EP0547503A1

EP0547503A1 - Pipettiervorrichtung

Info

Publication number: EP0547503A1
Application number: EP92121049A
Authority: EP
Inventors: Günther Kühn
Original assignee: Eppendorf Netheler Hinz GmbH; Eppendorf Geraetebau Netheler and Hinz GmbH
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 1991-12-17
Filing date: 1992-12-10
Publication date: 1993-06-23
Also published as: US5406856A; DE4141608A1; JPH06126198A; JPH06102157B2; DE4141608C2

Abstract

Pipettiervorrichtung mit einem Gehäuse (1) und einer darin ausgebildeten Aufnahme (10), einer Pipettenspitze (3), die einen röhrenförmigen Spitzenabschnitt (3') mit einer Spitzenöffnung (4) für Fluiddurchtritt von außen nach innen und umgekehrt und einen damit zu einer Einheit verbundenen Verformungsabschnitt (8) aufweist, wobei die Pipettenspitze (3) mit nach außen ragendem Spitzenabschnitt (3') in die Aufnahme (10) eingesetzt und lösbar mit dem Gehäuse (1) verbunden ist, einer Betätigungseinrichtung (29) und einer damit gekoppelten Stelleinrichtung (11,15,16,21), die außen am Verformungsabschnitt (8) anliegt, um diesen und ein darin angeordnetes zur Spitzenöffnung (4) geöffnetes Arbeitsvolumen nach Maßgabe einer Betätigung der Betätigungseinrichtung (29) zusammenzudrücken oder zu entspannen, wobei die lichte Weite des unverformten Verformungsabschnittes (8) diejenige der Spitzenöffnung (4) übersteigt und die Stelleinrichtung (11,15,16,21) den Verformungsabschnitt (8) über den gesamten Verformungsbereich des Arbeitsvolumens hinweg im wesentlichen in Querrichtung verformt. <IMAGE>

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Pipettiervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine Pipette der vorgenannten Art ist aus der DE-PS 25 49 477 bekannt. Dabei ist das geschlossene Arbeitsvolumen in einem Zylinder ausgebildet und durch Verschieben eines eingesetzten Kolbens verstellbar. Als Verstelleinrichtung fungiert ein Gestänge, welches mittels eines einrückbaren Knopfes betätigbar ist. Das Arbeitsvolumen kommuniziert mit dem Hohlraum einer aufsteckbaren Pipettenspitze, so daß durch Knopfbetätigung Flüssigkeit durch eine untere Spitzenöffnung herausgedrückt bzw. angesogen werden kann.
Diese Kolbenhubpipette hat jedoch den Nachteil, daß von der Probenflüssigkeit freigesetzte, kontaminierte Dämpfe bzw. Aerosole in den oberen Zylinderraum gelangen können und unkontrollierbar während folgender Abgabeschritte wieder mit neu aufgenommenem Probenmaterial abgegeben werden können. In der Folge ist auch bei Auswechslung der Pipettenspitze eine Beeinträchtigung nachfolgender Proben durch Kontamination möglich.
Zur Überwindung dieses Nachteils wurde bereits vorgeschlagen, im Verbindungsbereich von Pipettenspitze und Pipettiervorrichtung ein auswechselbares Filter anzuordnen. Diese Lösung bedient sich jedoch mit dem Filter eines zusätzlichen Bauelementes und ist hinsichtlich der Abschirmung des Arbeitsvolumens noch unvollkommen. Insbesondere kann der richtige Auswechselzeitpunkt des Filters bei Erreichen seiner maximalen Absorptionskapazität schwierig zu bestimmen sein. Ein absoluter Kontaminationsschutz aus dem oberen Dosierbereich ist unmöglich.
Ein anderer Vorschlag für eine vor Kontamination geschützte Pipettiervorrichtung ist aus der EP-A- O0 77 180 bekannt. Demnach ist die Pipettenspitze über eine Ringdichtung an der Pipettiervorrichtung abgedichtet und weist eine Kapillare mit einer einschiebbaren Kolbenstange auf.
An der Kolbenstange ist ein Kolben mit einem Dichtelement lösbar befestigt, wobei die Gesamtlänge dieses Dichtelementes mindestens das Doppelte des Zylinderquerschnitts betragen muß. Vor jeder Probennahme ist eine neue Pipettenspitze aufzusetzen einschließlich Kolbenstange mit Kolben zu verbinden. Bei jedem Austausch der Dosierelemente sind somit mehrere Einwegteile zu handhaben. Die äußere Spitzenkontur sowie die Steuereinheit des Kolbens sind sorgfältig zu adaptieren.
Aus der US-PS 4 210 026 ist eine Vorrichtung zur Blutprobennahme bekannt. In diese ist ein einenends geschlossenes Schlauchstück zwischen einem starren und einem schwenkbaren Element einsetzbar. Ein Rollrad ist entlang des Schwenkelementes bewegbar, um das Schlauchstück fortschreitend zusammenzudrücken. Wenn das Rad zurückbewegt wird, kann das Schlauchstück wieder expandieren, wodurch eine Blutprobe eingesogen wird. In dieser Vorrichtung ist das Schlauchstück nur sicher gehalten, wenn es durch das schwenkbare Element über seine Gesamtlänge zusammengedrückt ist. Sonst kann es zwischen dem schwenkbaren und dem festen Element pendeln, wodurch die Probenaufnahme erschwert ist. Ist der Freiraum zwischen den beiden Elementen verhältnismäßig weit aufgeschwenkt, kann das Schlauchstück herausfallen. Von außen ist schwer feststellbar, ob es in der Vorrichtung festgehalten ist. Schließlich wird das eingesogene Probevolumen durch eine gewisse Variabilität der Anordnung des Schlauchstückes in der Vorrichtung beeinflußt. Eine genaue Dosierung ist deshalb mit der Blutprobenaufnahmeeinrichtung nicht möglich.
Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Pipettiervorrichtung so zu verbessern, daß bei erhöhter Kontaminationsfreiheit die Handhabung erleichtert und eine verbesserte Dosierbarkeit erreicht wird.
Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben.
Bei einer erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung ist das veränderliche Arbeitsvolumen nicht wie bei einer Kolbenhubpipette durch einen Zylinder mit eingesetztem Kolben vorgegeben. Statt dessen ist es in einem Verformungsabschnitt der Pipettenspitze vorgesehen und durch Verformung desselben mittels einer Stellvorrichtung veränderbar. Ein Komprimieren des Arbeitsvolumens bewirkt somit, daß der Inhalt der Pipettenspitze durch die Spitzenöffnung herausgedrückt wird und ein Expandieren des Verformungsabschnittes hat ein Ansaugen eines Fluids durch die Spitzenöffnung zur Folge. Das ermöglicht, daß die Pipettenspitze beim Komprimieren oder Expandieren des Arbeitsvolumens nur zur Spitzenöffnung hin geöffnet ist, so daß nur dort Flüssigkeit, Dämpfe oder Aerosole austreten können. Nach Benutzung wird die Pipettenspitze einschließlich des Verformungsabschnittes entsorgt, so daß mangels Kontakt kontaminierter Substanz mit der Pipettiervorrichtung keine Kontamination derselben möglich ist.
Die lichte Weite des unverformten Verformungsabschnittes übersteigt die lichte Weite der Spitzenöffnung. Außerdem wird der Verformungsabschnitt über den gesamten Verformungsbereich des Arbeitsvolumens hinweg von der Stelleinrichtung im wesentlichen in Querrichtung verformt. Hierdurch hat der Verformungsabschnitt günstige elastische Verformungseigenschaften und wird ein das Einsetzen, Fixieren und Dosieren der Pipettenspitze begünstigendes Verformen erreicht. Ist nämlich die Stelleinrichtung nicht für eine Verformung in Querrichtung betätigt, so kann die Pipettenspitze mit ihrem Verformungsabschnitt in Längsrichtung in den Wirkungsbereich der Stelleinrichtung eingeschoben werden. Durch Betätigen der Stelleinrichtung kann dann der Verformungsabschnitt im wesentlichen über seine Gesamtlänge in Querrichtung verformt werden, wodurch die Pipettenspitze sicher an der Pipettiervorrichtung fixiert wird. Die Pipettenspitze ist im Bereich des Spitzenabschnittes verhältnismäßig starr, so daß deren Ausrichtung zur Pipettiervorrichtung durch Verformung des Verformungsabschnittes praktisch nicht beeinflußt wird. Die Spitzenöffnung geringerer lichter Weite kann somit sicher gezielt an eine aufzunehmende Probe herangeführt werden, auch wenn diese nur als punktuelles Vorkommen vorliegt. Durch ein Vorverformen des Verformungsabschnittes wird außer einem Fixieren der Pipettenspitze eine Kompensation von Fehlausrichtungen zwischen Verformungsabschnitt und Stelleinrichtung erreicht. Dabei knüpft die Verformung zur Probenaufnahme an die Vorverformung an. Dann ist eine sehr genaue Dosierung von Proben möglich, die aufgrund des großen Aufnahmequerschnittes der Pipettenspitze sehr verschiedene Volumina aufweisen können.
Bevorzugt ist der Verformungsabschnitt blasenartig ausgebildet, so daß die Pipettenspitze außerhalb der Spitzenöffnung überall hermetisch geschlossen ist. In jedem Fall kann er eine Zylinderform haben, die insbesondere ein Einsetzen der Pipettenspitze in eine Pipettiervorrichtung mit einem schlanken, stabförmigen Gehäuse erleichtert. Ferner kommt eine Faltenbalg-Ausführung mit Verformbarkeit in Querrichtung in Betracht. Verallgemeinert kann eine Form mit mindestens einer beliebigen Vorzugsverformungsrichtung verwendet sein.
Die Pipettenspitze kann einen konischen Spitzenabschnitt haben, der in seinem erweiterten Hohlraum größere Probenmengen aufnehmen kann. Das Einziehen von Proben in den Verformungsabschnitt und damit verbundene Sprudeleffekte können dabei vermieden werden. Ein Ringflansch zwischen Verformungsabschnitt und Spitzenabschnitt kann die Handhabung der Pipettenspitze und deren reproduzierbare Positionierung sowie abschließende Entsorgung über eine ringförmig untergreifende Abwurfvorrichtung erleichtern. Vorzugsweise hat die Aufnahme eine Öffnung zum axialen Einschieben des Verformungsabschnittes und eine der Außenkontur des eingeschobenen Verformungsabschnittes entsprechende Innenkontur.
Bevorzugt weist die Stelleinrichtung einen Dosierzylinder mit einem darin geführten Dosierkolben zur Verformung des Verformungsabschnittes auf, wobei der Dosierkolben mittels eines Dosierorganes der Betätigungseinrichtung verschiebbar ist. Für eine einfache Kraftübertragung reicht es aus, wenn die Betätigungseinrichtung über ein Gestänge mit dem Dosierkolben gekoppelt ist. Dabei kann das Gestänge einen Hubbegrenzer enthalten, der einen gestängefesten Anschlagflansch und gehäuseseitig mit Abstand voneinander beidseitig des Anschlagflansches fixierte Endanschläge aufweist. Die Endanschläge begrenzen über den Anschlagflansch die Bewegung des gestängefesten Hubkolbens und somit das pipettierbare Probenvolumen. Ferner kann zwecks Verstellung des Pipettiervolumens der Abstand der Endanschläge über ein Stellgetriebe veränderlich sein.
Nach dem Verbinden der Pipettenspitze mit der Vorrichtung können toleranzbedingt Fehlausrichtungen zwischen Verformungsabschnitt und Stelleinrichtung vorliegen. Bevorzugt haben die Betätigungs- und Stelleinrichtungen deshalb Vorverformungseinrichtungen zum Vorverformen des Verformungsabschnittes. Durch Vorverformen des Verformungsabschnittes wird erreicht, daß Toleranzen beim Weiterverformen desselben für eine Probendosierung keine Rolle mehr spielen. Dafür können die Vorverformungseinrichtungen einen Vorverformungskolben zum Vorverformen des Verformungsabschnittes haben. Der Vorverformungskolben kann wie der Dosierkolben auf den Verformungsabschnitt einwirken.
Bei einer bevorzugten, sehr platzsparenden Konstruktion sind Vorverformungskolben und Dosierkolben koaxial in einem gemeinsamen Zylinder angeordnet. Vorverformungskolben und Dosierkolben können jedoch auch parallel nebeneinander in einem Vorverformungszylinder und einem Dosierzylinder geführt sein.
Dosierkolben und/oder Vorverformungskolben können beispielsweise unmittelbar auf den Verformungsabschnitt wirken. Für einen gleichmäßigen Angriff der Verformungskraft wird jedoch bevorzugt, daß die Kolben über ein Verdrängungsfluid auf den Verformungsabschnitt einwirken. Das Verdrängungsfluid ist bevorzugt ein inkompressibles Medium wie Brems- oder eine andere Hydraulikflüssigkeit.
Grundsätzlich kann das Verdrängungsfluid unmittelbar auf den Verformungsabschnitt wirken, wobei für eine geeignete Abdichtung der Pipettenspitze in der Pipettiervorrichtung Sorge getragen werden muß. Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Stelleinrichtung jedoch eine Verdrängungseinrichtung aus flexiblem Material mit einer Aufnahme für den Verformungsabschnitt auf, die mindestens eine abgedichtete Kammer für das Verdrängungsfluid hat. Dann ist die Pipettenspitze mit dem Verformungsabschnitt in die Aufnahme der Verdrängungseinrichtung steckbar, die bei Druckbeaufschlagung der Kammer mit Verdrängungsfluid eine Verformungskraft auf den Verformungsabschnitt ausübt. Bei Druckbeaufschlagung des Verdrängungsfluids mittels der Vorverformungseinrichtungen wird die Pipettenspitze zugleich in der Aufnahme fixiert, deren Wandungen sich eng an den Verformungsabschnitt anlegen. Damit der Kammerdruck primär eine Verformung der Aufnahme mit dem eingesetzten Verformungsabschnitt bewirkt, ist die Verdrängungsvorrichtung außen bevorzugt im Gehäuse an starren Anlageflächen abgestützt. Wenn sich die Kammer um die Aufnahme in deren Einführrichtung erstreckt, ist eine maximale Verformbarkeit des Verformungsabschnittes senkrecht zu dessen Einführachse bzw. in radialer Richtung sichergestellt.
Zum Ausgleich von Dosierfehlern infolge Materialverformung und für reproduzierte Probendosierung kann der Verformungsabschnitt und/oder die Verdrängungseinrichtung aus inkompressiblen und/oder elastischem Material bestehen. Für die Verdrängungseinrichtung kommt insbesondere Gummi oder anderer auch chemisch beständiger und alterungsunempfindlicher Werkstoff in Betracht. Die Pipettenspitze besteht vorzugsweise aus einem Polyolefin, welches aufgrund seiner Elastizität eine reversible Rückverformung ermöglicht.
Zwecks weitergehender Vermeidung unerwünschter Kontamination kann an der Pipettenspitze ein Abwerfer angreifen, der mittels eines Abwerforganges betätigbar ist und die Pipettenspitze bei Betätigung in eine Freigabeposition verschiebt. Bei Betätigung des Abwerforganes wird eine Berührung mit der Pipettenspitze vermieden. Bevorzugt untergreift der Abwerfer den Ringflansch der Pipettenspitze mit einem Ringabschnitt, so daß eine sichere Überleitung gewährleistet ist.
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltung des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreiben der zugehörigen Zeichnungen, die bevorzugte Ausgestaltungen zeigen. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1: eine herkömmliche Kolbenhubpipette mit aufsteckbarer Pipettenspitze in Seitenansicht;
Fig. 2 und 3: eine herkömmliche Kolbenhubpipette mit aufsteckbarer Kapillarpipettenspitze in Seitenansicht und in ausschnittsweiser Vergrößerung des Spitzenbereichs;
Fig. 4: eine erfindunsgemäße Pipettiervorrichtung in Seitenansicht und teilweisem Längsschnitt durch den Aufnahmebereich für die Pipettenspitze;
Fig. 5 und 6: eine einteilig ausgebildete Pipettenspitze der erfindungsgemäßen Vorrichtung im teilweisen Längsschnitt und in verkleinerter Seitenansicht;
Fig. 7 und 8: eine erfindungsgemäße Pipettiervorrichtung mit einstellbarer Hubbegrenzung und koaxialer Kolbeneinheit mit Kurvenscheibensteuerung im Längsschnitt und einer Seitenansicht des Oberbereichs;
Fig. 9: eine erfindungsgemäße Pipettiervorrichtung mit druckstangengesteuerten Kolben im Längsschnitt;
Fig. 10: eine Kolbensteuerung derselben Pipettiervorrichtung in vergrößerter Perspektivansicht;
Fig. 11: eine erfindungsgemäße Pipettiervorrichtung mit gegenüber Fig. 9 und 10 geändertem Abwerfer im Längsschnitt;
Fig. 12: eine erfindunsgemäße Pipettiervorrichtung mit parallel angeordneten Kolben und Dosierhebel im Längsschnitt;
Fig. 13: einen Teilschnitt durch den Aufnahmebereich mit der Pipettenspitze einer erfindungsgemäßen Pipettiervorrichtung in verschiedenen Arbeitsphasen;

Herkömmliche Pipetten gemäß Fig. 1 bis 3 haben am vorderen Ende eines Gehäuses 1 einen Verbindungsansatz 2, auf den eine Pipettenspitze 3 mit einem erweiterten Ende gesteckt ist. Gemäß Fig. 1 ist ein Arbeitsvolumen im Gehäuse 1 untergebracht, welches durch den Verbindungsansatz 2 mit der Pipettenspitze 3 und deren Spitzenöffnung 4 kommuniziert. Zum Schutz des Arbeitsvolumens vor Kontamination kann im Übergangsbereich von Verbindungsansatz 2 und Pipettenspitze 3 ein Filter angeordnet sein.
Gemäß Fig. 2 und 3 befindet sich das Arbeitsvolumen 5 in der Kapillarpipettenspitze 3 und ist zum Gehäuse 1 durch einen Kolben 6 an einer dünnen Kolbenstange 7 begrenzt. Beide Vorrichtungen lassen hinsichtlich ihrer Handhabung und Kontaminationsfreiheit noch zu wünschen übrig.
Gemäß Fig. 4 sieht die Erfindung eine Pipettenspitze 3 vor, die ein Arbeitsvolumen 5 in einem blasenartig dicht geschlossenen Verformungsabschnitt 8 mit Zylinderform aufweist. Der Verformungsabschnitt 8 hat einenends einen gewölbten Endbereich 8' und anderenends einen gewölbten Übergangsbereich 8''. Der Übergangsbereich 8'' führt zu einem Spitzenabschnitt 3' der Pipettenspitze 3, der sich zur Spitzenöffnung 4 hin konisch verjüngt. Luft oder Probenmaterial kann somit nur durch die Spitzenöffnung 4 in die Spitze hinein- bzw. aus dieser herausgelangen.
Der Verformungsabschnitt 8 ist im Gehäuse 1 in einer komplementär geformten Aufnahme 10 einer Verdrängungseinrichtung 11 gehalten. Die Verdrängungseinrichtung 11 besteht aus einem gummielastischen und somit inkompressiblen Material, welches umfänglich und stirnwandig an Gehäusewandungen abgestützt ist. Die Verdrängungseinrichtung 11 dient nicht nur der Aufnahme der Pipettenspitze 3, sondern ist Teil einer Stelleinrichtung. Dafür hat sie angrenzend an die umschließende Wand des Gehäuses 1 eine Ringkammer 12, die sich in Längsrichtung der Pipettenspitze 3 erstreckt und über einen Kanal 13 mit nachfolgend noch zu erörternden Hydraulikeinrichtungen der Stelleinrichtung verbunden ist.
Durch Druckbeaufschlagung mittels der Hydraulikeinrichtungen sind die Innenwände der Kammer 12 zur Längsachse der Pipettiervorrichtung hin verformbar, wobei sie den Verformungsabschnitt 8 radial komprimieren. Somit kann durch geringe Vorspannung das Hydraulikmedium ein Festhalten der Pipettenspitze 3 in der Aufnahme 10 und durch weitere Druckerhöhung ein Ausstoß eines in der Pipettenspitze enthaltenen Fluids bewirkt werden. Bei Druckherabsetzung verformen sich Verdrängungseinrichtung 11 und Verformungsabschnitt 8 elastisch zurück, wobei die Pipettenspitze 3 durch ihre Spitzenöffnung 4 ansaugt. Durch vollständigen Abbau des hydraulischen Druckes in der Kammer 12 kann die Pipettenspitze 3 freigegeben werden.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine Pipettenspitze 3, deren konischer Spitzenabschnitt 3' und zylindrischer Verformungsabschnitt 8 in dem Flansch 14 einteilig miteinander verbunden sind. Das bedingt in der Regel, die Pipettenspitze 3 insgesamt aus verformbaren Material, insbesondere einem verformbaren Kunststoff herzustellen. Als Materialien für die Pipettenspitzen 3 gemäß Fig. 4 bis 6 kommen insbesondere Polypropylen und/oder Polyethylen in Betracht.
Bei einer Pipettiervorrichtung gemäß Fig. 7 und 8 nimmt das Gehäuse 1 am unteren Ende eine Pipettenspitze 3 in einer Verdrängungseinrichtung 11 ähnlich derjenigen von Fig. 4 auf. An die Verdrängungseinrichtung 11 grenzt ein Zylinderblock 15 an. Dieser enthält einen - nicht dargestellten - Zylinder für einen Dosierkolben 16 und einen diesen koaxial umgebenden Vorverformungskolben 17. Der Zylinder ist entsprechend Fig. 4 über einen Kanal 13 kommunizierend mit einer Kammer 12 der Verdrängungseinheit 11 verbunden.
Der Dosierkolben 16 ist im Oberbereich durch einen gehäuseseitig abgestützten Führungsteller 18 geführt. Zwischen einem Teller 19 am oberen Ende des Dosierkobens 16 und dem Führungsteller 18 ist eine Spiralfeder 20 gehalten, welche den Dosierkolben 16 unter Minderung des hydraulischen Druckes so weit wie möglich aus dem Zylinder herauszudrücken sucht.
An der anderen Seite des Tellers 19 stützt sich eine Druckstange 21 ab, die durch einen Hubbegrenzer 22 geführt ist. Sie weist einen Anschlagflansch 23 auf, der zwischen Endanschlägen 24, 25 des Hubbegrenzers 22 beweglich ist. Letzterer Endanschlag 25 ist als Überhubanschlag ausgebildet, indem er relativ zu einem hülsenförmigen Mantelabschnitt 26 des Hubbegrenzers 22 beweglich ist. Der Überhubanschlag 25 ist über eine weitere Spiralfeder 27 an einem gehäuseseitig fixierten, weiteren Führungssteller 28 abgestützt, der zugleich die Druckstange 21 zentriert. Erreicht der Anschlagflansch 23 bei Betätigung eines Druckknopfes 29 entgegen der Wirkung der Spiralfeder 20 den Überhubanschlag 25, so ist er mit diesem entgegen der zusätzlichen Wirkung der Spiralfeder 27 weiter verschieblich. Dadurch wird dem Dosierkolben 16 eine weitere Bewegungsstrecke mitgeteilt, auf deren Funktion weiter unten eingegangen wird.
Der Weg des Dosierkolbens 16 ist ferner durch Veränderungen der Position des oberen Endanschlages 24 für den Anschlagflansch 23 veränderlich. Hierdurch wird eine grundsätzlich schon bekannte Einstellbarkeit des Pipettiervolumens ermöglicht. Dafür hat der obere Endanschlag 24 außerhalb des Hubbegrenzers 22 einen Vierkant 30, der durch eine Vierkantaufnahme eines Stirnzahnrades 31 geführt ist. Das Stirnzahnrad 31 ist im Gehäuse 1 drehbar, jedoch in Längsrichtung unverschieblich angeordnet. Es kämmt mit einem Schraubenrad 32, welches auf einer Einstellwelle 33 angeordnet ist, die außerhalb des Gehäuses Einstellknöpfe 34 trägt. Außerdem treibt das Schraubenrad 32 ein Zählwerk 34, welches eine von außen sichtbare Anzeige 35 aufweist.
Eine Drehung eines Einstellknopfes 34 zwecks Veränderung des Pipettiervolumens bewirkt über das Schraubenrad 32 eine Drehung des Stirnzahnrades 31 und damit des Endanschlages 24, der an einem Stellgewinde 36 im Hubbegrenzer 22 gehalten ist. Infolgedessen wird der Endanschlag 24 axial verschoben, wobei er mit seinem Vierkant 30 in der Vierkantaufnahme des axial gehaltenen Stirnzahnrades 31 gleitet. Infolge der Wirkung der Spiralfeder 20 werden Druckstange 21 und Dosierkolben bei unbelastetem Druckknopf 29 in Anlage am Endanschlag 24 gehalten, so daß bei einer nachfolgenden Druckknopfbetätigung ein geändertes Pipettiervolumen zur Verfügung steht.
Der Vorverformungskolben 17 ist am oberen Ende mit einer tellerförmigen Druckplatte 37 versehen. Zwischen dieser und dem Zylinderblock 15 stützt sich eine weitere Spiralfeder 38 ab, welche den Vorverformungskolben 17 soweit wie möglich aus dem Zylinderblock 15 herausdrückt. Sie zwingt die Druckplatte 37 zur Anlage an eine Anordnung mit Kurvenscheiben 39, die beidseitig des Dosierkolbens 16 angeordnet sind. Die Kurvenscheiben 39 sind über eine Welle 40 drehfest mit einem Stirnzahnrad 41 verbunden, welches mit einer Längszahnung 42 eines Schiebers 43 kämmt.
Durch Bewegung des Schiebers in Pipettenlängsrichtung von der Pipettenspitze 3 weg werden Stirnzahnrad 41 und Kurvenscheibe 39 im Uhrzeigersinn angetrieben. Die Exzentrizität der Kurvenscheibe 39 bewirkt ein Drücken des Vorverformungskolben 17 in den Zylinderblock 15 hinein. Infolgedessen wird der hydraulische Druck innnerhalb der Kammer der Verdrängungseinheit 11 etwas erhöht, wodurch die Pipettenspitze 3 am Verformungsabschnitt etwas komprimiert und dabei festgehalten wird. Die Kontur der Kurvenscheibe 39 stellt sicher, daß bei Vorverformungen Selbsthemmung des Vorverformungsantriebes eintritt und die Lage des Vorverformungskolbens 17 während anschließender Pipettiervorgänge erhalten bleibt.
Ferner ist am unteren Ende der Pipettiervorrichtung ein Abwerfer 44 angeordnet, der den Ringflansch 14 der Pipettenspitze 3 mit einem Ringabschnitt 45 untergreift. Ein Stangenabschnitt 46 des Auswerfers 44 ist im Gehäuse 1 bis zur Unterkante des Schiebers 43 geführt. Eine Bewegung des Schiebers 43 zur Pipettenspitze hin bewirkt somit nicht nur eine Freigabe der Pipettenspitze 3 infolge gegenläufiger Bewegung des Vorverformungskolbens 17, sondern ein Verschieben des Abwerfers 44 in Richtung der Pipettenspitze 3, so daß diese vom vorderen Ende der Pipettiervorrichtung abgeschoben wird.
Die Pipettiervorrichtung gemäß Fig. 9 und 10 wird nachfolgend nur hinsichtlich Merkmalen erörtert, die gegenüber Fig. 7 und 8 zusätzlich dargestellt oder in Abweichung vorhanden sind.
Zusätzlich dargestellt ist hier eine flüssigkeitsdichte Steckverbindung 47 zwischen Verdrängungseinrichtung 11 und Zylinderblock 15, die einen Durchtrittskanal 48 für Hydraulikflüssigkeit aus dem Zylinder 49 enthält. Dieser Darstellung ist ebenfalls entnehmbar, wie Dosierkolben 16 und Vorverformungskolben 17 gemeinsam in den Zylinder 49 eingreifen und diesem gegenüber sowie gegeneinander mittels O-Ringen 50, 51 abgedichtet sind.
Als Unterschiedsmerkmal fällt auf, daß der Dosierkolben 16 einteilig mit der Druckstange 21 ausgebildet und im Druckknopf 29 fixiert ist. Infolgedessen ist auch die Spiralfeder 20 an anderer Stelle angeordnet, nämlich zwischen Druckknopf 29 und dem in Längsrichtung abgestützten, topfförmigen Stirnzahnrad 31. Hierdurch wird der Dosierkolben 16 ebenfalls so weit aus dem Zylinder 49 bzw. dem Vorverformungskolben 17 herausgezogen, wie dies die Stellung des Druckknopfes 29 erlaubt.
Auch der Schieber 43 ist abweichend ausgeführt. Wie insbesondere aus der Fig. 12 ersichtlich ist, hat er nämlich oben beidseitig auf einer gemeinsamen Achse liegende Rastzapfen 52, die in einer - nicht dargestellten - Schiene des Gehäuses 1 geführt sind. Unten ist er über eine Gelenkverbindung 53 mit einem Druckstab 54 verbunden. Gelenkbolzen der Gelenkverbindung 53 können ebenfalls in die Gehäuseschienen hineinragen. Der Druckstab 54 ist unten ebenfalls mit beidseitigen Führungszapfen 55 versehen, die in die Gehäuseschienen eingreifen. Unten hat er ferner zwei ballige Stützflächen 56, welche sich auf der Druckplatte 37 für den Vorverformungskolben abstützen. Schieber 43 und Druckstab 54 sind hohl ausgebildet, wobei letzterer im wesentlichen aus zwei Seitenteilen mit einer diesen zusammenhaltenden Öse 57 besteht. Der Dosierkolben 16 ist durch die Hohlräume von Schieber 43 und Druckstab 54 hindurchgeführt.
Für eine Vorverformung einer eingesetzten Pipettenspitze durch Druckerhöhung eines Hydraulikmediums ist der Schieber 43 zunächst in Richtung der Pipettenspitze zu schieben. Dabei gleiten die Rastzapfen 52 und 56 in den Gehäuseschienen, bis die oberen Rastzapfen 52 eine Rastausnehmung der Schienen erreichen. Dann ist der Schieber 43 um den Drehpunkt der Gelenkverbindung 53 mit den Rastzapfen 52 in die Rastausnehmung schwenkbar, wobei der Druckstab 54 aufgrund seiner Führungszapfen 55, ggf. weitere Führungszapfen der Gelenkverbindung 53 bzw. einer seitlichen Abstützung im Gehäuse 1 im wesentlichen auf die Pipettenlängsachse ausgerichtet bleibt. Ein gewisser Winkelvorsatz wird durch die balligen Stirnflächen 56 kompensiert, welche auf der Druckplatte 37 abrollen. In dieser Raststellung ist der Vorverformungskolben 17 so in den Zylinder 49 hineingedrückt und fixiert, daß der Vorverformungsabschnitt der Pipettenspitze in ausreichendem Maße radial zusammengedrückt ist.
Schließlich ist bei dieser Pipettiervorrichtung ein anderer Abwerfer 44 mit einem Ringabschnitt 45 vorgesehen, wobei ein etwas verlängerter Abwerferstab 46 zu einem schieberhaften Abwerforgan 58 geführt ist.
Die Pipettiervorrichtung gemäß Fig. 11 unterscheidet sich von derjenigen in der Fig. 9 und 10 im wesentlichen durch den Abwerfermechanismus, dessen Abwerferstab 46 bis zum Druckknopf 29 reicht und dort mit einem druckknopfartigen Abwerforgan 59 verbunden ist. Letzteres hat für eine verbesserte Gradführung eine Sackbohrung 60, die auf eine Stiftbohrung 61 des Gehäuses 1 für einen - nicht dargestellten - Führungsstift ausgerichtet ist. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurden in dieser Zeichnung auch die Spiralfeder für die Rückstellung der Kolben 17, 16 und den Überhubanschlag 25 weggelassen.
Die Vorverformungsmechanik dieser Version stimmt mit derjenigen gemäß Fig. 9 und 10 überein, wobei der Schieber 43 in geschwenkter Raststellung eingezeichnet ist. Die Zeichnung demonstriert, daß dies die Ausrichtung des Druckstabes 54 entlang der Längsachse nicht beeinträchtigt.
Die Pipettiervorrichtung in Fig. 12 hat im Gehäuse 1 angrenzend an die Verdrängungseinrichtung 11 einen Zylinderblock 15, der mit zwei - nicht dargestellten - Zylindern ausgestattet ist. In der Zeichnung rechts greift in einen Zylinder ein Dosierkolben 16 ein, der oben mit einem Teller 19 für die Abstützung einer vorspannenden Spiralfeder 20 versehen ist. Entsprechend Fig. 9 stützt sich auf dem Teller 19 eine Druckstange 21 ab, die durch einen Hubbegrenzer 22 geführt ist. Der Hubbegrenzer 22 hat jedoch feste Endanschläge, so daß weder ein Überhub, noch eine Veränderbarkeit des Pipettiervolumens möglich sind.
Für eine Betätigung des Dosierkolbens 16 ist ein einseitiger Dosierhebel 62 vorgesehen, dessen Lagerung 63 auf der seinem Gehäuseaustritt gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 1 angeordnet ist. Mittels einer Walzenblende 64 ist sein Gehäuseaustritt vor dem Eindringen von Fremdkörpern geschützt. Der Dosierhebel 62 ist mit zwei parallelen Hebelabschnitten beidseitig an Druckstange 21 und Hubbegrenzer 22 vorbeigeführt, wobei diese Armabschnitte ein Antriebsjoch 65 gelenkig lagern, welche ebenfalls beidseitig der Druckstange 21 angeordnete Seitenteile aufweist. Die Seitenteile sind oben mittels eines Querstückes 66 verbunden, welches eine Kugelschale 67 zur Aufnahme eines Kugelkopfes 68 am oberen Ende der Druckstange 21 aufweist.
Bei Betätigung des Dosierhebels 62 in Richtung auf eine eingesetzte Pipettenspitze 3 zu zieht das Antriebsjoch 65 die Druckstange 21 nach unten, welche über den Dosierkolben 16 den hydraulischen Druck in der Verdrängungseinheit 11 beeinflußt. Dabei gleichen die Gelenke beidenends des Antriebsjoches 65 einen Winkelversatz aus.
In der Zeichnung links ist in den Zylinderblock 15 ein Vorverformungskolben 17 hineingeführt, der parallel zum Dosierkolben 16 abgestützt ist. Oben trägt der Vorverformungskolben 17 einen Teller 37, wobei zwischen Teller und Zylinderblock eine Spiralfeder 38 angeordnet ist. Letztere sorgt ebenfalls dafür, daß der Vorverformungskolben 17 so weit wie möglich aus dem Zylinderblock 15 herausgezogen wird.
Der Teller 37 bildet zugleich einen Druckstab und weist oben eine Gelenkverbindung 53 zu einem Schieber 43 auf, deren seitlich herausragende Gelenkbolzen in Schienen des Gehäuses 1 geführt sind. Der Schieber 43 ragt zugleich mit beidseitigen Rastzapfen 52 in die Gehäuseschienen hinein. Wird er in Richtung der Pipettenlängsachse zur Pipettenspitze 3 hin geschoben, erreichen die Rastzapfen 52 schließlich eine Rastausnehmeung der Gehäuseschienen, in denen sie durch Schwenken des Schiebers 43 verriegelbar sind. Dann hat der Vorverformungskolben eine Position erreicht, in der ein ausreichender hydraulischer Druck in dem zugeordneten Zylinder erreicht wird, der wie der Zylinder für den Dosierkolben 16 über einen Hydraulikkanal mit der Kammer der Verformungseinrichtung 11 verbunden ist.
Bei dieser Version greift ebenfalls ein Ringabschnitt 45 eines Abwerfers 44 an einem Ringflansch der Pipettenspitze 3 an. Eine Abwerferstange 46 ist bis in die Nähe des oberen Endes der Pipettiervorrichtung geführt, wo sie mit einem Abwurfschieber 69 verbunden ist. Bei dieser Version sind die Betätigungselemente ergonomisch besonders günstig angeordnet.
Die Fig. 13 zeigt die kontaminationsfreie Pipettiervorrichtung in verschiedenen Arbeitsphasen, die mit arabischen Ziffern gekennzeichnet sind. In Arbeitsphase 1 wird eine Pipettenspitze 3 in die Aufnahme 10 der Verdrängungseinrichtung 11 eingeschoben. Phase 2 bezeichnet das Verspannen der Pipettenspitze 3 durch Vorverformen des Verformungsabschnittes 8 in Radialrichtung nach innen. Phase 3 versinnbildlich die Verdrängung des Dosiervolumens aus der Pipettenspitze 3 durch weitere Verformung des Verformungsabschnittes 8 und Arbeitsvolumen 5, die zweckmäßigerweise bei eingetauchter Spitzenöffnung 4 erfolgt. In Phase 4 ist die Flüssigkeitsaufnahme bereits abgeschlossen, wobei der Verformungsabschnitt 8 z.T. zurückverformt ist. Teildarstellung 5 ist der Flüssigkeitsabgabe in ein bereitgestelltes Aufnahmegefäß gewidmet, die mit erneuter Komprimierung des Verformungsabschnittes 8 und Arbeitsvolumen 5 unter Einschluß eines Überhubs verbunden ist. Schließlich zeigt Phase 6 die Pipettenspitze 3 nach vollständiger Entspannung der Verdrängungseinheit 11 und Phase 7 den Abwerfvorgang, der mit einer Verschiebung des Abwerfers 44 einhergeht.

Claims

Pipettiervorrichtung mit einem Gehäuse (1) und einer darin ausgebildeten Aufnahme (10), einer Pipettenspitze (3), die einen röhrenförmigen Spitzenabschnitt (3') mit einer Spitzenöffnung (4) für Fluiddurchtritt von außen nach innen und umgekehrt und einen damit zu einer Einheit verbundenen Verformungsabschnitt (8) aufweist, wobei die Pipettenspitze (3) mit nach außen ragendem Spitzenabschnitt (3') in die Aufnahme (10) eingesetzt und lösbar mit dem Gehäuse (1) verbunden ist, einer Betätigungseinrichtung (29) und einer damit gekoppelten Stelleinrichtung (11, 15, 16, 21), die außen am Verformungsabschnitt (8) anliegt, um diesen und ein darin angeordnetes zur Spitzenöffnung (4) geöffnetes Arbeitsvolumen (5) nach Maßgabe einer Betätigung der Betätigungseinrichtung (29) zusammenzudrücken oder zu entspannen, dadurch gekennzeichnet, daß die lichte Weite des unverformten Verformungsabschnittes (8) diejenige der Spitzenöffnung (4) übersteigt und die Stelleinrichtung (11, 15, 16, 21) den Verformungsabschnitt (8) über den gesamten Verformungsbereich des Arbeitsvolumens (5) hinweg im wesentlichen in Querrichtung verformt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verformungsabschnitt (8) eine blasenartige, zylindrische und/oder faltenbalgartige Form hat.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Verformungsabschnitt (8) einenends einen gewölbten Endbereich (8') und anderenends einen gewölbten Übergangsbereich (8'') zum Spitzenabschnitt (3') hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pipettenspitze (3) einen konischen Spitzenabschnitt (3') hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pipettenspitze (3) zwischen Verformungsabschnitt (8) und Spitzenabschnitt (3') einen Ringflansch (14) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahme (10) eine Öffnung zum axialen Einschieben des Verformungsabschnittes (8) und eine der Außenkontur des eingeschobenen Verformungsabschnittes entsprechende Innenkontur hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung einen Dosierzylinder (49) mit einem darin geführten und mittels der Betätigungseinrichtung (29) verschiebbaren Dosierkolben (16) zum Verformen des Verformungsabschnittes (8) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungseinrichtung (29) über ein Gestänge (21) mit dem Dosierkolben (16) gekoppelt ist, daß das Gestänge (21) einen Hubbegrenzer (22) hat, der einen gestängefesten Anschlagflansch (23) und gehäuseseitig mit Abstand voneinander beidseitig des Anschlagflansches fixierte Endanschläge (24, 25) aufweist, und daß der Abstand der Endanschläge (24, 25) mittels eines Stellgetriebes (31, 32, 22, 24) veränderlich ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungs- und Stelleinrichtungen Vorverformungseinrichtungen (43, 17) zum Vorverformen des Verformungsabschnittes (8) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorverformungseinrichtungen einen Vorverformungskolben (17) zum Vorverformen des Verformungsabschnittes haben.
Vorrichtung nach Anspruch 6 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverformungskolben (17) und der Dosierkolben (16) parallel nebeneinander in einem Vorverformungszylinder und einem Dosierzylinder geführt sind.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche sowie der Ansprüche 6 und 14, dadurch gekennzeichnet, daß Vorverformungskolben (17) und Dosierkolben (16) koaxial in einem gemeinsamen Zylinder (49) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß Dosierkolben (16) und/oder Vorverformungskolben (17) über ein Verdrängungsfluid auf den Verformungsabschnitt (8) einwirken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung eine Verdrängungseinrichtung (11) aus flexiblem Material aufweist, mit einer Aufnahme (10) für den Verformungsabschnitt (8), und mindestens einer Kammer (12) für das Verdrängungsfluid.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdrängungseinrichtung (11) außen im Gehäuse (1) an starren Anlageflächen abgestützt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennnzeichnet, daß die Kammer (12) um die Aufnahme (10) in deren Einführrichtung erstreckt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß Verformungsabschnitt (8) und/oder Verdrängungseinrichtung (11) aus inkompressiblem und elastischem Material bestehen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß an der Pipettenspitze (3) ein Abwerfer (44) angreift, der mittels eines Abwerforgans (43, 58, 59) betätigbar ist und die Pipettenspitze bei Betätigung in eine Freigabeposition verschiebt.
Vorrichtung nach Anspruch 5 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Abwerfer (44) den Ringflansch (14) der Pipettenspitze (3) mit einem Ringabschnitt (45) untergreift.