WO2010034290A2 - Elektronische kolbenhubpipette - Google Patents

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Marcel Hoffmann
Hans-Jürgen Hoffmann
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    • B01L3/0224—Pipettes, i.e. with only one conduit for withdrawing and redistributing liquids of the plunger pump type having mechanical means to set stroke length, e.g. movable stops

Definitions

  • the invention relates to a functional part of an electronic Kolbenhubpipette with an adapted to the manual Kolbenhubpipetten operating environment. Fields of application of the invention are analytical chemistry and medical diagnostics.
  • Piston lifting pipettes are volumetric instruments with reciprocating pistons.
  • a plastic or glass tip is placed on the piston stroke pipette. With the piston in the lower intake position, the tip is immersed in the liquid to be metered and dosed. The returning piston sucks the liquid. By depressing or displacing the piston between the volume-defining limits, the volume of liquid to be metered is expelled. With air bubble piston pipettes, there may be an additional air cushion that can be used to expel the last fluid volume.
  • the volume setting (piston position) in manual (mechanical) piston-stroke pipettes is usually performed stepwise in the microliter range or milliliter range via a counter or a micrometer screw.
  • the display is digitally mechanical.
  • the volume setting (piston adjustment) is carried out via buttons or small pushbuttons, electronically controlled and controlled. Buttons and pushbuttons are usually located laterally and / or diagonally on top of a corresponding control panel.
  • the display is via an electronic display.
  • the triggering weight for pipetting in automatic piston-stroke pipettes is much lower with approx. 50 grams and hardly burdening occupational health.
  • the piston guide is electronically controlled, making it much more precise and accurate.
  • Electronic piston-operated pipettes can do much more than just pipette.
  • Other laboratory applications such as dispensing, titration, multiple dispensing, sequential dispensing or mixing may be performed by software.
  • the task in designing and developing a new automatic (electronic) piston-stroke pipette was to develop a piston-stroke pipette that combines the advantages of a manual (mechanical) piston-displacement pipette with the advantages of the automatic (electronic) piston-driven pipette and minimizes the disadvantages of the automatic (electronic) piston-operated pipette .
  • the most important point was a self-explanatory, the well-known manual Kolbenhubpipette To create as close as possible control panel that allows the operator ergonomic cheap working in a familiar environment. It was intended to imitate the function of the control knob of the manual piston stroke pipette as closely as possible.
  • control knob for electronic Kolbenhubpipetten is such that it fits in design and execution in the overall picture of a Kolbenhubpipette and corresponds to the recognition value of a general Kolbenhubpipette.
  • the electronic Kolbenhubpipette is shown schematically in Figure 1.
  • the control knob 1 is made of thermoplastic material or metal, preferably made of polypropylene, ABS or POM.
  • the entire control knob consists of 1 or 2 parts:
  • the lower part as a cylindrical connection and / or detent to the electronics.
  • FIGS. 3-6 A schematic representation of the control knob 1 and the display housing 4 can be seen in Figure 2. More detailed illustrations have been made in FIGS. 3-6.
  • the upper part of the control knob is round or polygonal shaped, preferably 6-9 edged. About the top can be used to differentiate the volume of a different color Cover sleeve striped and / or jammed.
  • the diameter of the upper part is 18 to 22 mm, preferably 19 mm +/- 0.5 mm.
  • the thickness (thickness) of the upper part is 7 - 9 mm, preferably 8 mm +/- 0.5 mm.
  • the lower part of the control knob is cylindrically shaped with a diameter of 8-14 mm, preferably 11 mm +/- 0.5 mm.
  • the length of the lower part from the lower edge of the upper part to the lower edge of the lower part is 10-25 mm, preferably 14 mm +/- 0.5 mm).
  • the functional part according to the invention is such that
  • thermoplastics or metal preferably polypropylene, POM or ABS,
  • the functional part has an overall length of 125 to 150 mm, preferably 130 mm, See Figure 5 functional part.
  • housing display and electronic board a width of 38 to 48 mm, preferably 42.5 mm and has a length of 55 to 70 mm, preferably 58.3 mm and on this housing and the control knob is placed,
  • the functional part is ergonomically shaped so that the display and the electronic board are housed in the extended finger grip area of the functional part (clamping and / or screwing).
  • the display has a width between 22 and 30 mm, preferably 24.2 mm, and an overall height between 10 and 20 mm, preferably 16.6 mm.
  • the lower part of the finger grip area is shaped so that the index finger of the operator fits comfortably and securely in the finger recess and leads to an optimal placement of the functional part in the operator's hand and the finger grip with a radius R 10 to R 15, preferably R 12 is equipped .
  • the electronically controlled stepper motor (Linear Actuator) is fastened in the lower cylindrical or polygonal part, 4 edges or 9 edges, preferably round or 6 edges, of the functional part by clamping and / or screwing.
  • the necessary piston stroke of the pipette is carried out upwards or downwards, - That the battery or the battery of the small electric motor (Linear Actuators) is also placed in the lower cylindrical or polygonal part of the functional part.
  • the front part of the lower cylindrical or polygonal part of the functional part was shaped so that a slight to moderate curvature created by a removable handle cap, under which a commercially available, small round or square battery, preferably round, is placed to save space.
  • This battery and / or battery compartment has a length between 53 and 60 mm, preferably 54.58 mm and is covered by the handle cap,
  • this handle cap has an overall length of 90 to 120 mm, preferably 97 mm, and an outer radius of curvature between R 100 and R 110 and an inner radius of curvature between R 85 and R 90, preferably R 87.64.
  • the handle cap is equipped with ventilation channels for optimal handling.
  • the ventilation channels can be arranged both transversely and longitudinally.
  • the ventilation troughs integrated in the handle cap have a radius of R 1, 5 to R 1, 9, preferably R 1, 75.
  • the handle cap is removable and / or removable.
  • Pipette tip receiving cone, Ejektorhülse and Ejektorgestfite can be easily and easily inserted or screwed into the functional part of the invention, the coupling or mounting area down in the functional part between 35 and 40 mm long, preferably 37.4 mm.
  • the functional part has a bottom diameter between 30 and 40 mm, preferably 32.8 mm. See Fiqur 5 function part.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Funktionsteil einer elektronischen Kolbenhubpipette mit einer an die manuellen Kolbenhubpipetten angepassten Bedienumgebung. Die erfindungsgemäße Kolbenhubpipette besteht aus einem Pipettenkonus (12), in welchem ein beweglicher Kolben (11), der über eine Kolbenstange (10) mit einem Getriebe (7) für seine Auf- und Abwärtsbewegung starr verbunden ist, wobei das Getriebe von einem Antriebsmotor (5) angetrieben wird, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsplatine (3) aus einem Oberteil als Bedienteil (1) zum Drehen und Drücken und einem Steg als zylindrische Verbindung zur Elektronik besteht, wobei im Displaygehäuse (2) im oberen Teil Steuerplatine (3) und Display (2), und im Pipettengehäuse (9) im unteren Teil Antriebsmotor (5) und Batterie (Akku) integriert sind. Anwendungsgebiete der Erfindung sind die analytische Chemie und die medizinische Diagnostik.

Description

Elektronische Kolbenhubpipette
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Funktionsteil einer elektronischen Kolbenhubpipette mit einer an die manuellen Kolbenhubpipetten angepassten Bedienumgebung. Anwendungsgebiete der Erfindung sind die analytische Chemie und die medizinische Diagnostik.
Kolbenhubpipetten sind Volumenmessgeräte mit Hubkolben. Auf die Kolbenhubpipette wird eine Kunststoff- oder Glasspitze gesetzt. Mit dem Kolben in der unteren Ansaugstellung wird die Spitze in die abzumessende und zu dosierende Flüssigkeit getaucht. Der zurücklaufende Kolben saugt die Flüssigkeit an. Durch Niederdrücken oder Verschieben des Kolbens zwischen den volumenbestimmenden Grenzen wird das zu dosierende Flüssigkeitsvolumen ausgestoßen. Bei Kolbenhubpipetten mit Luftpolster kann ein zusätzliches Luftpolster vorhanden sein, das zum Ausstoßen des letzten Flüssigkeitsvolumens verwendet werden kann.
Kolbenhubpipetten Typen
Man unterscheidet generell zwischen manuellen (mechanischen) und automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten.
Volumeneinstellung manuelle (mechanische) Kolbenhubpipetten
Die Volumeneinstellung (Kolbenstellung) bei manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten erfolgt meistens schrittweise im Mikroliterbereich oder Milliliterbereich über ein Zählwerk oder eine Mikrometerschraube. Die Anzeige erfolgt digital mechanisch.
Volumeneinstellung automatische (elektronische) Kolbenhubpipetten
Bei den automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten erfolgt die Volumeneinstellung (Kolbeneinstellung) über Tasten oder kleine Druckknöpfe, elektronisch gesteuert und kontrolliert. Tasten und Druckknöpfe befinden sich meist seitlich und/oder schräg oben auf einem entsprechenden Kontrollpanel. Die Anzeige erfolgt über ein elektronisches Display.
Pipettierung manuelle (mechanische) Kolbenhubpipetten
Bei den meisten manuellen (mechanischen) Pipetten wird die oben aufgeführte Auf- und Abbewegung des Kolbens durch manuell durchgeführte Hübe ausgeführt. Hierzu wird ein Druckknopf, der sich oben auf der Pipette befindet, durch Daumendruck nach unten geführt und/oder durch nachlassenden Daumendruck und einsetzender Federkraft wieder nach oben geführt. Eine präzise Dosierung setzt dabei eine gleichmäßige Daumendruckführung voraus. Bei einigen manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten wird die Pipettierung durch seitlichen Fingerdruck ausgeführt.
Pipettierung automatische (elektronische) Kolbenhubpipetten
Bei automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten wird die aufgeführte Auf- und Abbewegung des Kolbens elektronisch geregelt und durch einen in die Kolbenhubpipette integrierten elektrischen Kleinstmotor oder Linear Actuator ausgeführt. Der Pipettiervorgang, Aufnahme Pipettiervolumen und Abgabe des Pipettiervolumens, wird über eine entsprechende Auslösetaste oder einen Auslöseschieber initiiert, der sich meistens ebenfalls auf den Kontrollpanel oder separat an der Pipette befindet. Die entsprechenden Arbeitsschritte werden meistens auf dem Display angezeigt.
Die manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten haben folgende Vor- / Nachteile:
Hinreichend bekannt ist insbesondere der arbeitsmedizinische Nachteil von manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten. Um z.B. bei einer normalen Standard- Kolbenhubpipette die eigentliche Pipettierung mittels Daumendruck auszuführen, wird ein Auslösegewicht von ca. 800 bis 1200 Gramm benötigt. Bei einer Reihenpipettierung im Labor müssen mitunter bis zu 1000 Pipettierungen pro Tag durchgeführt werden. Das bedeutet, dass der Druckdaumen oder Druckfinger des Probanden mit ca. 0,8 bis 1 ,2 Tonnen Gewicht pro Tag belastet wird. Des Weiteren ist ein ungleichmäßiger Daumen- oder Fingerdruck ein ständiges Risiko für Präzision und Genauigkeit der Pipettierungen.
Der hauptsächliche Vorteil von manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten liegt in den wesentlich günstigeren Beschaffungspreisen (Kosten) und der einfachen Bedienbarkeit. Lediglich ein Funktionsknopf (Daumenknopf) ist notwendig zur Volumeneinstellung und zum Pipettieren. Des Weiteren ist das ergonomische und weit bekannte Design einer manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipette unverwechselbar und für den Benutzer vollkommen akzeptabel.
Die automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten haben folgende Vor- / Nachteile:
Das Auslösegewicht zur Pipettierung bei automatischen Kolbenhubpipetten ist mit ca. 50 Gramm wesentlich geringer und arbeitsmedizinisch kaum belastend. Die Kolbenführung wird elektronisch geregelt und ist damit wesentlich präziser und genauer. Mit elektronischen Kolbenhubpipetten kann wesentlich mehr als nur pipettiert werden. Es können andere Laboranwendungen wie Dispensieren, Titrieren, mehrfach Dispensieren, sequentiell Dispensieren oder Mischen softwaremäßig durchgeführt werden.
Wesentliche Nachteile von automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten sind der verhältnismäßig hohe Anschaffungspreis, teilweise bedingt durch konstruktionsmäßige Mängel bzw. aufwendige Schalt- und Steuerungspanels, mit kleinen Knöpfen und Tasten, die schwer und kompliziert bedienbar sind (manuelle Kolbenhubpipette nur 1 Bedienknopf). Des Weiteren ist das ergonomische und unverwechselbare Design von manuellen Kolbenhubpipetten nicht in den elektronischen Kolbenhubpipetten wiederzufinden.
Bei der Konstruktion und Entwicklung einer neuen automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipette war die Aufgabenstellung, eine Kolbenhubpipette zu entwickeln, die die Vorteile einer manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipette mit den Vorteilen der automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipette vereint und die Nachteile der automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipette minimiert. Wichtigster Punkt war dabei ein selbsterklärendes, der allseits bekannten manuellen Kolbenhubpipette möglichst nahe kommendes Bedienfeld zu schaffen, das dem Bediener das ergonomische günstige Arbeiten in einer ihm vertrauten Umgebung ermöglicht. Es wurde angestrebt, die Funktion des Bedienknopfes der manuellen Kolbenhubpipette möglichst genau nachzuahmen.
Vollkommen überraschend hat sich gezeigt, dass man ein Bedienelement aus der Handyproduktion bzw. der Unterhaltungselektronik in einer entsprechenden Modifizierung in einem völlig fremden Anwendungsgebiet der Pipettierung dafür sehr gut einsetzen kann. Dieser Dreh- und Druckknopf realisiert perfekt die Funktion des manuellen Knopfes. Darüber hinaus wird damit das Hilfsmittel Pipette in seiner elektronischen Ausführung der manuellen sehr ähnlich, was durch das Beibehalten der bisher mit der manuellen Pipette durchgeführten Arbeitsschritte zu großer Akzeptanz und fehlerfreier Benutzung dieser Pipette führt.
Diese erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung (im folgenden Bedienknopf genannt) für elektronische Kolbenhubpipetten ist so beschaffen, dass es in Design und Ausführung in das Gesamtbild einer Kolbenhubpipette passt und dem Wiederkennungswert einer allgemeinen Kolbenhubpipette entspricht.
Die elektronische Kolbenhubpipette ist in Figur 1 schematisch dargestellt.
Der erfindungsgemäße Bedienknopf 1 ist aus thermoplastischem Kunststoff oder Metall, vorzugsweise aus Polypropylen, ABS oder POM hergestellt. Der gesamte Bedienknopf besteht aus 1 oder 2 Teilen:
1. dem Oberteil als eigentliches Bedienteil zum Drehen und Drücken und
2. dem Unterteil als zylindrische Verbindung und/oder Rastung zur Elektronik.
Eine schematische Darstellung des Bedienknopfs 1 und des Displaygehäuses 4 ist in Figur 2 zu sehen. Detailliertere Darstellungen sind in den Figuren 3 - 6 vorgenommen worden.
Das Oberteil des Bedienknopfes ist rund oder mehrkantig geformt, vorzugsweise 6-9 kantig. Über das Oberteil kann zur Volumenunterscheidung eine andersfarbige Abdeckhülse gestreift und/oder verklemmt werden. Der Durchmesser des Oberteils beträgt 18 bis 22 mm, vorzugsweise 19 mm +/- 0,5 mm. Die Stärke (Dicke) des Oberteils beträgt 7 - 9 mm, vorzugsweise 8 mm +/- 0,5 mm.
Siehe Figur 3 „Bedienknopf'
Das Unterteil des Bedienknopfes ist zylindrisch geformt mit einem Durchmesser von 8 - 14 mm, vorzugsweise 11 mm +/- 0,5 mm. Die Länge des Unterteils von Unterkante Oberteil bis Unterkante Unterteil beträgt 10-25 mm, vorzugsweise 14 mm +/- 0,5 mm).
Siehe Figur 4 „Bedienknopf und Fingergriffbereich des Funktionsteiles"
Insbesondere ist das erfindungsgemäße Funktionsteil so beschaffen, dass
- durch eine Drehbewegung des Bedienknopfes Funktionsmenüs und - Untermenüs gewählt werden können,
- durch diese Drehbewegung des Bedienknopfes innerhalb dieser Funktionsmenüs, Einstellungen wie Volumen, Pipettiergeschwindigkeit, Kalibration usw. gewählt werden können,
- durch die Druckbewegung auf den Bedienknopf die jeweilige Auswahl bestätigt bzw. das Ansaugen und Ausstoßen gemäß vorgewählter Funktion in der programmierten Reihenfolge ausgelöst wird,
- dass in dem Funktionsteil Display, Elektronik, Antriebsmotor und Batterie (Akku) integriert sind,
- dass das komplette Funktionsteil aus thermoplastischen Kunststoffen oder Metall hergestellt wurde, vorzugsweise Polypropylen, POM oder ABS,
- das Funktionsteil eine Gesamtlänge von 125 bis 150 mm, vorzugsweise 130 mm, aufweist, Siehe Figur 5 Funktionsteil.
- das Funktionsteil oben, Gehäuse Display und Elektronikplatine, eine Breite von 38 bis 48 mm, vorzugsweise 42,5 mm aufweist und eine Länge von 55 bis 70 mm, vorzugsweise 58,3 mm aufweist und auf diesem Gehäuse auch der Bedienknopf platziert ist,
- dass das Funktionsteil ergonomisch so geformt ist, dass das Display und die Elektronikplatine im verlängerten Fingergriffbereich des Funktionsteiles untergebracht sind (Verklemmung und/oder Verschraubung). Das Display dabei eine Breite zwischen 22 und 30 mm, vorzugsweise 24,2 mm, und eine Gesamthöhe zwischen 10 und 20 mm vorzugsweise 16,6 mm aufweist.
Der untere Teil des Fingergriffbereiches ist dabei so geformt, dass der Zeigefinger des Bedieners bequem und sicher in die Fingermulde passt und zu einer optimalen Platzierung des Funktionsteiles in der Bedienerhand führt und der Fingergriff mit einem Radius R 10 bis R 15, vorzugsweise R 12 ausgestattet ist,
Siehe Figur 5 Funktionsteil.
dass der Pipettenspitzenejektorknopf oben hinten im Fingergriffbereich des Funktionsteiles platziert ist und daher optimal mit dem Daumen des Bedieners betätigt werden kann,
Siehe Figur 5 Funktionsteil.
dass der elektronisch kontrollierte Schrittmotor (Linear Actuator) im unteren zylindrischen oder mehrkantigenTeil, 4 Kanten oder 9 Kanten, vorzugsweise rund oder 6 Kanten, des Funktionsteiles durch Verklemmung und/oder Verschraubung befestigt ist. Mit dem Schrittmotor wird der notwendige Kolbenhub der Pipette nach unten oder oben ausgeführt, - dass die Batterie bzw. der Akku des kleinen Elektromotors (Linear Actuators) ebenfalls im unteren zylindrischen oder mehrkantigen Teil des Funktionsteiles platziert ist. Dabei wurde der vordere Teil des unteren zylindrischen oder mehrkantigen Teils des Funktionsteiles so geformt, dass eine leichte bis mäßige Wölbung durch eine abnehmbare Griffkappe entsteht, unter der eine handelsmäßig erhältliche, kleine runde oder vierkantige Batterie, vorzugsweise rund, platzsparend platziert wird. Dieses Batterie- und/oder Akkufach eine Länge zwischen 53 und 60 mm, vorzugsweise 54,58 mm aufweist und von der Griffkappe abgedeckt wird,
Siehe Figur 5 Funktionsteil.
- dass diese Griffkappe eine Gesamtlänge von 90 bis 120 mm, vorzugsweise 97 mm, aufweist und einen äußeren Wölbungsradius zwischen R 100 und R 110 und einen inneren Wölbungsradius zwischen R 85 und R 90, vorzugsweise R 87,64 aufweist.
Siehe Figur 6 Griffkappe für Funktionsteil.
- Die Griffkappe ist mit Belüftungsrinnen zur optimalen Handhabung ausgerüstet. Die Belüftungsrinnen können sowohl quer als auch längs angeordnet sein. Die in die Griffkappe integrierten Belüftungsrinnen haben eine Radius von R 1 ,5 bis R 1 ,9, vorzugsweise R 1 ,75.
Siehe Figur 6 Griffkappe für Funktionsteil.
- Neben der Batterieplatzierung dient die leichte bis mäßige Wölbung der Griffkappe zur ergonomischen Gestaltung des unteren zylindrischen oder mehrkantigen Unterteils des Funktionsteiles, damit der Handinnenbereich des Bedieners optimal das Funktionsteil umfassen kann. Zur Montage, zum Batteriewechsel etc. ist die Griffkappe abnehmbar und/oder wechselbar.
Siehe Figur 6 Griffkappe für Funktionsteil. Uamit das separate Kolbenhubsystem mit Kolben,
Pipettenspitzenaufnahmekonus, Ejektorhülse und Ejektorgestänge einfach und leicht in das erfindungsgemäße Funktionsteil eingesetzt oder eingeschraubt werden kann, ist der Kupplungs- oder Befestigungsbereich unten im Funktionsteil zwischen 35 und 40 mm lang, vorzugsweise 37,4 mm. Das Funktionsteil hat unten einen Durchmesser zwischen 30 und 40 mm, vorzugsweise 32,8 mm. Siehe Fiqur 5 Funktionsteil.
Legende zu den Figuren
1. Druck- und Drehknopf
2. Display
3. Steuerplatine
4. Platinen/Displaygehäuse
5. Antriebsmotor
6. Akku
7. Antriebswelle / Getriebe
8. Kolbenkupplung
9. Pipettengehäuse
10. Kolbenstange
11. Dichtfläche Kolben
12. Pipettenkonus
13. Pipettenspitze
14. Schalter

Claims

Patentansprüche
1. Elektronische Kolbenhubpipette, bestehend aus einem Pipettenkonus (12), in welchem ein beweglicher Kolben (11), der über eine Kolbenstange (10) mit einem Getriebe (7) für seine Auf- und Abwärtsbewegung starr verbunden ist, wobei das Getriebe von einem Antriebsmotor (5) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsplatine (3) aus einem Oberteil als Bedienteil (1) zum Drehen und Drücken und einem Steg als zylindrische Verbindung zur Elektronik besteht, wobei im Displaygehäuse (2) im oberen Teil Steuerplatine (3) und Display (2), und im Pipettengehäuse (9) im unteren Teil Antriebsmotor (5) und Batterie (Akku) integriert sind.
2. Elektronische Kolbenhubpipette nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerplatine (3) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polypropylen, ABS oder POM, oder aus Metall besteht.
3. Elektronische Kolbenhubpipette nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil der Steuerplatine (3) rund oder mehrkantig geformt ist, vorzugsweise 6 - 9kantig.
4. Elektronische Kolbenhubpipette nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil der Steuerplatine (3) einen Durchmesser von 18 - 22 mm, vorzugsweise 19 mm hat und die Stärke (Dicke) 7 - 9 mm, vorzugsweise 8 mm beträgt.
5. Elektronische Kolbenhubpipette nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil der Steuerplatine (3) zylindrisch geformt ist und einen Durchmesser von 10 - 25 mm, vorzugsweise 11 mm aufweist.
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