocks inward rotation.
  • the embodiment of 5 and 6 differs from that described above primarily in that the lower piston section is the lower end of the piston rod 27. Furthermore, the piston 26 is not sealed via a sealing element in a piston raceway of the cylinder 12, but via a cuff 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 cuff seal 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 pin section 10 and is supported at the bottom on a lower shoulder 17 of the upper pin section 10 and at the top on the underside of the bearing section 7.
  • the upper pin section 10 has a tangential flattening 49 on the circumference, into which a pin 19 engages, which is inserted into a horizontal pin bore 20 of the bearing section 7.

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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 that can be adjusted relative to one another for clamping 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.Multichannel pipettes are used particularly in the laboratory for pipetting several liquid samples at the same time. The liquid samples are taken from a series of receptacles on a microtiter plate or from other vessels into pipette tips that are detachably connected to the multi-channel pipette and are released from the pipette tips into vessels. Multichannel pipettes have several cones 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 present, which are capable of displacing air cushions between the liquid samples and the displacement devices. They are usually designed as piston-cylinder units with a cylinder and a piston that can be moved within it. 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 cones using an ejector. For further pipetting, fresh pipette tips can be clipped onto the cones. 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.Multichannel pipettes include a substantially cylindrical pipette upper part containing a drive device and which can be grasped with a single hand. In addition, they include a multi-channel lower part containing at least one displacement device, having pins on the underside and coupled to the drive device via a drive rod, which is also referred to as a multi-channel pipetting head. The drive device can have one be a hand-driven 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. Multichannel pipettes with pins arranged at fixed positions can only take liquid samples from all the receptacles in a row or column and dispense them into 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 actuation rod protrudes upwards from a horizontal traverse which has several receptacles for piston heads arranged next to one another. Pistons are guided in several parallel cylinders and their piston heads are arranged in fixed positions in the receptacles. Each piston head sits on a base of the receptacle with an underside facing the piston rod and has an elastic body protruding from the top, which does not rest against a contact surface of the receptacle or is partially elastically compressed 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.Multi-channel pipettes are also known 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 arranged in a fixed position. Such multi-channel pipettes are particularly popular 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 results in different dead volumes of the channels. This affects the accuracy and precision of the pipetting.

Die US 2017/0028397 A1 beschreibt einen Mehrkanal-Pipettierkopf, der mindestens zwei Zapfen zum Aufklemmen von Pipettenspitzen und zwei Aspirationskammern aufweist, die konzentrisch zueinander angeordnet und mit den beiden Zapfen verbunden sind. In den Aspirationskammern jeder Verdrängungseinrichtung ist eine Anordnung aus zwei konzentrischen Kolben angeordnet. Die Kolben verschiedener Kolben-Zylindereinheiten sind an einem oberen Ende an einem horizontalen Kolbenhaltebalken gehalten, der über eine zentrale Führungsstange verlagerbar ist. Die Zapfen sind nicht in horizontaler Richtung relativ zueinander vorstellbar.The US 2017/0028397 A1 describes a multi-channel pipetting head that has at least two pins for clamping pipette tips and two aspiration chambers that are arranged concentrically to one another and are connected to the two pins. An arrangement of two concentric pistons is arranged in the aspiration chambers of each displacement device. The pistons of various piston-cylinder units are held at an upper end on a horizontal piston holding bar, which can be moved via a central guide rod. The tenons cannot be imagined in a horizontal direction relative to one another.

Die GB 2 431 600 A beschreibt einen Mehrkanal-Pipettierkopf, der mehrere Kolben-Zylindereinheiten aufweist, die in horizontaler Richtung relativ zueinander verlagerbar sind. Zur Verlagerung der Kolben-Zylindereinheiten sind Getriebe mit Führungsschlitzen und alternativ mit Schwenkachsen vorhanden. Die bekannten Konstruktionen sind aufwendig und raumgreifend.The GB 2 431 600 A describes a multi-channel pipetting head that has several piston-cylinder units that can be displaced relative to one another in the horizontal direction. Gears with guide slots and alternatively with swivel axes are available to relocate the piston-cylinder units. The well-known constructions are complex and space-consuming.

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 from one another 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 task is solved 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 projecting upwards 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 therein from above and is sealed from the cylinder and which engages with a piston head at its upper end through the opening into the groove, several guides which can be moved along a horizontal axis, on each guide a cylinder and a hollow one protruding downwards and a pin connected to a through hole in the lower end of the cylinder is held,
  • whereby each piston head has a protruding upper contact point on the top and rests against the upper limit and the underside has a protruding lower contact point that is laterally offset from the upper contact point and rests on the lower limit, whereby the piston head when the guide is displaced laterally along the horizontal axis can avoid clamping forces by tilting in the groove and is held by elastic restoring forces in the piston-cylinder unit that occur during tilting 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 on a guide (holder) together with a cylinder of a piston-cylinder unit and the pin can be moved along the horizontal axis together with the piston-cylinder unit. This enables small and constant dead volumes between the pins and the piston-cylinder units connected to them. When the piston-cylinder units are moved along the axis, the piston heads are displaced in the groove of the piston actuator. With a conventional design of the piston heads and the piston actuator, the piston heads would have to be arranged with a clearance in the receptacle of the piston actuator. This would affect 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 constant contact with two upper and lower contact points that are laterally offset from one another at the upper limit and the lower limit Nut on. This allows the piston heads to compensate for manufacturing tolerances by being arranged in the groove slightly tilted or aligned slightly obliquely to the horizontal. The result of this is that the piston heads tilt slightly in the groove when they are moved laterally and clamping forces can be avoided that would prevent the piston heads from moving 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 when 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, tolerances in the production of the components can be compensated for by the coupling between the piston and piston actuator. Manufacturing-related differences in the dimensions of the piston heads and the groove can 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 low and constant dead volume and the play-free arrangement of the piston heads in the groove, a multi-channel pipetting head is achieved in which the distances between the pins are adjustable 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 such that they would form an interference fit if the piston-cylinder unit were a non-elastically deformable, rigid system. This ensures that, with all dimensions within 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 moving in the direction of the axis, the piston heads can avoid increased clamping forces by tilting further.

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 top 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 promote 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 the top on a spherical cap and/or on the underside a lower contact point on the lower edge of a downward-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 around 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 from the horizontal axis than the upper contact points. This ensures that the guides pivot until they come into contact with the piston actuator due to the restoring forces that occur when the piston heads are tilted, 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 extends further in the horizontal direction on the side of the opening compared to the lower boundary above upper limit. The upper limit can serve as a guide system.

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 cuff seal at the top, through which a piston rod connected to the piston is guided upwards in a sealing manner. The elastic cuff seal can be used on slim pistons of piston-cylinder units with low 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 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 moved upwards relative to the guide against the compression spring. This allows several pipette tips to be clamped evenly onto the various cones.

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. By bending the relatively slim piston rod, the elastic restoring forces of the piston-cylinder unit can be generated.

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. This makes it possible to achieve a reproducible adjustment of the pins in different positions along the horizontal axis. According to a further embodiment, the control gear is a manually driven, mechanical control gear or one driven by an electric motor driven, electromechanical control gear. According to a further embodiment, the electromechanical control gear is connected to an electronic control device that 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 drivable, mechanical control gear is a scissor lever gear with an adjustment wheel, a gear, a toothed slide and a gate. This allows a particularly precise setting to be achieved with the vertical alignment of the pins and the piston-cylinder devices remaining unchanged. For this purpose, according to a further embodiment, each guide is suspended at the top and bottom of the gate. 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 pins 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 accompanying drawings of exemplary embodiments. Shown in the drawings:
Fig. 1
a front view of a multi-channel 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 Fig. 1 vertical vertical section through a guide;
Fig. 5
Guide with pin and piston-cylinder unit as well as piston actuator of another 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 information "top" and "bottom" as well as "side" refers 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 pins.

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 Fig. 1 to 3 The multi-channel pipetting head 1 includes 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 covered 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 protrudes 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. On the axis 5, several guides 6 (in the example 4) are displaceable in the horizontal direction and pivotally mounted about 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 on the axis 5 can be moved in the direction of the axis and is pivotally mounted 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 that 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 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 pin section 10, the pin 11 has a lower shoulder 17 and at the upper end of the upper pin 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 on the top of the bearing section 7, so that pins 11 and cylinder 12 are held in the bearing section 7 so that they cannot be moved in the vertical direction. The upper pin 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 storage section 7 is shown Fig. 2 and 4 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 4 the guides 6 each have a longitudinal slot 24, 25 at the top and bottom. The longitudinal slots 24, 25 serve to engage the upper and lower bearing pins of a scissor lever mechanism (gate) for displacing 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, e.g. 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.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 4 a piston 26 which is inserted 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 sits. At the upper end of the piston rod 27, the piston has a piston head 30. The piston head 30 includes one flat, for example circular disc-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 top of the circular disk-shaped section 31. The lower contact point 33 is located at the lower edge 35 of a cylinder 36 which protrudes 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 at 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 made in one piece with the piston 26 or 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 4 The multi-channel pipetting head 1 includes a horizontal piston actuator 38, which is arranged next to the holding sections 23 above the cylinders 12. The piston actuator 38 has a horizontal groove 39 on the side opposite the holding sections 23. An upper boundary 40 of the groove 39 projects further towards the holding section than a lower boundary 41. On the side of the holding sections 23, the groove 39 has an opening 42. Part of the piston heads 30 is inserted through the opening 42 into the groove 39, so that the ball 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 against 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 a pipette upper part via a snap connection and the upper end of the drive rod 43 can be connected via a clamp connection to a drive device in the pipette upper part for vertically displacing 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 joining the piston head 30 and the piston actuator 38, the excess size of the piston head 30 with respect to the groove 39 forces an inclination of the piston head 30 to the vertical (eg of 0.5°). In this position, the piston 26 is easily movable with the piston head 30 in the axial direction in the piston actuator 38. The preload in the piston-cylinder unit 13 generated by the inclination of the piston head 30 holds the piston head 30 in the tilted position. The guide 6 and the cylinder 12 can have the inclination A (cf. Fig. 4 ) of the piston head 30 cannot follow because the guide 7 hits the piston actuator 38 and thus blocks inward rotation. 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 on the contact points 32, 33 in the piston actuator 38 without play at any time and excludes any 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 5 and 6 differs from that described above primarily in that the lower piston section is the lower end of the piston rod 27. Furthermore, the piston 26 is not sealed via a sealing element in a piston raceway of the cylinder 12, but via a cuff 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 cuff seal 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 pin section 10 and is supported at the bottom on a lower shoulder 17 of the upper pin section 10 and at the top on the underside of the bearing section 7. Further up, the upper pin section 10 has a tangential flattening 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 with it are fixed to 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 pins 7 on the guides 6 ensures that the pipette tips are clamped onto the various pins 7 at a largely uniform height.

Claims (15)

  1. A multichannel pipette head comprising
    • a horizontal plunger actuator (38) comprising at least one groove (39) with an upper boundary (40), a lower boundary (41), and a lateral opening (42),
    • a drive rod (43) for displacing the plunger actuator (38) in a vertical direction,
    • multiple plunger-cylinder units (13) each comprising a hollow cylinder (12) and a plunger (26) that engages therein from above, is sealed with respect to the cylinder (12), and engages by a plunger head (30) at its upper end through the opening (42) into the groove (39),
    • multiple guides (6) that can be displaced along a horizontal shaft (5), wherein a cylinder (12) and a hollow, downwardly projecting nipple (11) that is connected to a through-hole (15) in the lower end of the cylinder (12) is held at each guide (6),
    • wherein each plunger head (30) comprises, on the upper side, a projecting upper abutment point (32) that abuts the upper boundary (40) and, on the lower side, comprises a projecting lower abutment point (33) that is laterally offset with respect to the upper abutment point (32) and abuts the lower boundary (41), as a result of which, during a lateral displacement of the guide (6) along the horizontal shaft (5), the plunger head (30) can evade clamping forces by tilting in the groove (39) and, due to restoring forces in the plunger-cylinder unit (13) that occur during tilting, is held by the upper abutment point (32) in abutment against the upper boundary (40) and by the lower abutment point (33) in abutment against the lower boundary (41) of the groove (39).
  2. The multichannel pipette head according to claim 1, wherein the plunger heads (30) and the groove (39) are designed such that they would form an interference fit if the plunger-cylinder unit (13) were a non-elastically deformable, rigid system.
  3. The multichannel pipette head according to claim 1 or 2, wherein each plunger head (30) comprises an upper abutment point (32) in the form of an upper abutment point or an upper abutment line on the upper side and/or wherein the plunger head (30) comprises a lower abutment point (33) in the form of a lower abutment point or a lower abutment line on the lower side.
  4. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 3, wherein each plunger head (30) comprises, on the upper side, an upper abutment point (32) at a spherical cap (34) and/or comprises, on the lower side, a lower abutment point (33) at the lower edge of a cylinder (35) that is directed downward.
  5. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 4, wherein the guides (6) are rotatably mounted on the horizontal shaft (5).
  6. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 5, wherein the lower abutment points (33) are laterally offset further from the horizontal shaft (5) than the upper abutment points (32).
  7. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 6, wherein the groove (39) comprises an upper boundary (40) that projects further in the horizontal direction on the side of the opening (42) with respect to the lower boundary (41).
  8. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 7, wherein each cylinder (12) comprises, at the top, resilient hat-leather packing (46) through which a plunger rod (27) that is connected to the plunger (26) is guided upward in a sealing manner.
  9. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 8, wherein each plunger (26) comprises, on the outer periphery, a circumferential resilient sealing element (29) that seals against a plunger travel surface on the inside of the cylinder (12).
  10. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 9, wherein each nipple (11) is supported via a compression spring (48) on the guide (6), such that the nipple (11) can be displaced upward with respect to the guide (6) counter to the compression spring (48).
  11. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 10, wherein each plunger (26) comprises an elastically deflectable plunger rod (27).
  12. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 11, wherein each guide (6) can be displaced in a horizontal direction by means of a control mechanism.
  13. The multichannel pipette head according to any one of claims 1 to 12, wherein the mechanism is a scissor-lever mechanism comprising an adjusting wheel, a toothed wheel, a toothed slide, and a grid.
  14. The multichannel pipette head according to claim 13, wherein each guide (6) is suspended at the top and bottom of the grid.
  15. The multichannel pipette head according to claim 14, wherein each guide (6) is suspended on nipples projecting from the grid via a hole and via a vertical longitudinal slot or via two vertical longitudinal slots (24, 25).
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