EP4770801A1 - Pipettiervorrichtung, pipettierroboter und verfahren zur verwendung der pipettiervorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Pipettiervorrichtung (1) zur Dosierung einer Flüssigkeit (60) mittels eines Fluidstromes. Die Pipettiervorrichtung (1) umfasst eine Pumpe (2) mit einer Pumpkammer (27) zur Erzeugung des Fluidstromes, wobei in der Pumpkammer (27) ein Pumpelement (20) angeordnet ist, durch welches die Pumpkammer (27) in eine Druckkammer (21) und eine Saugkammer (22) unterteilt wird, und das Pumpelement (20) derart in der Pumpkammer (27) bewegbar ist, dass der Fluidstrom durch eine Volumenveränderung der Druckkammer (21) und der Saugkammer (22) erzeugt werden kann. Ausserdem umfasst die Pipettiervorrichtung (1) ein Ventil (3) zur Steuerung des Fluidstromes, wobei das Ventil (3) über einen ersten Einlass (31) mit der Druckkammer (21) strömungsverbunden ist und über einen zweiten Einlass (32) mit der Saugkammer (22) strömungsverbunden ist. Zudem umfasst die Pipettiervorrichtung (1) ein Verbindungselement (6) mit einem Fluideinlass (63), welcher derart mit einem Auslass (38) des Ventils (3) strömungsverbunden ist, dass der von Pumpe (2) erzeugte Fluidstrom zur Dosierung über das Verbindungselement (6) auf die Flüssigkeit (60) einwirken kann.

Description

P ipettiervorrichtunq , Pipettierroboter und Verfahren zur Verwendung der

Pipettiervorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Pipettiervorrichtung zur Dosierung einer Flüssigkeit, ein Pipettierroboter sowie ein Verfahren zur Verwendung der Pipettiervorrichtung gemäss Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.

Im Stand der Technik werden Pipetten zum Dosieren von Flüssigkeiten verwendet. Meist werden Pipetten dabei im medizinischen Bereich verwendet, wobei Pipettenspitzen als Wegwerfartikel aus Kunststoff verwendet werden, um Kontaminationen zu vermeiden. Für kleine Volumina werden sogenannte Mikropipetten verwendet, wobei kleine Volumina von ungefähr 100 Nanolitern und mehr pipettiert werden können. Für repetitive Arbeiten gibt es elektronisch gesteuerte Pipetten, welche insbesondere auch bei Laborautomaten und -robotern Anwendung finden.

Manche Pipetten arbeiten nach dem Verdrängungsprinzip, wobei ein beweglicher Kolben Luft verdrängt, beziehungsweise heranzieht, wodurch eine Flüssigkeit aus der beziehungsweise in die Pipettenspitze gelangt.

Alternativ zum Verdrängerprinzip gibt es im Stand der Technik Pipetten, welche nach dem Luftpolsterprinzip arbeiten. Eine entsprechende Pipettiervorrichtung ist zum Beispiel aus der DE10237770A1 bekannt. Hierbei trennt eine Luftsäule, die in der Pipettenspitze aufgesaugte Flüssigkeit und einen Innenraum der Pipette. Durch die Bewegung eines Pumpelements der Pumpe entsteht ein Unterdrück in der Pipettenspitze, der das Aufsteigen der Flüssigkeit in die Spitze bewirkt. Die durch das Pumpelement bewegte Luftsäule sorgt für einen Fluidstrom, aufgrund dessen die Bewegung der Flüssigkeit in die beziehungsweise aus der Pipettenspitze erfolgt.

Weiter sind im Stand der Technik Vorrichtungen bekannt, welche ausschliesslich zur Abgabe von Flüssigkeiten verwendet werden. Im Gegensatz zu Pipetten verfügen diese Vorrichtungen in der Regel über ein Reservoir, aus welchem die Flüssigkeit abgegeben wird. Dabei wird ein bestimmtes Volumen repetitiv aus dem Reservoir abgegeben. Eine entsprechende Flüssigkeitsabgabevorrichtung ist aus der US 7,303,728 B2 bekannt. Ausserdem ist aus der WO 2006005923 A1 ein Flüssigkeitsabgabesystem zur Abgabe von Flüssigkeitsvolumina im Submillimeterbereich bekannt.

Aus der WO 2022023703 A1 sind resonante akustische Pumpen bekannt, bei welchen das Volumen einer Pumpkammer verkleinert wird, um ein Fluid aus der Pumpkammer zu bewegen. Bei der EP 1531937 A1 wird dabei eine piezoelektrische Pumpe für eine Pipettiereinrichtungen verwendet. Dabei ist die Pumpe eine scheibenförmigen Mikropumpe mit einer Pumpkammer und einem piezoelektrischen Membran-Betätigungselement, welches durch das Anlegen einer Spannung derart bewegt werden kann, dass sich das Volumen der Pumpenkammer verändern kann. Zur Steuerung umfasst die Mikropumpe dabei zwei Ventile mit piezoelektrischen Elementen.

Die vorangehende beschriebenen Vorrichtung weisen jedoch einen komplexen Aufbau auf beziehungsweise ermöglichen keine präzise, schnelle und genaue Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Pipettiervorrichtung zur Dosierung von Flüssigkeiten, einen Pipettierroboter sowie ein Verfahren zur Verwendung der Pipettiervorrichtung bereitzustellen, welche die aus dem Stand der Technik bekannten nachteiligen Wirkungen vermeiden, insbesondere eine präzise und schnell Verarbeitung von Flüssigkeiten ermöglichen und einen einfachen Aufbau aufweisen.

Die Aufgabe wird durch eine Pipettiervorrichtung, einen Pipettierroboter und durch ein Verfahren zur Verwendung der Pipettiervorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.

Erfindungsgemäss wird eine Pipettiervorrichtung zur Dosierung einer Flüssigkeit mittels eines Fluidstromes vorgeschlagen, welche eine Pumpe, ein Ventil und ein Verbindungselement umfasst.

Die Pumpe hat eine Pumpkammer zur Erzeugung des Fluidstromes, wobei in der Pumpkammer ein Pumpelement angeordnet ist, durch welches die Pumpkammer in eine Druckkammer und eine Saugkammer unterteilt wird. Das Pumpelement ist derart in der Pumpkammer bewegbar, dass der Fluidstrom durch eine Volumenveränderung der Druckkammer und der Saugkammer erzeugt werden kann.

Das Ventil wird zur Steuerung des durch die Pumpe erzeugten Fluidstromes verwendet, wobei das Ventil über einen ersten Einlass mit der Druckkammer strömungsverbunden ist und über einen zweiten Einlass mit der Saugkammer strömungsverbunden ist.

Das Verbindungselement hat einen Fluideinlass, welcher derart mit einem Auslass des Ventils strömungsverbunden ist, dass der von Pumpe erzeugte Fluidstrom zur Dosierung über das Verbindungselement auf die Flüssigkeit einwirken kann.

Durch die Kombination von Ventil und Pumpe wir ein System zur präzisen Flüssigkeitsübertragung bereitgestellt, welches insbesondere nach dem Luftverdrängungsprinzip arbeitet. Dabei kann der Fluidstrom insbesondere als Gas- beziehungsweise Luftstrom verstanden werden, wobei die Pumpkammer ein mit Luft / Gas gefüllter Raum (der insbesondere scheibenförmig sein kann) ist, welcher durch ein Gehäuse umschlossen wird. Das Pumpelement trennt dabei die Druckkammer und die Saugkammer vorzugsweise gasdicht voneinander ab.

Durch die Anordnung von dem Ventil mit mehreren Einlässen zu den verschiedenen Pumpkammern kann die Flüssigkeitsabgabe und Flüssigkeitsaufnahme präzise gesteuert werden. Ausserdem erlaubt diese Anordnung ein schnelles Umschalten. Es werden weder mehrere Pumpen noch andere Kammern benötigt. Ausserdem wird durch die Verwendung der Pumpe mit den zwei Kammern ein grosser Pipettiervolumenbereich ermöglicht.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Pumpe eine Mikropumpe, insbesondere eine piezoelektrische Mikropumpe. Unter einer Mikropumpe kann dabei eine Pumpe von geringer baugrösser verstanden werden, welche somit insbesondere für Pipettiervorrichtungen geeignet ist und eine oszillierende Membran als Pumpelement verwenden kann. Hierfür kann das Pumpelement eine piezoelektrische Scheibe sein oder das Pumpelement kann eine Membran und ein piezoelektrisches Betätigungselement zum Bewegen (Oszillieren) der Membran umfassen.

Durch das Bewegen der Membran beziehungsweise der piezoelektrischen Scheibe erfolgt entsprechend eine Volumenänderung (durch eine resonante stehende Welle) der Druckkammer und der Saugkammer, wobei eine Volumenverkleinerung der Saugkammer eine Volumenvergrösserung der Druckkammer zu Folge hat und umgekehrt. Piezoelektrische Pumpen sind als sogenannte resonante akustische Pumpen aus der W02022023703 bekannt. In dieser Hinsicht wird deshalb Bezug genommen auf die Anmeldung W02022023703, deren Inhalt hiermit in diese Anmeldung aufgenommen wird. Die piezoelektrische Mikropumpe kann dabei eine akustische Resonanz mit hoher Amplitude in scheibenförmigen Hohlräumen (mit einem hohen Seitenverhältnis, d. h. dem Verhältnis des Radius des Hohlraums zur Höhe des Hohlraums.) verwenden, in denen radiale Druckschwingungen angeregt werden.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Pumpkammer dabei eine erste und zweite Endwand umfassen, die mit einer Umfangsseitenwand verbunden sind, wobei die erste und zweite Endwand jeweils eine Öffnung (Drucköffnung und Säugöffnung) umfassen, die die Einwegventile enthalten. Das Pumpelement befindet sich zwischen der ersten und zweiten Endwand und durch einen Isolator (Halteelement) mit der Umfangsseitenwand verbunden, um erste und zweite Hohlräume zur Aufnahme des Fluids zu definieren (also Druckkammer und Saugkammer), wobei jeder der Hohlräume im Wesentlichen zylindrisch ist und eine charakteristische Höhe und einen charakteristischen Radius aufweist. Dabei kann das Verhältnis des Radius zur Höhe grösser als etwa 1 ,2 sein. Das Pumpelement ist so konfiguriert, dass er in einer axialen Richtung schwingt, um radiale Druckschwingungen des Fluids im ersten und zweiten Hohlraum zu erzeugen.

In der Praxis kann der erste Einlass des Ventils über eine Druckleitung mit einer Drucköffnung der Druckkammer strömungsverbunden sein. Ausserdem kann an der Drucköffnung ein Einwegventil angeordnet sein (also nur in eine Richtung durchströmbar, insbesondere ein Rückschlagventil), welches derart ausgerichtet ist, dass der Fluidstrom nur in Richtung des ersten Einlasses beziehungsweise des Ventils erfolgen kann. Dabei wird durch die Druckkammer ein Überdruck erzeugt, welcher zum Fluidstrom in Richtung des Ventils (also aus der Druckkammer) führt.

Ausserdem kann der zweite Einlass über eine Saugleitung mit einer Säugöffnung der Saugkammer strömungsverbunden sein. Auch an der Säugöffnung kann ein Einwegventil angeordnet ist, welches jedoch derart ausgerichtet ist, dass der Fluidstrom nur aus Richtung des zweiten Einlasses beziehungsweise des Ventils erfolgen kann. Dabei wird durch die Saugkammer ein Unterdrück erzeugt, welcher zum Fluidstrom aus Richtung des Ventils (also in die Saugkammer) führt.

Folglich kann durch die Saugkammer der Unterdrück (Saugdruck) in einem Ventilinnenraum / einer Ventilkammer des Ventils erzeugt werden und durch die Druckkammer der Überdruck im Ventilinnenraum / der Ventilkammer des Ventils erzeugt werden. Bei Öffnen des Auslasses des Ventils führt der Überdruck zu einem Fluidstrom in Richtung des Verbindungselements, wodurch eine Abgabe von Flüssigkeit aus dem Verbindungselement erfolgen kann und der Unterdrück führt zu einem Fluidstrom aus Richtung des Verbindungselements, wodurch eine Aufnahme von Flüssigkeit in das Verbindungselement erfolgen kann. Vorzugsweise ist der Auslass des Ventils jedoch einfach als Öffnung ausgestaltet, sodass der Überdruck beim Öffnen des ersten Einlasses zu einem Fluidstrom in Richtung des Verbindungselements führt, wodurch eine Abgabe von Flüssigkeit aus dem Verbindungselement erfolgen kann und der Unterdrück beim Öffnen des zweiten Einlasses zu einem Fluidstrom aus Richtung des Verbindungselements führt, wodurch eine Aufnahme von Flüssigkeit in das Verbindungselement erfolgen kann. Bevorzugt ist das Verbindungselement dabei ein Pipettenspitzenadapter, welcher einen Kanal umfasst, der sich von dem Fluideinlass zu einem Fluidauslass erstreckt, wobei der Fluidauslass an einem Aufnahmeelement zur Aufnahme einer Pipettenspitze angeordnet ist. So kann die Aufnahme und Abgabe der Flüssigkeit über eine austauschbare Pipettenspitze erfolgen, wodurch Kreuzkontaminationen vermieden werden.

Die Druckkammer und die Saugkammer können jeweils eine Ausgleichsöffnung umfassen, durch welche ein Innenraum der Druckkammer und ein Innenraum der Saugkammer mit der Umgebung strömungsverbunden ist. Die Ausgleichsöffnung kann also insbesondere als Öffnung in einer die Kammer umgebenden Gehäusewand verstanden werden, durch welche Gas in die Kammer einströmen beziehungsweise aus der Kammer ausströmen kann. So kann bei dem Fluidstrom aus der Druckkammer Gas in die Druckkammer einströmen und bei dem Fluidstrom in die Saugkammern Gas aus der Saugkammer ausströmen.

In der Praxis können die Saugleitung und / oder die Druckleitung eine Umgehungsöffnung (Bypass-Öffnung) umfassen, welche derart dimensioniert ist, dass ein vorgebbarer Minimalfluss unabhängig von der Minimalleistung der Pumpe eingestellt werden kann. Der Minimalfluss kann dabei eingestellt werden, da durch die Umgehungsöffnung ein Druckabfall (bei der Druckleitung) oder ein Druckanstieg (bei der Saugleitung) erfolgt, welche beide abhängig von der Grösse der Umgehungsöffnung sind.

Die Pipettiervorrichtung kann eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung des Ventils und der Pumpe umfassen, wobei die Steuerungseinrichtung eine Ventilsteuerung zur separaten Ansteuerung des ersten Einlasses und des zweiten Einlasses (und gegebenenfalls des Auslasses) umfassen kann. Ausserdem kann die Steuerungseinrichtung eine Pumpsteuerung zur Steuerung der Bewegung des Pumpelementes umfassen. Zudem kann ein Druck- und / oder Durchflusssensor vorgesehen sein, welcher mit der Steuerungseinrichtung verbunden ist und zur Druck- und / oder Durchflussbestimmung an dem Auslass und / oder dem Verbindungselement angeordnet ist.

In der Praxis kann das Ventil ein Drei-Wegeventil (3/3), insbesondere ein piezoelektrisches Drei-Wegeventil sein. Das Ventil verwendet dabei insbesondere (separate / separat ansteuerbare) piezoelektrische Aktuatoren für den ersten und zweiten Einlass, durch deren Bewegung / Verformung der Durchfluss des Fluidstromes ermöglicht wird. Durch die Ventilsteuerung kann dabei eine elektrische Spannung an die Aktuatoren angelegt werden, wobei ein piezoelektrisches Material der Aktuatoren komprimiert oder gedehnt wird (abhängig von der angelegten Spannung). Diese mechanische Verformung erzeugt eine Bewegung. Durch die Bewegung des piezoelektrischen Aktuators wird ein entsprechendes Verschlusselement entweder gegen einen Ventilsitz gedrückt, um den Fluidstrom zu blockieren, oder von ihm entfernt, um den Fluidstrom zu ermöglichen. Da das piezoelektrische Material sofort auf Änderungen der elektrischen Spannung reagiert, kann das Ventil also innerhalb von sehr kurzer Zeit geöffnet oder geschlossen werden. Dies ermöglicht eine präzise Steuerung des Fluidstromes und somit eine sehr präzise Flüssigkeitsaufnahme und Flüssigkeitsabgabe. Ausserdem sind der erste Einlass und der zweite Einlass separat und zuverlässig ansteuerbar, sodass ein Ventilinnenraum des Ventils entweder mit der Druckkammer oder der Saugkammer strömungsverbindbar ist. So wird insbesondere ein nahtloser Wechsel zwischen positivem, negativem und keinem Durchfluss ermöglicht.

Ein beliebiges Dosiervolumen der Flüssigkeit kann dabei durch ein Zusammenwirken von Ventilsteuerung und Druck- / Durchflusssensoren der Steuerungseinrichtung eingestellt werden. Der Durchflusssensor kann insbesondere Luftdurchsatz von 0,1 bis 1000 pl/s messen und der Drucksensor Luftdrücke von 1 bis 1050 hPa. Das Ventil kann also als automatisiertes Ventil verwendet werden, welches mit Sensoren und der Steuerungseinrichtung verbunden ist, um den Durchfluss basierend auf bestimmten Bedingungen oder Parametern zu steuern.

In der Praxis kann die Pipettiervorrichtung ein Teil eines Robotersystems sein. Ein Pipettierroboter kann also eine Pipettiervorrichtung oder eine Vielzahl von Pipettiervorrichtungen umfassen, welche durch eine Bewegungsvorrichtung bewegt und gesteuert werden können. Die Bewegungsvorrichtung kann dabei ein Roboterarm sein. Frei programmierbare Bewegungsabläufe ermöglichen es dabei vielfältige Aufgaben in verschiedensten Anwendungsbereichen durchzuführen.

Alternativ kann die Pipettiervorrichtung ein (insbesondere batteriebetriebenes) Handgerät sein.

Erfindungsgemäss wird weiter ein Verfahren zur Verwendung der Pipettiervorrichtung vorgeschlagen, wobei der Fluidstrom durch das Bewegen des Pumpelementes innerhalb der Pumpkammer erzeugt wird. Durch Öffnen des ersten Einlasses kann der Überdruck in dem Ventilinnenraum erzeugt werden und durch Öffnen des zweiten Einlasses der Unterdrück. So wird der Fluidstrom dann auf die Flüssigkeit übertragen / kann auf die Flüssigkeit einwirken. Alternativ kann der Fluidstrom durch Öffnen des Auslasses wie vorangehend beschrieben auf die Flüssigkeit übertragen werden.

In der Praxis kann über die Sensoren (Druck und Durchfluss) der Fluidstrom über die Zeit gemessen werden sowie eine Messung der AusdehnungA/erdichtung des Volumens in der Pipettenspitze und dem Pipettenspitzenadapter erfolgen, um das verdrängte Luftvolumen zu bestimmen. Das verdrängte Luftvolumen verursacht eine Druckdifferenz, die die Flüssigkeit in oder aus der Pipettenspitze, die am Pipettenspitzenadapter befestigt ist, zieht/drückt. Das Luftverdrängungsvolumen kann durch eine präzise Messung des Fluidstroms unter ständiger Druckregelung ermittelt werden, um eine Steuerung des Ventils und somit des Dosiervolumens zu ermöglichen.

Die erfindungsgemässe Pipettiervorrichtung hat folgende wesentliche Vorteile gegenüber einer manuellen Pipette. Es wird ein schnelles und präzises Pipettieren ohne Kenntnis der Eigenschaften der bewegten Flüssigkeit ermöglicht. Es wird eine ungewöhnlich grosser Pipettiervolumenbereich (ersetzt mehrere manuelle Standardpipetten) ermöglicht. Da der Pipettiermechanismus vollständig durch elektrische Bewegung angetrieben wird, lassen sich ausserdem viele sekundäre Eigenschaften realisieren, wie zum Beispiel Autokalibrierung, tropffreie Kontrolle, Multidispensing und Bluetooth-Konnektivität.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Pipettiervorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Pipettiervorrichtung.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Pipettiervorrichtung 1 zur Dosierung einer Flüssigkeit 60 mittels eines Fluidstromes.

Die Pipettiervorrichtung 1 umfasst eine Pumpe 2 mit einer Pumpkammer 27 zur Erzeugung des Fluidstromes, wobei in der Pumpkammer 27 ein Pumpelement 20 angeordnet ist, durch welches die Pumpkammer 27 in eine Druckkammer 21 und eine Saugkammer 22 unterteilt wird.

Das Pumpelement 20 ist derart in der Pumpkammer 27 bewegbar, dass der Fluidstrom durch eine Volumenveränderung der Druckkammer 21 und der Saugkammer 22 erzeugt werden kann.

Ausserdem umfasst die Pipettiervorrichtung 1 ein piezoelektrisches Drei- Wegeventil 3 zur Steuerung des Fluidstromes, wobei das Drei-Wegeventil 3 (also ein Innenraum 30) über einen ersten Einlass 31 und über eine Druckleitung 33 mit einer Drucköffnung 23 der Druckkammer 21 strömungsverbunden ist. Dabei ist in der Drucköffnung 23 ein Einwegventil 23 angeordnet, welches derart ausgerichtet ist, dass der Fluidstrom nur in Richtung des Drei-Wegeventils 3 strömen kann.

Weiter ist das Drei-Wegeventil 3 (also der Innenraum 30) über einen zweiten Einlass 32 und über eine Saugleitung 34 mit einer Säugöffnung 24 der Saugkammer 22 strömungsverbunden, wobei in der Säugöffnung 24 ein Einwegventil 24 angeordnet ist, welches derart ausgerichtet ist, dass der Fluidstrom nur aus Richtung des Drei-Wegeventils 3 strömen kann.

Zudem umfasst die Pipettiervorrichtung 1 eine Steuerungseinrichtung 4 zur Steuerung des Drei-Wegeventils 3 und der Pumpe 2. Zum Öffnen und Schliessen des ersten und zweiten Einlasses 32, 33 umfasst das Drei- Wegeventil 3 dabei piezoelektrische Aktuatoren 47, welche durch eine Ventilsteuerung 45 der Steuerungseinrichtung 4 gesteuert werden.

Ausserdem umfasst die Pipettiervorrichtung 1 einen Pipettenspitzenadapter 6, welcher einen Kanal 62 umfasst, der sich von einem Fluideinlass 63 zu einem Fluidauslass 64 erstreckt, wobei der Fluidauslass 64 an einem Aufnahmeelement 65 zur Aufnahme einer Pipettenspitze 61 angeordnet ist. Dabei ist der Pipettenspitzenadapter 6 derart mit einem Auslass 38 des Ventils 3 strömungsverbunden, dass die Flüssigkeit 60 durch den von Pumpe 2 erzeugten Fluidstrom in die Pipettenspitze 61 aufgenommen beziehungsweise aus der Pipettenspitze 61 ausgeworfen werden kann.

Hierbei ist die Pumpe 2 als piezoelektrische Mikropumpe 2 mit einer scheibenförmigen Pumpkammer 27 ausgestaltet, wobei das Pumpelement 20 eine Membran mit einem piezoelektrischen Betätigungselement ist, welche durch eine Pumpsteuerung 43 der Steuervorrichtung 4 gesteuert wird. Dabei wird an das piezoelektrische Betätigungselement eine Spannung angelegt, um die Membran in Bewegung zu versetzen.

Ausserdem umfasst die Steuervorrichtung 4 ein Steuerelement 41 , welches mit dem Drucksensor 51 und dem Durchflusssensor 52 verbunden ist und einen Spannungsregulator 42, welcher an einer Stromquelle 46 angeschlossen ist.

Da die Pumpkammer 27 durch das Pumpelement 20 in die Druckkammer 21 und Saugkammer 22 unterteilt ist, hat die Pumpkammer 27 zwei Abschnitte 21 , 22, welche übereinander angeordnet sind. Um ein hohes Kompressionsverhältnis zu erreichen, weist die Pumpenkammer 27 dabei eine geringe Höhe auf.

Bei einem Ansaugvorgang wird zunächst das Drei-Wegeventil 3 derart betätigt, dass nur der zweite Einlass 32 geöffnet ist. Das Betätigen des Drei- Wegeventils 3 erfolgt durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktuator 47.

Ausserdem wird an das piezoelektrische Betätigungselement des

Pumpelementes 20 eine Spannung angelegt, um eine Verformung der Membran zu bewirken, so dass sich das Volumen der Saugkammer 22 vergrössert. Dadurch entsteht in der Saugkammer 22 ein Unterdrück, wodurch Luft aus der Saugleitung 34 angesaugt wird, welche durch das Einwegventil 24 in die Saugkammer 22 strömt.

Hierdurch wird ein Fluidstrom in Richtung der Pumpe 2 erzeugt, welcher über den Auslass 38 des Drei-Wegeventils 3 und durch den Kanal 62 auf die Flüssigkeit 60 übertragen wird, welche so in die Pipettenspitze 61 gesaugt wird.

Nach dem Beenden des Ansaugvorgangs wird der zweite Einlass 32 geschlossen.

Bei einem Ausstossvorgang wird zunächst das Drei-Wegeventil 3 derart betätigt, dass nur der erste Einlass 31 geöffnet ist. Das Betätigen des Drei- Wegeventils 3 erfolgt durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung an den piezoelektrischen Aktuator 47.

Ausserdem wird an das piezoelektrische Betätigungselement des Pumpelementes 20 eine Spannung angelegt, um eine Verformung der Membran zu bewirken, so dass sich das Volumen der Druckkammer 21 verkleinert. Dadurch entsteht in der Druckkammer 21 ein Überdruck, wodurch Luft aus der Druckkammer 21 gedrückt wird, welche durch das Einwegventil 23 in die Druckleitung 33 strömt.

Hierdurch wird ein Fluidstrom in Richtung des Drei-Wegeventils erzeugt, welcher über den Auslass 38 des Drei-Wegeventils 3 und durch den Kanal 62 auf die Flüssigkeit 60 übertragen wird, welche so aus der Pipettenspitze 61 ausgestossen wird.

Nach dem Beenden des Ausstossvorgangs wird der erste Einlass 31 geschlossen. Die Druckkammer 21 und die Saugkammer 22 umfassen jeweils eine Ausgleichsöffnung 25, 26, durch welche ein Innenraum der Druckkammer 21 und ein Innenraum der Saugkammer 22 mit der Umgebung strömungsverbunden ist, sodass Luft einströmen beziehungsweise ausströmen kann. Die Ausgleichsöffnungen 25, 26 sind Öffnungen in einer die Pumpkammer 27 umgebenden Gehäusewand.

Durch eine kontinuierliche Durchflussmessung durch den kombinierten Durchfluss- und Drucksensor 5 kann das Ventil 3, sobald das Zielvolumen erreicht ist, geschlossen werden und die Pumpe 2 gestoppt werden. Die Überwachung der Durchflussmenge unterstützt auch die Möglichkeit zur Mehrfachdosierung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Pipettiervorrichtung 1. Der Aufbau der Pipettiervorrichtung 1 entspricht dabei dem Aufbau der Ausführungsform von Fig. 1 , jedoch umfasst die Pipettiervorrichtung 1 zusätzlich einen Umgebungsdrucksensor 44, welcher dazu verwendet wird, um Pipettierfehler aufgrund von Umgebungsdruckänderungen zu kompensieren.

Weiter umfasst die Saugleitung 34 eine Umgehungsöffnung 36 und ein Dämpfungsvolumen 39, um einen langsamen und wellenfreien Druck- und Flussanstieg zu ermöglichen.

Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können von Fachleuten beim Praktizieren einer beanspruchten Erfindung aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der abhängigen Ansprüche verstanden und bewirkt werden. In den Ansprüchen schliesst das Wort „umfassend“ keine anderen Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ schliesst keine Vielzahl aus. Die blosse Tatsache, dass bestimmte Massnahmen in voneinander verschiedenen abhängigen Ansprüchen wiederholt werden, bedeutet nicht, dass eine Kombination dieser Massnahmen nicht vorteilhaft verwendet werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Ansprüchen sollten nicht als Einschränkung des Umfangs ausgelegt werden.

Claims

1. Pipettiervorrichtung zur Dosierung einer Flüssigkeit (60) mittels eines Fluidstromes, umfassend eine Pumpe (2) mit einer Pumpkammer (27) zur Erzeugung des Fluidstromes, wobei in der Pumpkammer (27) ein Pumpelement (20) angeordnet ist, durch welches die Pumpkammer (27) in eine Druckkammer (21 ) und eine Saugkammer (22) unterteilt wird, und das Pumpelement (20) derart in der Pumpkammer (27) bewegbar ist, dass der Fluidstrom durch eine Volumenveränderung der Druckkammer (21 ) und der Saugkammer (22) erzeugt werden kann; und ein Ventil (3) zur Steuerung des Fluidstromes, wobei das Ventil (3) über einen ersten Einlass (31 ) mit der Druckkammer (21 ) strömungsverbunden ist und über einen zweiten Einlass (32) mit der Saugkammer (22) strömungsverbunden ist; und ein Verbindungselement (6) mit einem Fluideinlass (63), welcher derart mit einem Auslass (38) des Ventils (3) strömungsverbunden ist, dass der von Pumpe (2) erzeugte Fluidstrom zur Dosierung über das Verbindungselement (6) auf die Flüssigkeit (60) einwirken kann.

2. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 1 , wobei der erste Einlass (31 ) über eine Druckleitung (33) mit einer Drucköffnung (23) der Druckkammer (21 ) strömungsverbunden ist.

3. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 2, wobei an der Drucköffnung (23) ein Einwegventil (23) angeordnet ist, welches derart ausgerichtet ist, dass der Fluidstrom nur in Richtung des Ventils (3) erfolgen kann.

4. Pipettiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite Einlass (32) über eine Saugleitung (34) mit einer Säugöffnung (24) der Saugkammer (22) strömungsverbunden ist.

5. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 4, wobei an der Säugöffnung (24) ein Einwegventil (24) angeordnet ist, welches derart ausgerichtet ist, dass der Fluidstrom nur aus Richtung des Ventils (3) erfolgen kann.

6. Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Saugleitung (33) und / oder die Druckleitung (34) eine Umgehungsöffnung (36) umfassen, welche derart dimensioniert ist, dass ein vorgebbar Minimalfluss unabhängig von einer Minimalleistung der Pumpe (2) eingestellt werden kann.

7. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 3 oder 5, wobei das Einwegventil (23, 24) ein Rückschlagventil ist.

8. Pipettiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Druckkammer (21 ) und die Saugkammer (22) jeweils eine Ausgleichsöffnung (25, 26) umfassen, durch welche ein Innenraum der Druckkammer (21 ) und der Saugkammer (22) mit der Umgebung strömungsverbunden ist.

9. Pipettiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche umfassend eine Steuerungseinrichtung (4) zur Steuerung des Ventils

(3) und der Pumpe (2).

10. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerungseinrichtung

(4) eine Ventilsteuerung (45) zur separaten Ansteuerung des ersten Einlasses (31 ) und des zweiten Einlasses (32) umfasst.

11. Pipettiervorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Steuerungseinrichtung (4) eine Pumpsteuerung (43) zur Steuerung der Bewegung des Pumpelementes (20) umfasst.

12. Pipettiervorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11 umfassend einen Druck- und / oder Durchflusssensor (51 , 52), welcher mit der Steuerungseinrichtung (4) verbunden ist und zur Druck- und / oder Durchflussbestimmung an dem Auslass (38) und / oder dem Verbindungselement (6) angeordnet ist.

13. Pipettiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Pumpe (2) eine Mikropumpe (2), insbesondere eine piezoelektrische Mikropumpe (2) ist.

14. Pipettiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Pumpelement (20) eine piezoelektrische Scheibe ist oder das Pumpelement eine Membran und ein piezoelektrisches Betätigungselement zum Bewegen der Membran umfasst.

15. Pipettiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (6) ein Pipettenspitzenadapter (6) ist, welcher einen Kanal (62) umfasst, und der Kanal (62) sich von dem Fluideinlass (63) zu einem Fluidauslass (64) erstreckt, wobei der Fluidauslass (64) an einem Aufnahmeelement (65) zur Aufnahme einer Pipettenspitze (61 ) angeordnet ist.

16. Pipettiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Ventil (3) ein Drei-Wegeventil (3), insbesondere ein piezoelektrisches Drei-Wegeventil (3) ist.

17. Pipettiervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Pumpelement (20) zwischen Halteelementen der Pumpkammer (27) angeordnet ist.

18. Verfahren zur Verwendung einer Pipettiervorrichtung (1 ) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfassend

Erzeugen des Fluidstromes durch Bewegen des Pumpelementes (20) innerhalb der Pumpkammer (27);

Öffnen des ersten Einlasses (31 ) zum Erzeugen eines Überdrucks in einem Ventilinnenraum (30) des Ventils (3) und zum Übertragen des Fluidstromes auf die Flüssigkeit (60), oder

Öffnen des zweiten Einlasses (32) zum Erzeugen eines Unterdrucks im Ventilinnenraum (30) und zum Übertragen des Fluidstromes auf die Flüssigkeit (60).

19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Pipettiervorrichtung (1 ) eine Steuerungseinrichtung (4) zur Steuerung des Ventils (3) und der Pumpe (2) sowie einen Druck- und / oder Durchflusssensor (51 ,52) umfasst, wobei der Auslass (38) des Ventils (3) durch ein Signal des Druck- und / oder Durchflusssensor (51 , 52) gesteuert wird.

20. Pipettierroboter umfassend eine Pipettiervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 1-17 und eine Bewegungsvorrichtung zur Bewegung der Pipettiervorrichtung (1 ).