EP0046461A1 - Dosiervorrichtungen für Flüssigkeiten oder Gase - Google Patents

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EP0046461A1
EP0046461A1 EP80105031A EP80105031A EP0046461A1 EP 0046461 A1 EP0046461 A1 EP 0046461A1 EP 80105031 A EP80105031 A EP 80105031A EP 80105031 A EP80105031 A EP 80105031A EP 0046461 A1 EP0046461 A1 EP 0046461A1
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EP
European Patent Office
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spindle
dosing
housing
piston
pipette
Prior art date
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EP80105031A
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English (en)
French (fr)
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EP0046461B1 (de
Inventor
Winfried Dr. med. Stöcker
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STOECKER, WINFRIED, DR. MED.
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Priority to DE8080105031T priority patent/DE3071776D1/de
Priority to EP80105031A priority patent/EP0046461B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • 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
    • B01L3/0234—Repeating pipettes, i.e. for dispensing multiple doses from a single charge

Definitions

  • a separate piston-stroke pipette was initially used for each different volume. Pipettes that can dose several volumes were later used. Your piston stroke can be changed by adjusting the stops, either in steps (e.g. model 1100 V from Kontron, Eching, Germany) or continuously (e.g. model 3100 from Kontron). The piston stroke can be continuously and precisely adjusted with a micrometer (e.g. US Pat. No. 3,334,788 or Finnpipette R from Müller ratiolab, Dreieich, Germany).
  • the capillary-piston pipettes do not dose without carryover.
  • Your pistons and cylinders are wetted by the metered liquid (e.g. Capilettor R from Labora Mannheim, Germany or Transferpettor R from Brand, Wertheim, Germany). But they do not share the disadvantages that the air cushion brings with it.
  • the metered liquid e.g. Capilettor R from Labora Mannheim, Germany or Transferpettor R from Brand, Wertheim, Germany.
  • the piston stroke is also fixed in these pipettes, or it can be adjusted in steps or continuously.
  • the "Hamilton dispenser” was copied several times without significant improvements (e.g. DE-OS 27 36 551 and OS 25 25 670). It was further developed by the company Eppendorf-Gerätebau, Hamburg, Germany: In the Multipette 4780 R , the driving rack and the ' syringe lie in the same axis. The volume to be dispensed in one step can be changed in several steps without changing the syringe. To do this, you push a metal tongue in front of the rack at different distances, thereby determining the distance by which the rack is moved by the pawl of a ratchet mechanism.
  • the dosing volume can be varied if syringes with different internal cross sections are used, which are made of plastic in the Multipette 4780, can be exchanged very easily and can be discarded after use.
  • the Multipette 4780 can also dose precisely in one direction and the plunger of the syringe used is not secured against unintentional displacement during the dosing pause.
  • the dosing volume can be easily determined by two stops that limit the piston stroke up and down. If a liquid is to be taken up or dispensed several times in succession (collector or dispensing pipette), the piston in the cylinder must always be able to move the same distance in the same direction. You could use a cylinder with a scale for this. Before each step one would have to calculate the next scale value and then move the piston until then (e.g. dosing micrometer from Desaga, Heidelberg, Germany). However, this is much faster and more precise with the help of a grid mechanism.
  • the rack of the "Hamilton dispenser” contains, for example, a linear grid, in which the propulsion mechanism engages directly in order to move the rack ("active grid”). With each dosing step, a spring-loaded pawl moves it by a distance equal to the distance between two teeth. However, the rack can only be moved in one direction in precise steps corresponding to the grid. If it should also be shifted by exact distances in the opposite direction, then it is advisable to use a "passive grid” that is not part of the drive mechanism, but only marks the feed, cf. e.g. B. Fig. 1. "Passive detent mechanisms” are used, for example, in tap changers of electrical devices (kitchen range) or in lens change revolvers (microscope).
  • Passive indexing mechanisms are used to set the lines by turning the platen roller with the handwheel, usually also to divide the lines into equal lengths.
  • the “passive indexing mechanisms” enable the typewriter to hit a letter that has been struck exactly, even if the typewriter has been adjusted several times lengthways and crossways. From this you can see particularly well how reliable a "passive rest system” is certain position.
  • This principle is adopted for dosing devices in the present invention. It is already used in the "Sarpette R with screening” from Sarstedt, Nümbrecht, Germany. This device works like an air cushion piston stroke pipette, but the piston stroke is not limited by two stops, but by the distance between two "passive detents" on a rod with several detents.
  • the typewriter of a typewriter can also be rotated by a ratchet mechanism whose pawl turns into a circular one. (“active") grid engages and moves it around one or more teeth, comparable to the linear shifting of the rack in the "Hamilton Dispensor” (only one tooth) or in the Eppendorf Multipette (one tooth or several teeth).
  • active a ratchet mechanism
  • Such a rotating ratchet mechanism can also be used in conjunction with a spindle system to construct a metering device, as shown in this invention (e.g. Fig. 10).
  • a piston seal can be easily elastically deformed and the coefficient of static friction between the cylinder and the piston seal is high, then the piston moves jerkily in the cylinder instead of sliding smoothly. Even with a good syringe, the piston jerks a little when it has overcome the static friction resistance. The resulting error can be reduced using a screw mechanism.
  • a thread between the piston and the cylinder links the axial feed of the piston with a rotary movement, and the axially directed jerk at the beginning of each metering step is reduced to a fraction in accordance with the radius and the pitch of the thread.
  • Spindle systems are particularly suitable for the construction of motor-driven dosing devices.
  • Racks with worm drive and other systems are also used puts.
  • the plunger in the syringe housing can be moved exactly in both directions.
  • the smallest defined stroke displacements can be achieved with a transmission gear or with a spindle whose thread rises very flat.
  • the spindle can be parallel to the syringe plunger or better in the same axis.
  • stepper motors are preferred for driving. They are controlled by positioning electronics.
  • Examples of motor-driven metering devices Microlab M R and Microlab P R from Hamilton, Bonaduz, Switzerland; Dosing unit of the "Automatic Clinical Analyzer” from Du Pont, Wilmington, Delaware, USA; Reagent dispenser 5211 from Eppendorf-Gedorfebau, Hamburg, Germany; for several syringes at the same time: RIA sample processor from LKB-Wallac, Turku, Finland; Autodrop-Titertek from Flow Laboratories, Bonn.
  • These devices are very versatile because they can dose precisely in the pick-up and discharge directions and because they cover a large volume range. But they are also expensive, take up a lot of work space and cannot be transported from one laboratory place to another as easily as a handheld device.
  • a multititer R pipette sold by Flow Laboratories, Bonn, Germany for example, combines several of the piston stroke pipettes described above. These pipettes are also available with different handles for different volumes to be dosed (Finnipette R DT-OS 27 00 096) or with a continuously adjustable stroke (Titertek R multi-channel pipetting handle from Flow Laboratories, Bonn, Germany).
  • the pistons and cylinders to be moved against each other are guided in parallel and secured against slipping, e.g. B. Autodrop-Titertek from Flow Laboratories; RIA Sample Processor R from LKB-Wallac; Seromat from Greiner, Nürtingen, Germany.
  • the degree guide can be supported according to the invention by a parallel joint guide, as is known from presses for dishing purposes (Hallmann, UC, "patent application made easy", 1977,
  • Precision syringes are mainly used for the dosing devices of this invention, the pistons (pistons) of which are displaced by a certain distance in the cylinder (housing) in a dosing step.
  • the total stroke of each piston is broken down into a certain number of sections.
  • One embodiment of the invention contains a number of linear “passive grids” next to one another in order to limit the sections (FIGS. 1 and 2).
  • This pipette can dispense or take up different defined volumes in succession with the same syringe.
  • the distances by which the piston is displaced in a pipetting step cannot be as short as desired, because two detents must have a certain minimum distance from one another.
  • a reduction in the metering stroke could be achieved by means of a transmission gear between the measuring mechanism and the piston, or the piston, as in most embodiments of this invention, is displaced by a spindle system in the syringe housing.
  • a certain piston feed is assigned to each angle of rotation of a spindle against a spindle nut.
  • the angle of rotation can be limited by two stops (e.g. Fig. 10) or by two detents of a circular "passive locking mechanism" (e.g. Fig. 3).
  • the circular "passive grid” fulfills the same here Function like a control circuit in a dosing device with stepper motor. It divides the piston stroke into arbitrarily small defined distances and allows certain volumes to be taken up or released one or more times in succession. Different volumes can be dosed in succession with pipettes that contain several "passive locking mechanisms" without having to change syringes between the pipetting steps (eg Fig. 4). These pipettes are therefore also suitable as dilutors, apart from the fact that they can also be used as transfer, dispensing and collector pipettes.
  • the spindle system can bring the additional advantage that the piston can be moved almost without jerking in the axial direction because it can be rotated in the cylinder at the same time (Fig. 6).
  • Constructions are proposed that allow the dosing volumes to be continuously adjusted (e.g. Fig. 8 and Fig. 10).
  • the pipettes can be equipped with permanently installed piston lifting units or with precision syringes or with syringes that are completely or partially discarded when changing samples. You can also dose with disposable disposable pipette tips.
  • the pistons in the housings are moved exactly parallel by a special guide, which means that the same volumes are metered in all channels.
  • a special guide which means that the same volumes are metered in all channels.
  • the dosing devices of this invention have, as a central component, one or more elongated housings, in each of which a stamp slides tightly.
  • the stamp divides the housing into two rooms. One space is open to the outside for pressure equalization, the other is filled with the gas or liquid to be metered during metering, or it is with the liquid to be metered in a separate filling chamber through a cavity system that is otherwise closed to the outside, if necessary, connected via an air cushion.
  • Components of this cavity system can be cannulas, tubes or pipette tips.
  • the housing and plunger are firmly integrated in the pipette body, or interchangeable precision syringes of any diameter are used, with hollow cylinders made of glass or metal or plastic and with pistons, the seals of which are made of plastic, rubber or metal.
  • Disposable plastic syringes with rubber piston seals can be used, which are exchanged as a whole each time the pipette is changed. For carryover-free pipetting, it is also sufficient if only the housing and the piston seal are replaced.
  • the piston rod is then firmly installed in the pipetting device.
  • the pipette can be provided with a ejection mechanism that strips off the housing and the piston seals. To do this, a ring is pushed along the piston rod or the piston rod is fully retracted. A similar mechanism may also be provided for dropping pipette tips.
  • a "passive grid mechanism" can, for. B. consist of a surface profile grid and a resilient locking follower, or also of a magnetic grid and one of the magnetic attraction or repulsion subjected to the locking follower.
  • the distances between the catches or the stops from one another can be infinitely adjusted (Fig. 2, 9, 10, 11) or fixed distances of different sizes of the syringe plunger can be assigned in stages (Fig. 14) or infinitely (Fig. 8).
  • any volume can be measured with a certain syringe or the same volume with syringes of any internal cross-section.
  • Every pipetting step should still be able to be carried out completely, even in the extreme positions of the plunger in the syringe. This can be achieved by means of suitable suspension at the end points, which offer resistance to the last step but still allow it to be carried out completely, or by acoustic signals such as those built into typewriters to announce the end of the line.
  • the smallest volume that can be dosed with a syringe is equal to the product of the inner cross-section of the cylinder and the smallest precisely measurable feed of the piston in the cylinder.
  • syringes with a very small internal cross-section can therefore be used, or you can use a thicker syringe and move the plunger only very short distances.
  • Each defined piston feed corresponds to a certain distance in the measuring range of the pipette. However, very small distances cannot be measured precisely enough with simple mechanical means. For most embodiments of this invention therefore a translation between the measuring mechanism and the punch is provided, by means of which a reduced feed is assigned to a measuring section.
  • FIG. 14 A suitable translation gear is shown in Fig. 14.
  • the desired reduction of the feed can be constructed much more simply than in this illustration by means of a spindle system: If a spindle is rotated 360 ° against a nut, then it shifts in the longitudinal direction by the distance h indicated with the thread pitch. At the same time, the circumference of the spindle travels 2 r ⁇ . This path is 2 r ⁇ / h times longer than the axial feed. If the thread by 1 mm per 360 0 increases, therefore, is at the Peripherie'eines to the spindle rigidly mounted ring of 31.8 mm diameter 100 times more measurement section is available as in the longitudinal direction.
  • the spindle design covers a very wide volume range and enables a multitude of smallest volumes to be dosed with one syringe filling.
  • Spindles have the further advantage that the pitch of their thread can be adapted to the internal cross section of the syringes. Therefore, any syringe can be used to design dosing devices that are to pipette volumes in metric or in another system.
  • a linear grid (Fig. 1 and Fig. 2) must, without translation, be as long as the distance by which the piston can be moved overall, because each detent is used only once.
  • a grid ring is used during a total stroke by several rounds rotated and each detent is used several times.
  • the precision of the dosing devices of this invention depends on how precisely the piston maintains the stroke in the cylinder given for each dosing volume.
  • the drive is not required to be particularly precise, and it is therefore irrelevant for exact metering how the piston is driven.
  • the pipette can be actuated, for example, by direct axial pressure on the piston rod (Fig. 1), by a linear ratchet mechanism (Fig. 3, 4), by a handwheel (Fig. 1, 4, 6, 8, 9, 15), by a toothed belt, a cable or by other mechanical means.
  • a raster ring could also serve as a handwheel at the same time.
  • B reduce the constructions shown in Figs. 6 and 8 accordingly.
  • the drive mechanism is a functional component of the locking mechanism, as in Fig. 13, or where it is a link between the measuring part and the piston drive (Fig. 10, 11, 12), it must be designed precisely.
  • the plunger in the housing often has to be moved from one extreme position to the other. This is generally not a problem with a punch driven by a rack.
  • a suitable ratio can be installed for spindle systems (coarse drive) or hinged spindle nuts can be used. Spindles with low self-locking (e.g. ball screws or spindles with steep threads) can also be moved by axially directed pressure.
  • spindles with low self-locking e.g. ball screws or spindles with steep threads
  • spindles with low self-locking can also be moved by axially directed pressure.
  • a raster rod 101 which forms a unit with the rod of a syringe plunger 102 or is detachably connected to it.
  • the plug-in profile 103 at the lower end of the piston rod is pressed into the recess of an elastic piston seal 104, with which it is then connected in a form-fitting manner and without play.
  • the syringe housing 105 can be fastened to the pipette body by means of a suitable clamping device (syringe housing and piston seal, for example made of disposable material).
  • the piston seal also shifts by the same distance in the syringe housing, and that Room 108, which contains the dosing material or is connected to it, is enlarged or reduced.
  • each detent that can be felt when the pipette is actuated indicates a metered volume of 3 / ul if the syringe housing has a corresponding internal cross section.
  • Several locking mechanisms can also be set simultaneously for dosing different volumes.
  • the syringe housing After pipetting, the syringe housing is detached from the Syringe barrel and pulls the plunger out completely. The inner collar of the syringe housing wipes off the piston seal.
  • This device is suitable as a transfer pipette and as a dispensing and collector pipette.
  • the pipette shown in Fig. 1 contains four different locking divisions, which can be authorized for volume labeling by pressing in the corresponding resilient locking follower.
  • FIG. 2 shows the rolled-up outer surface of a cross-sectionally twelve-sided grid rod with twelve different grids.
  • one of the twelve grids can be brought together with a locking follower (not shown here), whereby the volume to be pipetted is determined (here, with a corresponding internal cross-section of the syringe housing, between 2 / ul and 20 ⁇ l).
  • the position of the grid rod is secured against unintentional twisting by a catch.
  • 1 / ul two staggered 2 ⁇ l grids are used, against which two stop followers at the same height are pressed, because the stops of a 1 / ul raster are too close to each other.
  • the same can be achieved with a single 2- / ul grid if it is connected to two correspondingly offset grid followers.
  • a cylindrically shaped grid rod with which volumes with a corresponding internal cross section of the syringe housing can be set steplessly between 3 / ul and 10 ⁇ l.
  • This rod is used e.g. B. locked by a screw (not shown).
  • This drill mechanism can also be used for pipettes whenever a rotational movement is to be generated by an axially directed movement.
  • the thread of the spindle system must rise steep enough and the frictional resistance between the spindle and the spindle nut must not be too high, because otherwise the system would counteract the axially directed pressure with excessive self-locking.
  • Fig. 3 can be used for transfer pipettes, dispensing and collector pipettes. With several, differently subdivided, raster rings, they can also be used as dilutors because they can be used for a wider volume range than the pipette with rack and pinion grid of Fig. 1.
  • a spindle nut is driven by moving a rotationally fixed spindle in the axial direction.
  • a rotationally fixed spindle 401 is axially displaced by a rotating spindle nut 402 mounted in the pipette housing.
  • the longitudinal shaft 403 is rotated by the transverse shaft 404 via the bevel gear 405 and one of the two bevel gears 406 and 407.
  • the cross shaft is driven by a handwheel 408 (combined micrometer-macrometer knurled wheel if necessary) or by a pushbutton 409 with ratchet mechanism 410.
  • the spindle nut 402 is rotated clockwise or counterclockwise by actuating the push button 409.
  • the rotationally fixed spindle 401 and the syringe plunger 412 rigidly connected to it follow pushed up or down.
  • the piston feed is divided by a locking mechanism into defined distances, the length of which is proportional to the angle of rotation which two adjacent detents of an adjusted locking ring 413 assume each other.
  • the locking mechanism of Fig. 4 can be replaced by a thread locking mechanism:
  • a thread 501 with notches 502 is attached to the inner surface of the cylinder 414 (Fig. 4) (raster thread, Fig. 5).
  • the pitch of the grid thread is adapted to the thread of the spindle nut.
  • a resilient locking follower (not shown) at the upper end of the rotationally fixed spindle is pushed against the locking thread. The distance between the individual catches in the grid thread defines the displacement distance of the plunger in the syringe housing per pipetting step.
  • this pipette can also dose different (any) volumes.
  • a rev counter grid mechanism can be used to limit the metering volume, especially if the spindle has to rotate many times during each metering step, e.g. B. with a very flat thread increase.
  • the number of spindle revolutions required for the desired volume is set digitally.
  • the individual counting wheels are coupled to one another so that with each full tour of a wheel, a wheel to the left of it rotates one step further.
  • Subtracting counters decrease this number with each tour and block or stop at zero.
  • the previously defined numerical value is set again by a lever movement. Adding counters start with zero and block or stop when the set numerical value is reached.
  • Screw measuring device (Fig. 9)
  • the toothed rings of both ratchets are rigidly connected to a spindle nut 402 in FIG. 4 or with a square tube 602 in FIG. 6 and drive them.
  • the catches 909 and 910 secure the position of the sprockets during the dosing break and when the ratchet pawl is reset.
  • a locking mechanism can be connected to the longitudinal shaft 906 via a coupling 911 (a, b, c).
  • This includes a toothed roller 912 and a toothed wheel 913 Internal thread that can be screwed back and forth by the toothed roller along a spindle 914 between two latching boundaries 915 and 916.
  • the lower limit is fixed, and the catch and the follower are engaged when the handwheel is in the zero position.
  • the upper limit can be infinitely adjusted by turning the spindle. This setting is secured by a spring lock nut 917.
  • the detent and the rest follower can be designed so that they can be rolled over against increased resistance (for blowing out a pipette tip).
  • a ratchet drive was shown, with which one can adjust a spindle or a spindle nut by any angle between 0 0 and over 360 ° because of the special design of the measuring mechanism.
  • the drive ring can be actuated, for example, directly by a handwheel or by a bellcrank, comparable to the paper quick feed lever of a typewriter.
  • the drive ring With a suitable suspension, the drive ring is turned back to the starting position at the end of each pipetting step. In this position, the pawl 1006 is under a cover 1009, so that it does not hinder the turning back of the spindle when the syringe is filled, or when, if necessary, a second, counter-rotating, ratchet mechanism is activated.
  • the pendulum mechanism is even simpler than the ratchet drive. It consists of a rotationally fixed outer ring 1101, which carries a fixed 1102 and an adjustable detent 1103 (both detents can be rolled over by a small angle, it can also be stops with spring-loaded pressure points), and an inner ring 1104 with a detent follower 1105, the e.g. B. with a spindle nut (like 402 in Fig. 4) or with the square tube 602 Fig. 6 is rigidly connected.
  • the inner ring can be moved in both directions by a handwheel (not shown), which causes the piston to move in the cylinder. A suspension in the handwheel pushes the inner ring back into the zero position from every position.
  • This version could be modified for use as a dispensing and collector pipette: To do this, the angle of rotation once set must be specified again after each pipetting step (default mechanism). As soon as the detent follower 1105 has reached the detent 1106, the inner ring is prevented from rotating by a suitable locking mechanism (not shown) combined with the drive mechanism, at the same time the outer ring is released and then the inner ring is rotated in the same direction as before until the Detent 1107 has reached the rest follower 1105. Now the outer ring is fixed again, the inner ring is released and the process can start again. As a result, the spindle system can be rotated one after the other in the same direction as often as desired, once an angle is set continuously.
  • the drive cylinder does not reach the level shown in the upper part of the figure.
  • the outer cylinder carries a fixed 1204 and an adjustable detent 1205 for stepless Limitation of the angle of rotation
  • the inner cylinder has a locking follower 1206.
  • B. rigidly connected with a spindle nut 402 (Fig. 4) or with a square tube 602 (Fig. 6). If it is turned, the piston moves in the syringe housing.
  • the drive cylinder 1202 is moved, for example, by a handwheel or by a lever mechanism (not shown).
  • the outer cylinder can be turned clockwise by means of the pawls 1207 and 1208 and the inner cylinder in the opposite direction. As long as the outer and inner cylinders are not being driven, the two catches 1209 and 1210 secure their position.
  • the catch follower 1206 In order to deliver a volume previously set by the catch 1205, the catch follower 1206 is transported by a movement of the drive cylinder from the catch 1204 to the catch 1205. The outer cylinder cannot rotate with it because it is prevented by the catch 1210.
  • the outer cylinder is rotated in the opposite direction with the drive cylinder until the catch 1204 has reached the catch follower 1206.
  • the inner cylinder comes to a standstill because the catch 1209 does not allow turning.
  • the pipette is now ready to dispense volume again.
  • This mechanism can turn a spindle by very precise angles, but only in one direction if there is no manual gearbox with reverse gear. It consists of three cylinders, the outer 1301 of which is fixed and formed by the body of the pipette. A drive cylinder 1302 slides in the outer cylinder and can then be pushed down a spring is put back. On the outside of the driving cylinder there is a pin 1303 which runs in a guideway 1304 of the outer cylinder. The guideway is designed to deflect the drive ring clockwise for a short distance as it moves down, and in the opposite direction when it slides up again.
  • the inner cylinder carries raised cam surfaces 1305 (cam surface cylinder 1306) on its outer surface.
  • the cam surface cylinder is rigidly connected to a spindle nut (such as 402 in Fig. 4) or to a square tube (602 in Fig. 6). When it is rotated, the plunger moves in the syringe housing.
  • the position of the spindle is secured by a catch 1310 during the dosing break.
  • Such a manual transmission can, for. B. can be installed in the pipettes shown in Fig. 4 or Fig. 8.
  • the spindle can also be driven in several stages by a manual gearbox if you are dispensing very small volumes with a syringe, but want to fill up or dispense its entire volume from time to time, for example to rinse the syringe (fine drive and coarse drive).
  • Multi-channel pipettes can significantly increase the effectiveness of laboratory work and also help to make it easier to compare test results.
  • syringe housings 1502 there are two syringe housings 1502 in a housing block 1501, which are prevented from moving by a counterplate 1503.
  • a shaft 1507 is mounted in the stamp block, which can be turned by a handwheel 1508 (possibly with coarse and fine drive).
  • the ratchet rings 1509 and 1510 and the bevel gears 1511 and 1512 rotate with the shaft.
  • the two spindles 1515 and 1516 are driven via the bevel gears 1513 and 1514, which bear a thread running in opposite directions (if the bevel gear 1511 is turned over and to the left of the bevel gear 1513, two identical spindles can be used).
  • the spindles turn in the Spindle nuts 1517 and 1518 and thereby move the housing block 1501 and the stamp block 1505 parallel to or away from each other.
  • the pistons in both housings move the same distance.
  • the locking mechanism 1510 When the locking mechanism 1510 is switched on, the total stroke of the piston in the syringe housing is broken up into small sections: in the setting shown, a metering volume of 3 / ul is noticeably identified by the locking mechanism when the handwheel is turned.
  • the device shown contains only two channels, but it is also possible to construct pipettes with a lot more syringes next to or behind one another. You can also install more locking rings or use other locking mechanisms and drives shown in the previous pictures.
  • the entire housing block with the syringe housings and piston seals can be replaced in a modular manner after loosening the screws 1519.
  • the inner collars 1520 of the syringe housing strip off the piston seals 1521 from the piston rods.
  • the plug-in profiles of the piston rods are pressed into the elastic piston seals of the new syringes, with which they are then positively connected and without play.
  • Fig. 16 the exact parallel guidance is ensured not only by two lateral bushings 1601 and 1602, but also by a joint construction.
  • This consists of two angle levers 1603 and 1604, which are rotatably mounted in the housing block 1605 (bearings 1606 and 1607) and are connected to each other by a pull rod 1608.
  • a long drawbar may be required for long distances between pistons in the syringe housings, which connects the two corners of the angle levers shown above.
  • the angle levers are also connected to the holder 1609 of the plunger 1610 by two articulated rods 1611 and 1612.
  • This parallel joint guide prevents the punches on one side of the multi-channel pipette from being displaced further than on the other side. If, for example, the syringe shown on the right opposes an increased resistance to the displacement of the stamp, then there is a tendency that the stamps in the left half of the figure are pushed further than the volume dispensing right. But this is prevented by the parallel joint guidance: it converts the thrust on one side into a pull on the other side. If the syringes are arranged in a field, then bushings or prisms must be attached to all four corners of the field and joint guides that are perpendicular to each other must be installed.
  • the 25 / ul locking mechanism is set, in a disposable syringe or in a pipette tip placed on the syringe end, 2 x 25 / ul are drawn by turning the handwheel (from one locking mechanism to the next but one), 25 / ul of which are placed in the secondary vessel dispensed (simple rest), the rest is discarded with the syringe or with the pipette tip.
  • the reagents can be formed directly in a twelve-channel device according to the invention Pipette should be kept. With this device, one or many times in succession, twelve precisely sized drops of the same size can be dosed in a single operation.
  • the pipette is in a rack that closes the syringe outlets so that the reagents do not dry out.
  • Deposited particles of a suspension of red blood cells can be whirled up before dosing, e.g. B. by a hollow cylinder made of steel, which is pushed back and forth several times in the syringe with a magnet.
  • a tube with a capacity of over 5 / ul is attached to the end of the syringe.
  • the 5 ⁇ l locking mechanism and the 100 ⁇ l locking mechanism are set (5 ⁇ l locking mechanism with soft locking, the other is operated by a two-stage push button with harder locking).
  • the syringe is filled with solvent and a volume is dispensed again until the first 100 / ul stop.
  • Aspirate 5 / ul air for better separation of the solvent from the sample
  • aspirate 5 / ul sample wipe the end of the tube, or, if a cannula is used, pierce clean filter paper, dispense 210 / ul into the secondary vessel (the 100- / ul -Raster is rolled over twice, it snaps into place at the end of the dilution step).
  • a multi-channel dispensing pipette constructed according to the invention can be combined with a suction device.
  • the dispenser channel is connected to a reaction vessel via a hose or a cannula through which it can dispense a certain amount of washing liquid.
  • the liquid is sucked off again by a vacuum over a T-piece of the same hose or over another hose. It is advisable to dispense and aspirate alternately.
  • This method is also suitable for washing flat reaction plates according to ST ⁇ CKER (European patent application 79103987.8). These plates contain reaction fields that are separated from each other by a water-repellent coating. For washing, a second plate made of a water-repellent material is placed at a suitable distance under the reaction plate. Opposite each reaction field, the second plate has a hole through which the multi-channel dispenser dispenses the washing liquid and the aspirator can remove it again.
  • the dosing devices can be used for sample application in thin layer chromatography, especially when very small volumes have to be dosed.
  • a filter or a membrane is attached to the bottom of a syringe, above which the liquid to be filtered or the liquid to be dialyzed can flow in through a lateral bore. This inflow is closed during the filtration or dialysis, e.g. B. by a built-in valve.

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Abstract

Es wurden Dosiervorrichtungen erfunden, die von Hand betätigt werden, aber eingesetzt werden können, wie durch Schrittmotoren mit Positionierelektronik angetriebene Präzisionsdosiergeräte. Sie enthalten Spritzenzylinder (Gehäuse, 105), in denen zum Dosieren Kolben (Stempel, 102) einmal oder mehrmals nacheinander um bestimmte Strecken verschoben werden.
Erfindungsgemäß wird die Verschiebestrecke begrenzt durch den Abstand zweier Rastungen voneinander auf einer Rasterstange (101), die nebeneinander mehrere Rastereinteilungen enthält, oder, in einem Spindelsystem, durch den Winkel, um den sich eine Spindel (z. B. 1515) und eine Spindelmutter (1517) gegeneinander verdrehen und der durch den Abstand zweier Rastungen voneinander in einem zirkulären Raster (z. B. einem Rasterring, 1510) oder zweier Anschläge (1002 und 1003) voneinander begrenzt wird.
Zylinder und Kolben sind feste Bestandteile der Dosiervorrichtungen oder sie werden als Präzisionsspritzen oder als billige Wegwerfspritzen auswechselbar daran befestigt. Das Dosiergut kann unmittelbar in die Zylinder aufgenommen werden oder man dosiert mit Wegwerf-Pipettenspitzen.
In mehrkanaligen Ausführungsformen gewährleistet eine verbesserte Parallelführung, daß die Strecke, um die sich die Kolben bei jedem Dosierschritt verschieben, in allen Zylindern gleich ist.
Die vorgeschlagenen Dosiergeräte sind verwendbar als Transfer-, Dispensier- und Kollektorpipetten und, mit mehreren nebeneinander einstellbaren Volumina, als Dilutoren.

Description

    1.1. Kolbenhubpipetten mit Wegwerfspitzen
  • Vor zwanzig Jahren wurden Flüssigkeiten vorwiegend mit Meßpipetten aus Glas dosiert. Das hat sich seit Einführung der von BERGMANN und SÖLTER (DT-PS 12 91 142, Firma Eppendorf-Gerätebau, Hamburg, Deutschland) beschriebenen Luftpolster-Kolbenhubpipette schlagartig geändert. Auf den Schaft dieser Pipette werden Einwegspitzen gesteckt, die ein größeres Volumen fassen, als mit ihnen pipettiert werden soll. Wenn die gebrauchten Pipettenspitzen durch neue ersetzt werden, gibt es keine unerwünschte Verschleppung eines Teils der dosierten Flüssigkeit von einer Probe zur nächsten, weil Zylinder und Kolben der Pipette durch ein Luftpolster vom Dosiergut getrennt werden und nicht mit ihm in Berührung kommen. Den Vorteil, den das Dosieren mit einem Luftpolster bringt, handelt man gegen eine Reihe von Fehlermöglichkeiten ein:
    • a) Luft entweicht in der Regel schneller als Flüssigkeiten durch Lecks im Meßteil der Pipette oder zwischen dem Pipettierschaft und einer schlecht sitzenden oder schlecht gefertigten Spitze. Dadurch entstehen häufig Fehler beim Aufnehmen und beim Abgeben der Flüssigkeit.
    • b) Das Volumen eines Gases ändert sich mit der Temperatur viel stärker als das Volumen einer Flüssigkeit. Deshalb führen Temperaturschwankungen im Luftpolster während des Pipettierens zu Fehldosierungen.
    • c) Wird die Pipette frei gehalten, dann strömt, auch bei einem gleichmäßigen Lauf des Kolbens im Zylinder, die verdrängte Dosierflüssigkeit ruckartig aus der Pipettenspitze. Die Flüssigkeit ist nämlich bestrebt, ihre Oberfläche möglichst klein zu halten. Die zwischen ihr und dem Pipettenmeßteil befindliche Luft ist kompressibel, und durch die Volumenverkleinerung im Meßteil baut sich zuerst ein Überdruck im Luftpolster auf. Erst wenn dieser Kompressionsdruck größer geworden ist als der durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bedingte Gegendruck, beginnt die Spitze auszulaufen, und zwar springt der erste Teil der Flüssigkeit vor die Spitze. Fällt er als Tropfen ab, dann beginnt der Prozeß von neuem. Dieses Phänomen stört, wenn Volumina unter 10 /ul einer Flüssigkeit hoher Oberflächenspannung dosiert werden sollen.
    • d) Hält man eine Pipette beim Dosieren nicht senkrecht, dann füllt sich ihre Spitze mit einem zu großen Volumen, besonders wenn die Flüssigkeitssäule in der Spitze hoch ist. Dieser Fehler ist durch die hohe Dehnungsfähigkeit der Luft und durch den von der Flüssigkeit erzeugten statischen Unterdruck bedingt.
    • e) Flüssigkeiten, mit denen sich die Pipettenspitzen stark benetzen, sollten mit Luftpolster-Kolbenhubpipetten nicht dosiert werden, weil sie in unterschiedlich großen Mengen an der Spitze hängenbleiben.
    • f) Die Spitzen müssen beim Abgeben des Dosiergutes ganz entleert werden. Dazu überrollt man den federnden Druckpunkt der Pipette. Wenn Flüssigkeiten mit niedriger Oberflächenspannung pipettiert werden, bilden sich dabei Blasen, und diese können die Untersuchung stören. Platzen sie, dann werden benachbarte Analysen verunreinigt oder verdorben (Chromatographie, Blutgruppenbestimmung).
  • Für jedes unterschiedliche Volumen wurde anfangs eine eigene Kolbenhubpipette gebraucht. Später wurden Pipetten verwendet, die mehrere Volumina dosieren können. Ihr Kolbenhub läßt sich durch Verstellung der Anschläge verändern, entweder in Stufen (z. B. Modell 1100 V der Firma Kontron, Eching, Deutschland) oder stufenlos (z. B. Modell 3100 der Firma Kontron). Besonders genau kann der Kolbenhub durch ein Mikrometer stufenlos eingestellt werden (z. B. US-PS 3 334 788 oder FinnpipetteR der Firma Müller ratiolab, Dreieich, Deutschland).
    • 1.2. Kapillarkolbenpipetten
  • Im Gegensatz zu den Luftpolster-Kolbenhubpipetten dosieren die Kapillarkolbenpipetten nicht verschleppungsfrei. Ihre Kolben und Zylinder werden von der dosierten Flüssigkeit benetzt (z. B. CapilettorR der Firma Labora Mannheim, Deutschland oder TransferpettorR der Firma Brand, Wertheim, Deutschland). Dafür teilen sie nicht die Nachteile, die das Luftpolster mit sich bringt. Man wird beispielsweise zum Pipettieren von Vollblut die Kapillarkolbenpipetten vorziehen. Der Kolbenhub ist bei diesen Pipetten ebenfalls fixiert, oder er läßt sich in Stufen oder stufenlos verstellen.
    • 1.3. Handdosierer zur mehrmaligen Flüssigkeitsabgabe nacheinander (Dispensierpipetten)
  • Die bisher beschriebenen Dosiergeräte sind Transferpipetten. Mit ihnen wird ein bestimmtes Volumen aufgenommen und gleich darauf wieder abgegeben. Soll eine größere Menge Flüssigkeit in mehreren kleinen Portionen abgegeben werden, verwen= det man "Repeating Dispensors". Ein solches Instrument haben HORN und THIELMANN angegeben (DDR-PS 107 392). Es ist so konzipiert, daß bei jedem Schritt das abgegebene Volumen durch Luft ersetzt wird. In der US-PS 3 161 323 wird ein "Repeating Dispensor" beschrieben, der sich in vielen Labors bewährt hat (Firma Hamilton, Bonaduz, Schweiz). Er enthält eine Mikropräzisionsspritze, deren Kolben durch einen Zahnstangen-Ratschenmechanismus im Zylinder Schritt für Schritt verschoben wird. Das mit jedem Mal abgegebene Volumen ergibt sich aus dem Innenquerschnitt der Spritze und dem Abstand zweier benachbarter Zähne auf der Zahnstange voneinander. Mit derselben Zahnstange kann man nur dann unterschiedliche Volumina je Schritt dosieren, wenn man Spritzen unterschiedlicher Innenquerschnitte bereithält und sie durch Lösen und Wiederbefestigen mehrerer Schrauben auswechselt. Für manche Laborarbeiten wünschte man, daß dieselbe Pipette genaue Volumina nicht nur mehrmals nacheinander abgeben, sondern auch aufziehen könnte. Davor kapituliert der "Hamilton-Dispensor". Aus seiner Konstruktion ergeben sich zwei weitere prinzipielle Nachteile:
    • a) Die Zahnstange wird parallel zum Kolben geführt und nicht in derselben Achse. Die Verbindung des Kolbens mit der Zahnstange neigt deshalb zum Verkanten, und es können sich daraus Fehldosierungen ergeben, besonders wenn die verwendete Spritze dem Verschieben des Kolbens einen erhöhten Reibungswiderstand entgegensetzt.
    • b) In den Intervallen zwischen den einzelnen Dosierschritten wird die Zahnstange aus dem Angriff der Klinke entlassen. Jetzt können Rückstellkräfte in der Spritze die Zahnstange um ein Stück zurückschieben. Auch das könnte zu Fehlern beim Dosieren führen.
  • Der "Hamilton-Dispensor" wurde mehrmals ohne wesentliche Verbesserungen nachgemacht (z. B. DE-OS 27 36 551 und OS 25 25 670). Weiterentwickelt wurde er von der Firma Eppendorf-Gerätebau, Hamburg, Deutschland: In der Multipette 4780R liegen die antreibende Zahnstange und die'Spritze in derselben Achse. Das mit einem Schritt abzugebende Volumen kann ohne Auswechseln der Spritze in mehreren Stufen verändert werden. Dazu schiebt man eine Metallzunge unterschiedlich weit vor die Zahnstange und bestimmt dadurch, um welche Strecke die Zahnstange von der Klinke eines Ratschenmechanismus bewegt wird. Darüberhinaus kann man, wie im "Hamilton-Dispensor", das Dosiervolumen variieren, wenn man Spritzen unterschiedlicher Innenquerschnitte verwendet, die bei der Multipette 4780 aus Kunststoff bestehen, sehr leicht ausgetauscht und nach Gebrauch weggeworfen werden können. Auch die Multipette 4780 kann nur in einer Richtung genau dosieren und der Kolben der eingesetzten Spritze ist in der Dosierpause gegen eine unbeabsichtigte Verschiebung nicht gesichert. Diese Nachteile sind in der von der Firma Sarstedt, Nümbrecht, Deutschland, vertriebenen "SarpetteR mit Rasterung" (siehe unten) beseitigt, die das Dosiervolumen mit einem "passiven Rastwerk" abmißt.
    • 1.4. Prinzip des "passiven" und des "aktiven Rasters"
  • In einer Pipette, die eine Flüssigkeit aufnehmen und gleich darauf wieder abgeben soll (Transferpipette) kann das Dosiervolumen durch zwei Anschläge leicht festgelegt werden, die den Kolbenhub nach oben und unten begrenzen. Soll eine Flüssigkeit mehrmals nacheinander aufgenommen oder abgegeben werden (Kollektor- oder Dispensierpipette), dann muß sich der Kolben im Zylinder in derselben Richtung immer wieder um die gleiche Strecke bewegen lassen. Dazu könnte man einen Zylinder mit einer Skala benutzen. Vor jedem Schritt müßte man den nächsten Skalenwert errechnen und den Kolben dann bis dahin verschieben (z. B. Dosiermikrometer der Firma Desaga, Heidelberg, Deutschland). Das geht aber viel schneller und genauer mit Hilfe eines Rastwerks.
  • Die Zahnstange des "Hamilton-Dispensors" (siehe oben) enthält beispielsweise ein lineares Raster, in das der Vortriebsmechanismus direkt eingreift, um die Zahnstange zu verschieben ("aktives Raster"). Sie wird bei jedem Dosierschritt durch eine gefederte Klinke um eine Strecke versetzt, die gleich dem Abstand zweier Zähne voneinander ist. Die Zahnstange kann aber nur in einer Richtung in genauen, dem Raster entsprechenden Schritten bewegt werden. Soll sie auch in entgegengesetzter Richtung um genaue Strecken verschoben werden, dann empfiehlt es sich, ein "passives Raster" zu verwenden, das nicht Bestandteil der Antriebsmechanik ist, sondern den Vorschub nur markiert, vgl. z. B. Abb. 1. "Passive Rastwerke" gebraucht man beispielsweise in Stufenschaltern elektrischer Geräte (Küchenherd) oder in Objektivwechselrevolvern (Mikroskop).
  • In Schreibmaschinen werden "passive Rastwerke" zum Einstellen der Zeilen durch das Verdrehen der Schreibwalze mit dem Handrad benutzt, in der Regel auch zum Unterteilen der Zeilen in gleichlange Strecken. Die "passiven Rastwerke" befähigen die Schreibmaschine, einen angeschlagenen Buchstaben wieder genau zu treffen, auch wenn inzwischen die Schreibwalze längs und quer mehrmals verstellt wurde. Daran kann man besonders gut erkennen, wie zuverlässig ein "passives Rastwerk" eine bestimmte Position festlegen kann. Dieses Prinzip wird in der vorliegenden Erfindung für Dosiergeräte übernommen. Es wird bereits bei der "SarpetteR mit Rasterung" der Firma Sarstedt, Nümbrecht, Deutschland, benutzt. Dieses Gerät funktioniert wie eine Luftpolster-Kolbenhubpipette, deren Kolbenhub aber nicht durch zwei Anschläge begrenzt wird, sondern durch den Abstand zweier "passiver Rastungen" voneinander auf einer Stange mit mehreren Rastungen. Ein bestimmtes Volumen wird in eine Wegwerfspitze aufgezogen und in Teilschritten wieder abgegeben. Die "SarpetteR mit Rasterung" hat den Nachteil, daß für jedes abzugebende Dosiervolumen eine eigene Pipette gebraucht wird und daß der Gesamthub des Kolbens nicht in beliebig kurze Teilstrekken zerlegt werden kann, weil zwei Rastungen aus Platzgründen einen bestimmten Mindestabstand voneinander haben müssen.
  • Die Schreibwalze einer Schreibmaschine kann außer von einem Handrad auch von einem Ratschenmechanismus verdreht werden, dessen Klinke in ein zirkuläres. ("aktives") Raster eingreift und es um einen oder um mehrere Zähne bewegt, vergleichbar dem linearen Verschieben der Zahnstange im "Hamilton-Dispensor" (nur ein Zahn) oder in der Eppendorf-Multipette (ein Zahn oder mehrere Zähne). Ein solcher kreisender Ratschenmechanismus kann in Verbindung mit einem Spindelsystem ebenfalls zur Konstruktion eines Dosiergerätes dienen, wie in dieser Erfindung gezeigt wird (z. B. Abb. 10).
  • 1.5. Bisherige Verwendung von Spindeln für Dosiergeräte Durch ein Spindelsystem können in Kolbenhubpipetten vor dem Pipettieren die den Hub begrenzenden Anschläge genau eingestellt werden (US-PS 3 334 788 und DE-OS 26 32 970). Spindelsysteme werden aber auch zum direkten Verschieben des Kolbens in einem Spritzenzylinder eingesetzt, z. B. im Dosiermikrometer der Firma Desaga, Heidelberg, Deutschland, oder in vielen motorgetriebenen Dosiergeräten. Mit Spindeln kann man durch kleine Stellwinkel und durch einen flachen Gewindeanstieg den Kolben um sehr kleine Schritte bewegen. Der Kolben läßt sich trotzdem immer noch um sehr große Strecken verschieben, wenn die Spindel um mehrere Touren gedreht wird. Dadurch ist man in der Lage, mit derselben Spritze nacheinander sehr kleine und sehr große Volumina zu dosieren. Darüberhinaus läßt sich nach SUNDSTRÖM mit Spindeln ein nahezu ruckfreies Gleiten des Kolbens im Zylinder erreichen (DE-AS 27 31 102):
  • Wenn sich eine Kolbendichtung leicht elastisch verformen läßt und der Haftreibungskoeffizient zwischen Zylinder und Kolbendichtung hoch ist, dann bewegt sich der Kolben ruckartig im Zylinder, anstelle gleichmäßig zu gleiten. Auch bei einer guten Spritze ruckt der Kolben ein wenig, wenn er den Haftreibungswiderstand überwunden hat. Der resultierende Fehler kann durch einen Schraubmechanismus reduziert werden. Dabei wird durch ein Gewinde zwischen Kolben und Zylinder der axiale Vorschub des.Kolbens mit einer Drehbewegung verknüpft, und der axial gerichtete Ruck zu Beginn jedes Dosierschritts verkleinert sich entsprechend dem Radius und der Steigung des Gewindes auf einen Bruchteil. Die von SUNDSTRÖM empfohlenen Einwegspritzen, deren Kolben ein selbstschneidendes Außengewinde tragen, sind aber sicher für das Pipettieren mit hoher Präzision viel zu ungenau, obwohl sie dafür eigentlich vorgesehen sind. Im übrigen ist das Prinzip bereits seit über zehn Jahren durch die "Spritze mit Gewindekolben" bekannt (Firma Hamilton, Bonaduz, Schweiz, Katalog H-79, S. 22). Bei dieser trägt die Kolbenstange ein Gewinde, das sich in einer mit dem Spritzenzylinder starr verbundenen Mutter dreht. Dabei dreht sich die Dichtung des Kolbens mit, während sich der Kolben nahezu ruckfrei axial verschiebt.
    • 1.6. Motorgetriebene Dosiergeräte
  • Für die Konstruktion motorgetriebener Dosiergeräte eignen sich Spindelsysteme besonders gut. Es werden aber auch Zahnstangen mit Schneckenantrieb und andere Systeme eingesetzt. Bei guten Geräten kann der Stempel im Spritzengehäuse in beide Richtungen genau verschoben werden. Man erreicht kleinste definierte Hubverschiebungen mit einem Übersetzungsgetriebe oder mit einer Spindel, deren Gewinde sehr flach ansteigt. Die Spindel kann parallel zum Spritzenkolben liegen oder besser in derselben Achse. In letzter Zeit werden zum Antrieb Schrittmotoren bevorzugt. Sie werden durch eine Positionierelektronik angesteuert.
  • Beispiele für motorgetriebene Dosiergeräte: Microlab MR und Microlab PR der Firma Hamilton, Bonaduz, Schweiz; Dosierwerk des "Automatic Clinical Analyzer" der Firma Du Pont, Wilmington, Delaware, USA; Reagenzdosierer 5211 der Firma Eppendorf-Gerätebau, Hamburg, Deutschland; für mehrere Spritzen gleichzeitig: RIA-Sample-Processor der Firma LKB-Wallac, Turku, Finnland; Autodrop-Titertek der Firma Flow Laboratories, Bonn. Diese Geräte sind sehr vielseitig, weil sie in Aufnahme-und in Abgaberichtung genau dosieren können und weil sie einen großen Volumenbereich abdecken. Sie sind aber auch teuer, beanspruchen viel Arbeitsfläche und können nicht-so leicht von einem Laborplatz zum anderen transportiert werden wie ein Handgerät.
    • 1.7. Mehrkanalige Dosiergeräte
  • Damit man dem Bedürfnis des Laborpersonals nach einer Verkürzung der Arbeitszeit entgegenkommen konnte, hat man in der Vergangenheit Dosiergeräte mit mehreren Kanälen entwickelt. In einer von der Firma Flow Laboratories, Bonn, Deutschland, vertriebenen MultititerR-Pipette sind beispielsweise mehrere der oben beschriebenen Kolbenhubpipetten zusammengefaßt. Diese Pipetten gibt es auch mit verschiedenen Handgriffen für verschiedene zu dosierende Volumina (Finni- petteR DT-OS 27 00 096) oder mit stufenlos verstellbarem Hub (TitertekR-Multikanal-Pipettierhandgriff der Firma Flow Laboratories, Bonn, Deutschland).
  • Die Firma Hamilton (Bonaduz, Schweiz) vertreibt einen "Terasaki-Dispensor", mit dem man nach dem Prinzip des oben beschriebenen "Hamilton-Dispensors" sechs Spritzen nebeneinander betätigen kann. Diesem Gerät fehlt eine genaue Führung: Wenn sich in einer der Spritzen der Kolben schwer verschieben läßt, dann verkantet sich das Gestänge, und die Kolben auf der Seite der schwergängigen Spritze werden nicht so weit verschoben wie es vorgesehen ist, auf der anderen Seite umso weiter. Das führt zur Abgabe unterschiedlicher Volumina in den verschiedenen Spritzen. Außerdem können die einzelnen Spritzenzylinder beim Aufziehen der zu dosierenden Flüssigkeit unbemerkt um ein Stück zurückrutschen. Wenn sie beim Abgeben der Flüssigkeit wieder vorgeschoben werden, entsteht ein Dosierfehler. Dieses Gerät ist daher für ein zuverlässiges und genaues Dosieren nicht geeignet.
  • Bei einigen großen, motorgetriebenen Mehrkanal-Dosiergeräten werden die gegeneinander zu verschiebenden Kolben und Zylinder parallel geführt und gegen ein Verrutschen gesichert, z. B. Autodrop-Titertek der Firma Flow Laboratories; RIA-Sample-ProcessorR der Firma LKB-Wallac; Seromat der Firma Greiner, Nürtingen, Deutschland.
  • Auch für die Mehrkanal-Dosiergeräte der vorliegenden Erfindung mit beispielsweise sechs oder zwölf Spritzen ist eine exakte Gradführung erforderlich, z. B. eine beidseitige Buchsenführung. Sie darf aber nicht zu schwer sein, wenn das Gerät zum Dosieren in der Hand gehalten werden soll. Sie ist daher schwächer auszulegen als es in Tischgeräten möglich ist. Um den Verlust an Belastbarkeit zu kompensieren, kann die Gradführung erfindungsgemäß von einer Gelenkparallelführung unterstützt werden, wie sie von Pressen für Kümpelzwecke bekannt ist (Hallmann, U. C., "Patentanmeldung leicht gemacht", 1977,
  • Hans-Holzmann-Verlag Bad Wörishofen, Ss. 48 ff). Es ist auch möglich, mit Schlauchpumpen mehrere Proben gleichzeitig zu pipettieren, diese Geräte dürften sich aber nur für semiquantitatives Dosieren eignen (z. B. Schlauchpumpe der Firma Jungkeit, Nörten-Hardenberg, Deutschland, oder Auto- spotterR der Firma Desaga, Heidelberg, Deutschland). Ebenfalls nicht geeignet für ein genaues Dosieren im Mikroliterbereich sind die eher zum Abfüllen von Flüssigkeiten vorgesehenen Geräte nach DT-PS 24 59 365, DE-OS.28 00 771 und DE-OS 27 25 835. Bei der in DE-AS 24 15 021 beschriebenen Mikropipettiereinrichtung wird dieselbe Flüssigkeit gleichzeitig in mehrere Gefäße getropft. Die Volumenabgabe ist ungenau und von der Oberflächenspannung der zu pipettierenden Flüssigkeit abhängig. Wenn ein Kanal verstopft ist, dann wird das für diesen Kanal vorgesehene Volumen auf die anderen Kanäle verteilt.
    • 2. AUFGABE DER ERFINDUNG
  • Die bisher bekannten, von Hand zu betätigenden Dosiergeräte weisen eine Reihe verschiedener Nachteile auf, die oben im einzelnen beschrieben wurden. Bei den Pipetten der vorliegenden Erfindung sind diese Nachteile zu beseitigen. Die Pipetten sollen genau dosieren und in ihrer Funktion ebenso vielseitig sein wie gute, durch Schrittmotoren mit Positionierelektronik getriebene Präzisionsdosiergeräte. Ein und dieselbe Pipette soll dementsprechend gebraucht werden können
    • a) als Kolbenhubpipette, mit der man sicher ist vor Verschleppungsfehlern (trennendes Luftpolster zwischen Volumenabmeßteil und Dosiergut, Wegwerfspitzen),
    • b) wie eine Kapillarkolbenpipette, mit der Verschleppungsfehler möglich sind (kein Luftpolster, dadurch wird der Sollwert des Dosiervolumens genauer eingehalten, fest eingebaute Spritze),
    • c) wie eine Kapillarkolbenpipette, mit der man sicher ist vor Verschleppungsfehlern (kein Luftpolster, Wegwerfspritzen),
    • d) als Dispensierpipette (gleiche oder verschiedene definierte Volumina können mehrmals nacheinander abgegeben werden), die in der Dosierpause gegen eine unbeabsichtigte Verstellung gesichert ist,
    • e) als Kollektorpipette (Dispensierpipette mit umgekehrter Dosierrichtung),
    • f) als Dilutorpipette (Verdünnung eines kleinen Probenvolumens in einer großen Menge Lösungsmittel; die Pipette hat dafür nacheinander kleine und vergleichsweise sehr große Volumina präzise zu dosieren, ohne daß zwischendurch Teile ausgetauscht werden müssen).
  • In den mehrkanaligen Ausführungsformen sind alle diese Funktionen zu vervielfältigen. Die verschiedenen Kanäle müssen mit der gleichen Richtigkeit und Genauigkeit dosieren.
    • 3. WESENTLICHE MERKMALE DER ERFINDUNG UND LÖSUNG DER ERFINDUNGSAUFGABE
  • Für die Dosiergeräte dieser Erfindung werden vorwiegend Präzisionsspritzen benutzt, deren Kolben (Stempel) bei einem Dosierschritt um eine bestimmte Strecke im Zylinder (Gehäuse) verschoben werden. Der Gesamthub jedes Kolbens wird in eine bestimmte Anzahl Teilstrecken zerlegt.
  • Die eine Ausführungsform der Erfindung enthält zur Begrenzung der Teilstrecken nebeneinander mehrere lineare "passive Raster" (Abb. 1 und 2). Diese Pipette kann mit derselben Spritze nacheinander verschiedene definierte Volumina abgeben oder aufnehmen. Mit dieser Konstruktion können die Strecken, um die der Kolben bei einem Pipettierschritt verschoben wird, nicht beliebig kurz sein, weil zwei Rastungen einen bestimmten Mindestabstand voneinander haben müssen.
  • Eine Verkürzung des Dosierhubs könnte man durch ein Übersetzungsgetriebe zwischen Meßwerk und Kolben erreichen, oder der Kolben wird,wie bei den meisten Ausführungsformen dieser Erfindung,durch ein Spindelsystem im Spritzengehäuse verschoben. Jedem Drehwinkel einer Spindel gegen eine Spindelmutter ist ein bestimmter Kolbenvorschub zugeordnet. Der Drehwinkel kann durch zwei Anschläge begrenzt werden (z. B. Abb. 10) oder durch zwei Rastungen eines zirkulären "passiven Rastwerks" (z. B. Abb. 3).
  • Das zirkuläre "passive Rastwerk" erfüllt hier die gleiche Funktion wie eine Steuerschaltung in einem Dosiergerät mit Schrittmotor. Es unterteilt den Kolbenhub in beliebig kleine definierte Strecken und erlaubt es, daß bestimmte Volumina einmal oder mehrmals nacheinander aufgenommen oder abgegeben werden. Mit Pipetten, die mehrere "passive Rastwerke" enthalten, können nacheinander verschiedene Volumina dosiert werden, ohne daß Spritzen zwischen den Pipettierschritten ausgewechselt werden müssen (z. B. Abb. 4). Diese Pipetten eignen sich daher auch als Dilutoren, abgesehen davon, daß sie auch als Transfer-, Dispensier- und Kollektorpipetten verwendet werden können.
  • Das Spindelsystem kann den zusätzlichen Vorteil bringen, daß sich der Kolben nahezu ruckfrei in axialer Richtung verschieben läßt, weil er gleichzeitig im Zylinder gedreht werden kann (Abb. 6).
  • Es werden Konstruktionen vorgeschlagen, die ein stufenloses Einstellen der Dosiervolumina erlauben (z. B. Abb. 8 und Abb. 10).
  • Die Pipetten können mit fest eingebauten Kolbenhubeinheiten ausgerüstet sein oder mit Präzisionsspritzen oder mit Spritzen, die man bei einem Probenwechsel ganz oder teilweise verwirft. Man kann auch mit aufzusteckenden Einweg-Pipettenspitzen dosieren.
  • Bei den Mehrkanalpipetten werden die Stempel in den Gehäusen durch eine besondere Führung genau parallel verschoben, wodurch in allen Kanälen gleiche Volumina dosiert werden. Es werden mehrere bevorzugte Ausführungsformen beschrieben, um zu zeigen, wie sich die Aufgabe der Erfindung lösen läßt. Für einige Dosiergeräte, die nur einen Teil der Funktionen zu beherrschen brauchen, werden spezielle Konstruktionen dargestellt.
    • 4. BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG 4.1. Gehäuse und Stempel
  • Die Dosiervorrichtungen dieser Erfindung weisen als zentralen Bestandteil ein oder gleichzeitig mehrere längliche Gehäuse auf, in denen je ein Stempel dicht abschließend gleitet. Der Stempel teilt das Gehäuse in zwei Räume. Der eine Raum ist für den Druckausgleich nach außen hin offen, in den anderen wird beim Dosieren das zu dosierende Gas oder die zu dosierende Flüssigkeit eingefüllt, oder er ist mit der zu dosierenden Flüssigkeit einer separaten Füllkammer durch ein nach außen hin im übrigen geschlossenes Hohlraumsystem, gegebenenfalls über ein Luftpolster, verbunden. Bestandteile dieses Hohlraumsystems können Kanülen, Schläuche oder Pipettenspitzen sein. Gehäuse und Stempel sind fest im Pipettenkörper integriert, oder es werden austauschbare Präzisionsspritzen beliebigen Durchmessers eingesetzt, mit Hohlzylindern aus Glas oder Metall oder Kunststoff und mit Kolben, deren Dichtungen aus Kunststoff, Gummi oder Metall bestehen. Es können auch Einwegspritzen aus Kunststoff mit Kolbendichtungen aus Gummi verwendet werden, die man bei jedem Wechsel des Pipettiergutes im Ganzen austauscht. Für ein verschleppungsfreies Pipettieren reicht es auch, wenn nur das Gehäuse und die Kolbendichtung ersetzt werden. Die Kolbenstange ist dann fest ins Pipettiergerät eingebaut. In diesem Fall kann die Pipette mit einem Abwurfmechanismus versehen sein, der die Gehäuse und die Kolbendichtungen abstreift. Dazu wird ein Ring entlang der Kolbenstange vorgeschoben oder die Kolbenstange wird voll zurückgezogen. Ein ähnlicher Mechanismus kann gegebenenfalls auch für das Abwerfen von Pipettenspitzen vorgesehen werden.
  • 4.2. Begrenzung des Kolbenhubs durch Rastungen oder Anschläge Beim Pipettieren werden Gehäuse und Stempel in axialer Richtung gegeneinander verschoben. Einer bestimmten Verschiebestrecke ist ein dem Innenquerschnitt des Gehäuses proportionales Dosiervolumen zugeordnet. Diese Strecke wird durch den Abstand zweier Rastungen oder zweier Anschläge voneinander festgelegt.
  • Bei einer Pipette mit "passivem Rastwerk" ist die Verschiebung des Stempels im Gehäuse mit der Verschiebung eines Rasters gegen einen Rastfolger gekoppelt. Zu Beginn jedes Pipettierschrittes wird der Rastfolger gegen Federkraft aus der Rastung gedrängt. Der Rastfolger zeigt das Ende des Schrittes dadurch an, daß er spürbar in die nächste Rastung federt, siehe z. B. Abb. 1 und Abb. 4.
  • "Passive Rastwerke" bieten für die Konstruktion einer Pipette mehrere grundlegende Vorteile:
    • a) Die Pipette kann aus der gleichen (nicht endständigen) Position des Stempels heraus in beide Richtungen genau dosieren.
    • b) Im Rahmen der Kapazität des Dosiergeräts kann der Stempel beliebig oft nacheinander verschoben werden, gleichgültig in welche Richtung.
    • c) Während der Dosierpause ist die Stellung des Stempels durch die "passive Rastung" gegen ein unbeabsichtigtes Verschieben gesichert.
    • d) Mit ein und derselben Pipette können verschiedene Volumina dosiert werden, wenn sie gleichzeitig mehrere Rastwerke enthält, wie es in den Abb. 1, 4 und 15 dargestellt ist. Man kann z. B. 100 /ul aufziehen und dieses Volumen im ganzen oder in 10-/ul-Schritten oder in 2-µl-Schritten wieder abgeben, je nachdem, welches Rastwerk gerade eingeschaltet ist. Die Begrenzung des größeren Volumens kann durch ein besonders deutliches Einrasten hervorgehoben werden, wenn der entsprechende Rastfolger durch einen zweistufig arretierbaren Druckknopf stärker gegen das Raster gedrückt wird.
    • e) Durch mehrfaches Überrennen der Rastungen können ganze Vielfache der eingestellten Volumina dosiert werden.
  • Die Kraft, die den Rastfolger gegen das Raster drängt, ist so einzustellen, daß die Rastung markant genug wird und nicht versehentlich überrannt werden kann. Der Rastzustand muß sich aber-auch leicht genug lösen lassen, damit nicht jeder Pipettierschritt mit einem starken Ruck beginnt. Ein "passives Rastwerk" kann z. B. aus einem Oberflächenprofilraster und einem federnden Rastfolger bestehen, oder auch aus einem magnetischen Raster und einem der magnetischen Anziehung oder Abstoßung unterworfenen Rastfolger. Bei einigen der hier beschriebenen Dosiergeräte kann man die Abstände der Rastungen oder der Anschläge voneinander stufenlos verstellen (Abb. 2, 9, 10, 11) oder es können festgelegten Abständen unterschiedlich große Vorschübe des Spritzenstempels in Stufen (Abb. 14) oder stufenlos zugeordnet werden (Abb. 8). Dadurch lassen sich mit einer bestimmten Spritze beliebige Volumina oder mit Spritzen beliebiger Innenquerschnitte gleiche Volumina abmessen.
  • Jeder Pipettierschritt soll noch vollständig ausgeführt werden können, auch in den extremen Positionen des Kolbens in der Spritze. Das kann man durch geeignete Federungen an den Endpunkten erreichen, die dem letzten Schritt einen Widerstand entgegensetzen, aber seine vollständige Ausführung noch erlauben, oder durch akustische Signale, wie sie in Schreibmaschinen eingebaut sind, um das Zeilenende anzukündigen.
    • 4.3. Spindelsysteme
  • Das kleinste mit einer Spritze dosierbare Volumen ist gleich dem Produkt aus dem Innenquerschnitt des Zylinders und dem kleinsten genau abmeßbaren Vorschub des Kolbens im Zylinder. Für ein genaues Dosieren im Mikroliterbereich kann man daher Spritzen mit einem sehr kleinen Innenquerschnitt verwenden, oder man nimmt eine dickere Spritze und verschiebt den Kolben um nur sehr kurze Strecken. Jedem definierten Kolbenvorschub entspricht eine bestimmte Strecke im Meßbereich der Pipette. Sehr kleine Strecken können aber mit einfachen mechanischen Mitteln nicht genau genug abgemessen werden. Für die meisten Ausführungsformen dieser Erfindung ist deshalb eine Übersetzung zwischen Meßwerk und Stempel vorgesehen, durch die einer Meßstrecke ein verkleinerter Vorschub zugeordnet wird. (Beim Pipettieren großer Volumina könnte die Übersetzung auch umgekehrt werden.) Ein geeignetes Übersetzungsgetriebe ist in Abb. 14 dargestellt. Viel einfacher als in dieser Abbildung läßt sich die gewünschte Verkleinerung des Vorschubs durch ein Spindelsystem konstruieren: Wird eine Spindel gegen eine Mutter um 360° gedreht, dann verschiebt sie sich in Längsrichtung um die mit der Gewindesteigung angegebene Strecke h. In der gleichen Zeit legt der Umfang der Spindel den Weg 2 rπ zurück. Dieser Weg ist um 2 rπ / h mal länger als der axiale Vorschub. Wenn das Gewinde um 1 mm pro 3600 ansteigt, dann steht demnach an der Peripherie'eines auf die Spindel fest montierten Ringes von 31,8 mm Durchmesser 100 mal mehr an Meßstrecke zur Verfügung als in Längsrichtung. Dadurch kann ein um ein Hundertstel kleineres Volumen abgemessen werden, als es in axialer Richtung möglich ist. Es ist aber mit derselben Pipette auch möglich, ein viel größeres Volumen zu dosieren. Man braucht dazu die Spindel nur um einen größeren Winkel zu drehen, gegebenenfalls um über 3600. Die Spindelkonstruktion deckt auf diese Weise einen sehr breiten Volumenbereich ab und ermöglicht es, daß mit einer Spritzenfüllung eine Vielzahl kleinster Volumina dosiert werden kann. Spindeln haben den weiteren Vorzug, daß die Steigung ihres Gewindes dem Innenquerschnitt der Spritzen angepaßt werden kann. Deshalb lassen sich zur Konstruktion von Dosiergeräten, die Volumina im metrischen oder in einem anderen System pipettieren sollen, beliebige Spritzen verwenden. Für ein Spindelsystem läßt sich das Prinzip des "passiven Rasters" platzsparend ausnutzen. Ein lineares Raster (Abb. 1 und Abb. 2) muß nämlich, ohne Übersetzung, ebenso lang sein wie die Strecke, um die der Kolben insgesamt verschoben werden kann, weil jede Rastung nur einmal benutzt wird. Beim Spindelsystem wird dagegen in den meisten Fällen ein Rasterring während eines Gesamthubs um mehrere Runden gedreht und jede Rastung wird dabei mehrmals in Anspruch genommen.
    • 4.4. Stempelvortrieb
  • Die Präzision der Dosiergeräte dieser Erfindung hängt davon ab, wie genau der Kolben den ihm für jedes Dosiervolumen vorgegebenen Hub im Zylinder einhält. Wo der Kolbenvortrieb spielfrei mit dem Rastwerk gekoppelt ist, wird vom Antrieb keine besondere Genauigkeit verlangt, und es ist deshalb für ein exaktes Dosieren unwesentlich, wie der Kolben angetrieben wird. Die Pipette kann in diesem Fall beispielsweise durch direkten axialen Druck auf die Kolbenstange betätigt werden (Abb. 1), durch einen linearen Ratschenmechanismus (Abb. 3, 4), durch ein Handrad (Abb. 1, 4, 6, 8, 9, 15), durch einen Zahnriemen, einen Seilzug oder durch andere mechanische Mittel. Ein Rasterring könnte auch gleichzeitig als Handrad dienen, dazu ließen sich z. B. die in den Abb. 6 und 8 dargestellten Konstruktionen entsprechend reduzieren. Wo die Antriebsmechanik aber ein funktioneller Bestandteil des Rastwerks ist, wie in Abb. 13, oder wo sie ein Bindeglied zwischen Meßteil und Kolbenvortrieb ist (Abb. 10, 11, 12), muß sie präzise ausgebildet sein.
  • Zum Füllen oder Entleeren einer Pipette muß häufig der Stempel im Gehäuse von einer Extremstellung in die andere verschoben werden. Das ist bei einem Stempel, der von einer Zahnstange angetrieben wird, im allgemeinen kein Problem. Für Spindelsysteme kann eine geeignete Übersetzung eingebaut werden (Grobtrieb) oder es werden aufklappbare Spindelmuttern verwendet. Spindeln mit geringer Eigenhemmung (z. B. Kugelumlaufspindeln oder Spindeln mit steilem Gewinde) lassen sich auch durch axial gerichteten Druck verschieben. Darüberhinaus besteht die Möglichkeit, bei entsprechender Konstruktion das Gehäuse vom Pipettenkörper zu lösen und gegen den Stempel zu bewegen.
    • 4.5. Ausführungsbeispiele
  • Es werden einige der Möglichkeiten dargestellt,. wie die vorliegende Erfindung ausgestaltet werden kann. Die Abbildungen geben schematisch das Prinzip der jeweiligen Ausführung wieder und nicht die endgültige Ausbildungsform. Die einzelnen Bausteine der verschiedenen Konstruktionen lassen sich in vielen Fällen frei kombinieren.
    • 4.5.1. Pipette mit "passivem" Stangenrastwerk (Abb.1)
  • Im (nicht abgebildeten) Pipettenkörper befindet sich eine Rasterstange 101, die mit der Stange eines Spritzenkolbens 102 eine Einheit bildet oder mit ihr lösbar verbunden ist. Das Steckprofil 103 am unteren Ende der Kolbenstange wird in die Aussparung einer elastischen Kolbendichtung 104 gedrückt, mit der es dann formschlüssig und spielfrei zusammenhängt. Das Spritzengehäuse 105 kann durch eine geeignete Klemmvorrichtung am Pipettenkörper befestigt werden (Spritzengehäuse und Kolbendichtung z. B. aus Wegwerfmaterial). Verschiebt man die Rasterstange durch direkten Druck oder Zug oder durch ein Verdrehen des Handrads 106 (ggf. kombiniertes Mikrometer-Makrometer-Rändelrad wie in Mikroskopen zur Fokussierung) axial im Pipettenkörper, dann verschiebt sich auch die Kolbendichtung um die gleiche Strecke im Spritzengehäuse, und der Raum 108, der das Dosiergut enthält oder mit ihm in Verbindung steht, wird vergrößert oder verkleinert.
  • Der Hub je Pipettierschritt wird durch das eingestellte Rastwerk 107 vorgegeben. In der abgebildeten Einstellung kennzeichnet jede beim Betätigen der Pipette spürbare Rastung ein dosiertes Volumen von 3 /ul, wenn das Spritzengehäuse einen entsprechenden Innenquerschnitt aufweist. Zum Dosieren unterschiedlicher Volumina können auch gleichzeitig mehrere Rastwerke eingestellt werden.
  • Nach dem Pipettieren löst man das Spritzengehäuse vom Spritzenkörper und zieht die Kolbenstange ganz heraus. Dabei streift der Innenkragen des Spritzengehäuses die Kolbendichtung ab.
  • Dieses Gerät eignet sich als Transferpipette und als Dispensier- und Kollektorpipette.
    • 4.5.2. Wechselraster für Pipette mit "Passivem" Stangen- rastwerk (Abb. 2)
  • Die in Abb. 1 demonstrierte Pipette enthält vier verschiedene Rasteinteilungen, die man durch das Eindrücken des entsprechenden federnden Rastfolgers zur Volumenkennzeichnung autorisieren kann.
  • Das obere Beispiel der Abb. 2 zeigt die aufgerollt dargestellte Außenfläche einer im Querschnitt zwölfeckigen Rasterstange mit zwölf verschiedenen Rastern.
  • Durch ein Verdrehen der Rasterstange kann eines der zwölf Raster mit einem Rastfolger (hier nicht abgebildet) zusammengebracht werden, wodurch man das zu pipettierende Volumen festlegt (hier, bei entsprechendem Innenquerschnitt des Spritzengehäuses, zwischen 2 /ul und 20 µl).
  • Die Stellung der Rasterstange ist gegen ein unbeabsichtigtes Verdrehen durch einen Schnäpper gesichert. Für das Dosieren von 1 /ul werden zwei gegeneinander versetzte 2-µl-Raster benutzt, gegen die zwei auf gleicher Höhe liegende Rastfolger gedrückt werden, weil die Rastungen eines 1-/ul-Rasters zu nahe beieinander lägen. Das gleiche erreicht man auch mit einem einzigen 2-/ul-Raster, wenn dieses mit zwei entsprechend versetzten Rastfolgern in Verbindung steht.
  • Unten ist die Außenfläche einer zylindrisch geformten Rasterstange abgebildet, mit der bei entsprechendem Innenquerschnitt des Spritzengehäuses stufenlos Volumina zwischen 3 /ul und 10 µl eingestellt werden können. Diese Stange wird z. B. durch eine Schraube (nicht abgebildet) drehsicher arretiert.
    • 4.5.3. Zahnstangenpipette mit Ringrastwerk (Abb. 3)
  • Der Gesamthub des Kolbens kann mit einer Rasterstangenpipette (Abb. 1) nicht in beliebig kurze Teilstrecken zerlegt werden, weil zwei Rastungen aus Platzgründen einen bestimmten Mindestabstand voneinander haben müssen. Diesem Nachteil könnte man abhelfen, wenn man die Kolbenstange nicht direkt an der Rasterstange befestigt, sondern zwischen beide ein Übersetzungsgetriebe baut. Dadurch würde aber der Maximalhub der Rasterstange größer, und eine vertretbare Länge des Pipettenkörpers wäre bald überschritten.
  • Für eine Pipette, deren Kolben mehrmals nacheinander um sehr kleine Strecken verschoben werden soll, eignet sich für die erforderliche Übersetzung zwischen Meßwerk und Kolben ein Spindelsystem mit einem Ringrastwerk besser als ein Getriebe, beispielsweise in Form eines Drillmechanismus, wie er in Abb. 3 dargestellt ist:
    • Durch zwei gefederte Druckknöpfe wird ein gegenläufiger Ratschenmechanismus betätigt, der eine drehfixier- Te Spindel 301 und eine an der Spindel befestigte Kolbenstange 302 axial verschiebt und gleichzeitig eine im Pipettenkörper gelagerte Spindelmutter 303 zwangsläufig verdreht. Die Spindelmutter ist fest mit einem oder mit mehreren verschiedenen Rasterringen 304 drehstarr verbunden. Durch das Einrasten des Rastfolgers 305 beim Betätigen der Druckknöpfe wird das zu dosierende Volumen spürbar begrenzt. Während der Kolben im Zylinder von der einen in die andere Extremposition verschoben wird, dreht sich der Rasterring mehrmals um seine eigene Achse, und jede Rastung wird dabei mehrmals benutzt. Der gesamte Kolbenhub im Spritzengehäuse 306 wird auf diese Weise vom Ringrastwerk in eine bestimmte Anzahl Teilstrecken zerlegt, die viel kürzer sein können, als es mit einem Rasterstangenmechanismus möglich ist.
  • Für Pipetten kann dieser Drillmechanismus im übrigen auch immer dann verwendet werden, wenn durch eine axial gerichtete Bewegung eine Drehbewegung erzeugt werden soll. Das Gewinde des Spindelsystems muß steil genug ansteigen und der Reibungswiderstand zwischen Spindel und Spindelmutter darf nicht zu hoch sein, weil das System sonst dem axial gerichteten Druck eine zu hohe Eigenhemmung entgegenstellte.
  • Die in Abb. 3 gezeigte Konstruktion kann für Transferpipetten, Dispensier- und Kollektorpipetten eingesetzt werden. Mit mehreren, verschieden unterteilten, Rasterringen kann man sie auch als Dilutoren gebrauchen, weil sie für einen breiteren Volumenbereich verwendet werden können als die Pipette mit Zahnstangenraster der Abb. 1.
    • 4.5.4. Pipette mit Ringrastwerk und drehfixierter Spindel (Abb. 4)
  • Im Beispiel der Abb. 3 wird durch das Verschieben einer drehfixierten Spindel in axialer Richtung eine Spindelmutter angetrieben. In Abb. 4 dagegen wird eine drehfixierte Spindel 401 durch eine im Pipettengehäuse gelagerte rotierende Spindelmutter 402 axial verschoben. Die Längswelle 403 wird von der Querwelle 404 über das Kegelrad 405 und eines der beiden Kegelräder 406 und 407 gedreht. Antrieb der Querwelle durch ein Handrad 408 (ggf..kombiniertes Mikrometer-Makrometer-Rändelrad) oder durch einen Druckknopf 409 mit Ratschenmechanismus 410. Je nachdem ob sich das Kegelrad der Längswelle mit dem linken oder mit dem rechten Kegelrad der Querwelle in Eingriff befindet (Stellung a oder Stellung b des Schnäppers 411), wird durch die Betätigung des Druckknopfes 409 die Spindelmutter 402 im Uhrzeigersinn oder dagegen verdreht. Dabei werden die drehfixierte Spindel 401 und der mit ihr starr verbundene Spritzenkolben 412 nach oben oder nach unten geschoben. Der Kolbenvorschub wird durch ein Rastwerk in definierte Strecken unterteilt, deren Länge dem Drehwinkel proportional ist, den zwei benachbarte Rastungen eines eingestellten Rasterrings 413 zueinander einnehmen.
  • Während der Spritzenkolben von einer Extremstellung in die andere verschoben wird, drehen sich die Rasterringe der Abb. 4 um mehrere Touren, und dieselben Rastungen werden mehrmals benutzt. Dadurch wird Platz gespart, aber alle Rastungen müssen den gleichen Abstand voneinander haben. Es können daher nur Volumina dosiert werden, die einen natürlichen Bruchteil des Volumens darstellen, das bei einer vollen Umdrehung des Rasterrings aufgenommen oder abgegeben wird. Es gibt in der Pipette der Abb. 4 z. B. keinen Ring für das Dosiervolumen von 9 /ul. Diesem Mangel kann man dadurch abhelfen, daß man einige Rasterringe durch eine geeignete Übersetzung mit der Längswelle in Beziehung bringt. Es bietet sich auch eine andere Möglichkeit an:
    • Durch ein Spindelsystem mit genügend steilem Gewindeanstieg kann es erreicht werden, daß sich die Spindelmutter um höchstens 360 dreht, während die Spritze ihr ganzes Volumen aufnimmt oder abgibt. Jetzt können Rasterringe für beliebige Volumina eingesetzt werden, weil die Abstände der Rastungen voneinander nicht mehr im Umfang der Rasterringe aufgehen müssen. Für diese Lösung empfehlen sich Spindeln und Rasterringe mit möglichst großen Durchmessern.
  • Es ist aber auch eine Konstruktion ganz ohne Rastwerk denkbar, bei der der Drehwinkel, um den man die Spindelmutter bei jedem Pipettierschritt verstellt, durch eine Begrenzung des Hubs im Druckknopf (409) festgelegt wird. Dieses Gerät hätte im Vergleich zu den Luftpolster-Kolbenhubpipetten und zu den Kapillarkolbenpipetten den entscheidenden Vorteil, daß sein Spritzenkolben um viel kleinere Strecken exakt verschoben werden kann.
  • Verwendung als Transferpipette, als Dispensier- und Kollektorpipette und als Dilutor.
    • 4.5.5. Gewinderastwerk (Abb. 5)
  • Das Rastwerk der Abb. 4 kann durch ein Gewinderastwerk ersetzt werden: Man bringt an der Innenfläche des Zylinders 414 (Abb. 4) ein Gewinde 501 mit Rastungen 502 an (Rastergewinde, Abb. 5). Die Steigung des Rastergewindes ist dem Gewinde der Spindelmutter angepaßt. Ein federnder Rastfolger (nicht abgebildet) am oberen Ende der drehfixierten Spindel wird gegen das Rastergewinde gedrängt. Der Abstand der einzelnen Rastungen im Rastergewinde voneinander definiert die Verschiebestrecke des Kolbens im Spritzengehäuse je Pipettierschritt.
  • Wenn die Konstruktion ein einfaches Austauschen des Gewinderastwerks erlaubt, kann diese Pipette auch verschiedene (beliebige) Volumina dosieren.
  • Verwendung als Transferpipette und als Dispensier-und Kollektorpipette mit fest eingestelltem Volumen.
    • 4.5.6. Pipette mit Ringrastwerk und sich drehendem Kolben (Abb. 6)
  • Die in den Abbildungen 3 und 4 gezeigten Pipetten enthalten drehfixierte Spindeln. Wenn ein Kolben in einem Spritzengehäuse aber um sehr kleine Strecken verschoben werden soll, ist es besser, den axialen Vorschub mit einem Verdrehen der Kolbendichtung gegen das Spritzengehäuse zu kombinieren, weil dadurch das Rucken in axialer Richtung vermindert wird (vgl. 2.5.). Das wird durch eine Konstruktion ermöglicht, für die ein Beispiel in Abb. 6 dargestellt ist:
    • Durch ein Handrad 601 wird ein Vierkantrohr 602 verdreht. In diesem gleitet in axialer Richtung teleskopartig ein Würfel 603, der nach unten in eine Spindel übergeht. Das untere Ende der Spindel ist über ein Steckprofil trennbar, aber formschlüssig und gegeneinander nicht verdrehbar mit einer Kolbendichtung verbunden. Bei der axialen Verschiebung des Kolbens dreht sich die Kolbendichtung zwangsläufig mit. Der Drehwinkel wird für jeden Pipettierschritt durch ein Rastwerk 604 festgelegt.
  • Anwendung als Transferpipette, Dispensier- und Kollektorpipette, mit mehreren Rasterringen als Dilutorpipette für einen sehr großen Volumenbereich.
    • 4.5.7. Tourenzählerrastwerk (Abb. 7)
  • Für Dosiergeräte, deren Kolben durch ein Spindelsystem in einem Spritzengehäuse verschoben wird, kann ein Tourenzählerrastwerk zur Begrenzung des Dosiervolumens eingesetzt werden, besonders, wenn sich die Spindel bei jedem Dosierschritt viele Male zu drehen hat, z. B. bei einem sehr flachen Gewindeanstieg. Man stellt die Zahl der für das gewünschte Volumen erforderlichen Spindelumdrehungen digital ein. Die einzelnen Zählräder sind miteinander so gekoppelt, daß sich mit jeder vollen Tour eines Rades ein links davon gelegenes Rad um eine Stufe weiter dreht.
  • Subtrahierende Zähler, wie in Abb. 7, vermindern diese Zahl mit jeder Tour und blockieren oder rasten bei Null. Durch eine Hebelbewegung wird wieder der zuvor festgelegte Zahlenwert eingestellt. Addierende Zähler beginnen mit Null und blockieren oder rasten, wenn der eingestellte Zahlenwert erreicht wird.
  • Wenn die Spindel zu schnell gedreht wird, besteht Gefahr, daß die Raststellung überrannt wird. Das könnte aber durch eine Vorrichtung verhindert werden, die die Spindel kurz vor Erreichen der Raststellung abbremst.
    • 4.5.8. Scherenmechanismus mit Spindelantrieb und Ringrast- werk (Abb. 8)
  • Bei dieser einfachen Konstruktion lassen sich die Dosiervolumina stufenlos einstellen:
    • Eine durch zwei Lager 801 und 802 im Pipettenkörper befestigte Spindel 803 kann durch ein Handrad 804 in beide Richtungen verdreht werden. Dadurch nähern sich die beiden Spindelmuttern 805 und 806 einander oder sie entfernen sich voneinander. Die Spindelmuttern sind mit den rechts abgebildeten Schenkeln des Scherenmechanismus gelenkig verbunden, gegen ein Verdrehen um die Spindelachse aber gesichert (z. B. quer durchbohrte Zylinder). Auf der anderen Seite der Schere sind an zwei Gelenken 807 und 808 ein Kolben 809 und ein Halter für ein aufzusteckendes Spritzengehäuse 810 befestigt, die beim Öffnen und Schließen der Schere gegeneinander bewegt werden. Dabei gleitet das Hauptgelenk 811 in einer am Pipettenkörper befestigten Langlochführung 812. Auf die Spindel ist ein Rasterring 813 fest montiert. Dieser kann auch mit dem Handrad 804 kombiniert werden. Durch die Rastungen wird der gesamte Kolbenhub in gleichlange Teilstrecken zerlegt.(Die Mittelpunkte der Spindelmuttern beschreiben beim Verdrehen der Spindel einen. Bogen um das Hauptgelenk 811. Einen zweiten Bogen um das Hauptgelenk beschreiben die Mittelpunkte der beiden Gelenke auf der linken Seite der Abbildung. Der rechte Bogen wird, entsprechend der Steigung des Spindelgewindesund dem Abstand zweier Rastungen voneinander, in eine bestimmte Anzahl gleichlanger Strecken aufgeteilt. Jeder dieser Strecken ist eine bestimmte Teilstrecke des Bogens links zugeordnet, die gleich der Verschiebestrecke des Kolbens gegen den Zylinder ist.) Dieses Gerät kann mehrere Rasterringe mit unterschiedlichen Rastereinteilungen enthalten. Darüberhinaus ist es möglich, das mit jedem Rasten dosierte Volumen stufenlos einzustellen. Dazu werden die beiden linken Schenkel nach vorübergehendem Lösen der Halteschrauben 814 und 815 teleskopartig verkürzt oder verlängert, z. B. mit zwei eingebauten Mikrometerschrauben. Je weiter diese Schenkel herausgezogen sind, umso größer ist das mit jedem Rasten dosierte Volumen,und umso mehr wird die Kapazität des Spritzengehäuses ausgenutzt.
  • Anwendung als Transferpipette, Dispensier- und Kollektorpipette, mit einem Rastwerk wie in Abb. 4 auch als Dilutor.
    • 4.5.9. Schraubmeßwerk (Abb. 9)
  • Mit dem Scherenmechanismus der Abb. 8 kann das Dosiervolumen stufenlos festgelegt werden. Für eine Pipette, deren Kolbendichtung sich im Zylinder drehen soll (vgl. Abb. 6), ist der Scherenmechanismus aber nicht geeignet. Hier bietet sich eine andere Konstruktion an, mit der man das zu dosierende Volumen ebenfalls stufenlos einstellen kann:
    • Durch ein Handrad 901, das mit Rückstellfedern versehen ist, wird eine Querwelle 902 verdreht. Dabei wird über die Kegelräder 903 und 904 (langsam) .oder 905 (schnell) eine Längswelle 906 mitgedreht. Die Längswelle treibt zwei gegenläufige zirkuläre Ratschen 907 und 908 an, die durch einen (nicht abgebildeten) Schaltmechanismus allein (a, b) oder gleichzeitig (c, d) in Funktion gesetzt werden können.
  • Die Zahnkränze beider Ratschen sind mit einer Spindelmutter 402 der Abb. 4 oder mit einem Vierkantrohr 602 der Abb. 6 starr verbunden und treiben diese an. Durch die Schnäpper 909 und 910 wird die Stellung der Zahnkränze in der Dosierpause und beim Zurückstellen der Ratschenklinke gesichert.
  • Über eine Kupplung 911 kann ein Rastwerk an die Längswelle 906 angeschlossen werden (a, b, c). Diesem gehört eine Zahnwalze 912 an und ein Zahnrad 913 mit Innengewinde, das sich von der Zahnwalze entlang einer Spindel 914 zwischen zwei rastenden Begrenzungen 915 und 916 hin und her schrauben läßt. Die untere Begrenzung ist fest, und hier sind Rastung und Rastfolger in Eingriff, wenn sich das Handrad in Nullstellung befindet. Die obere Begrenzung kann stufenlos durch ein Verdrehen auf der Spindel verstellt werden. Diese Einstellung wird durch eine gefederte Kontermutter 917 gesichert. Rastung und Rastfolger können so gestaltet werden, daß sie gegen einen erhöhten Widerstand überrollt werden können (zum Ausblasen einer Pipettenspitze).
  • Anwendung: Je nach Funktionszustand als Transferpipette (c), als Kollektorpipette (a) und zum Dispensieren (b).(Funktionszustand d zum freien Verschieben des Kolbens im Spritzengehäuse in beide Richtungen.) Mit diesem System könnten Pipetten ausgerüstet werden, die einen sehr breiten Volumenbereich abdekken sollen.
    • 4.5.10. Ratschenantrieb mit verstellbarem Drehwinkel für ein Spindelsystem (Abb.10)
  • In der Abb. 9 wurde ein Ratschenantrieb gezeigt, mit dem man wegen der besonderen Gestaltung des Meßwerks eine Spindel oder eine Spindelmutter um beliebige Winkel zwischen 00 und über 360° verstellen kann.
  • Für Dosiergeräte, deren Spindeln sich bei einem Pipettierschritt um weniger als 360° zu drehen brauchen, genügt eine einfachere Konstruktion.
  • Sie besteht aus
    • a) einem drehfixierten Außenring 1001, der einen festen 1002 und einen verstellbaren Anschlag 1003 trägt,
    • b) einem Treibring 1004 mit einem zwischen den Anschlägen des Außenrings pendelnd zu bewegenden Anschlag 1005 und einer Klinke 1006,
    • c) einem Zahnring 1007, der z. B. mit einer Spindelmutter (wie 402 in Abb. 4) oder mit einem Vierkantrohr 602 der Abb. 6 starr verbunden ist, und der von der Klinke des Treibrings in einer Richtung verdreht werden kann.
  • Während der Treibring entgegen der Antriebsrichtung bewegt wird oder während er sich in Nullstellung befindet, ist der Zahnring durch den Schnäpper 1008 gegen ein Verdrehen gesichert. Der Treibring kann beispielsweise direkt durch ein Handrad betätigt werden oder durch einen Umlenkhebel, vergleichbar dem Papierschnelleinzugshebel einer Schreibmaschine.
  • Durch eine geeignete Federung wird der Treibring am Ende jedes Pipettierschritts in die Ausgangsposition zurückgedreht. In dieser Stellung befindet sich die Klinke 1006 unter einer Abdeckung 1009, damit sie das Zurückdrehen der Spindel nicht behindert, wenn die Spritze gefüllt wird, oder wenn,'gegebenenfalls, ein zweiter, gegenläufiger, Ratschenmechanismus in Funktion gesetzt wird.
  • Verwendung für Dispensier- oder Kollektorpipetten; mit einem zweiten, gegenläufigen Ratschenmechanismus auch für Dilutoren (Aufnahmevolumen und Abgabevolumen unabhängig voneinander einstellbar); wenn die Anschläge des Außenrings als federnde Druckpunkte ausgebildet sind, auch für Kolbenhubpipetten mit Luftpolster zwischen Meßteil und Dosiergut.
    • 4.5.11. Pendelmechanismus und Vorgabemechanismus (Abb. 111
  • Der Pendelmechanismus ist noch einfacher gestaltet als der Ratschenantrieb. Er besteht aus einem drehfixierten Außenring 1101, der eine feste 1102 und eine verstellbare Rastung 1103 trägt (beide Rastungen können um einen kleinen Winkel überrollt werden, es können auch Anschläge mit gefederten Druckpunkten sein), und aus einem Innenring 1104 mit einem Rastfolger 1105, der z. B. mit einer Spindelmutter (wie 402 in Abb. 4) oder mit dem Vierkantrohr 602 der Abb. 6 starr verbunden ist. Der Innenring kann durch ein Handrad (nicht abgebildet) in beide Richtungen bewegt werden, wodurch sich der Kolben im Zylinder verschiebt. Eine Federung im Handrad drängt den Innenring aus jeder Stellung zurück in die Nullposition.
  • Anwendung: Als Transferpipette.
  • Für eine Verwendung als Dispensier- und Kollektorpipette könnte man.diese Ausführung abwandeln: Dazu muß der einmal eingestellte Drehwinkel nach jedem Pipettierschritt wieder neu vorgegeben werden (Vorgabemechanismus). Sobald der Rastfolger 1105 die Rastung 1106 erreicht hat, wird der Innenring durch einen geeigneten, mit der Antriebsmechanik kombinierten Sperrmechanismus (nicht abgebildet) an einem weiteren Verdrehen gehindert, gleichzeitig wird der Außenring gelöst und dann in derselben Richtung wie vorher der Innenring verdreht, bis die Rastung 1107 den Rastfolger 1105 erreicht hat. Jetzt wird wieder der Außenring festgestellt, der Innenring gelöst, und der Vorgang kann von neuem beginnen. Dadurch läßt sich Spindelsystem um einen einmal stufenlos eingestellten Winkel beliebig oft nacheinander in derselben Richtung verdrehen.
    • 4.5.12. Gegendrehrastwerk (Abb. 121
  • Der Vorgabemechanismus in Abb. 11 verlangt es, daß der Außenring und der Innenring abwechselnd arretiert werden. Dazu ist eine aufwendige Konstruktion erforderlich. Eine einfachere Ersatzlösung bietet dieses Gegendrehrastwerk.
  • Es besteht aus einem Außenzylinder 1201, einem Treibzylinder 1202 und einem Innenzylinder 1203. Alle drei sind verdrehbar. Der Treibzylinder reicht nicht bis in die im oberen Teil der Abbildung dargestellte Ebene. Hier trägt der Außenzylinder eine feste 1204 und eine verstellbare Rastung 1205 zur stufenlosen Begrenzung des Drehwinkels, und der Innenzylinder einen Rastfolger 1206. Der Innenzylinder ist z. B. mit einer Spindelmutter 402 (Abb. 4) oder mit einem Vierkantrohr 602 (Abb. 6) starr verbunden. Wird er verdreht, dann verschiebt sich im Spritzengehäuse der Kolben.
  • Der Treibzylinder 1202 wird beispielsweise durch ein Handrad oder durch einen Hebelmechanismus bewegt (nicht abgebildet). Durch ihn kann der Außenzylinder vermittels der Klinken 1207 und 1208 im Uhrzeigersinn gedreht werden und der Innenzylinder in umgekehrter Richtung. Solange Außen--und Innenzylinder gerade nicht angetrieben werden, sichern die beiden Schnäpper 1209 und 1210 ihre Position.
  • Zum Abgeben eines vorher durch die Rastung 1205 eingestellten Volumens wird der Rastfolger 1206 durch eine Bewegung des Treibzylinders von der Rastung 1204 bis zur Rastung 1205 transportiert. Der Außenzylinder kann sich dabei nicht mitdrehen, weil er durch den Schnäpper 1210 daran gehindert wird.
  • Zum Dispensieren muß derselbe Drehwinkel wieder vorgegeben werden. Dazu dreht man mit dem Treibzylinder den Außenzylinder in umgekehrter Richtung, bis die Rastung 1204 den Rastfolger 1206 erreicht hat. Dabei steht der Innenzylinder still, weil der Schnäpper 1209 ein Mitdrehen nicht erlaubt. Jetzt ist die Pipette wieder zur Volumenabgabe bereit.
  • Anwendung: Dispensierpipette.
    • 4.5.13. Revolvermechanismus (Abb. 13)
  • Dieser Mechanismus kann eine Spindel um sehr genaue Winkel verdrehen, jedoch nur in eine Richtung, wenn kein Schaltgetriebe mit Rückwärtsgang vorhanden ist. Er besteht aus drei Zylindern, deren äußerer 1301 feststeht und vom Körper der Pipette gebildet wird. Im äußeren Zylinder gleitet ein Treibzylinder 1302, der nach unten gedrückt werden kann und dann durch eine Feder wieder zurückgestellt wird. Am Treibzylinder befindet sich außen ein Stift 1303, der in einer Führungsbahn 1304 des Außenzylinders läuft. Die Führungsbahn ist so gestaltet, daß der Treibring bei seiner Abwärtsbewegung für eine kurze Strecke im Uhrzeigersinn ausgelenkt wird, und in entgegengesetzter Richtung, wenn er wieder nach oben gleitet. Der innere Zylinder trägt an seiner Außenfläche erhabene Nockenflächen 1305 (Nockenflächenzylinder 1306). Er wird durch eine sich von der Innenfläche des Treibzylinders abhebende Rastfläche 1307, die an den Nockenflächen 1305 angreift, in Bewegung gesetzt. Die Rastfläche hat genau zwischen zwei Nockenflächen Platz. Der Nockenflächenzylinder ist mit einer Spindelmutter (wie 402 in Abb. 4) oder mit einem Vierkantrohr (602 in Abb. 6) starr verbunden. Wenn er gedreht wird, verschiebt sich im Spritzengehäuse der Kolben.
  • Am Treibzylinder außen befinden sich keilförmige erhabene Flächen 1308, die formschlüssig in die entsprechenden Aussparungen 1309 des äußeren Zylinders 1301 passen. Dadurch wird der Treibzylinder 1302 im äußeren Zylinder spielfrei in exakter Stellung gehalten, solange er herabgedrückt ist.
  • Die Position der Spindel wird in der Dosierpause durch einen Schnäpper 1310 gesichert.
  • Wenn der Treibzylinder einmal voll durchgedrückt wird, dann drehen sich der Nockenflächenzylinder und die mit ihm in Verbindung stehende Spindel oder Spindelmutter um einen Winkel von 3600/ n (n = Zahl der vorhandenen gleich breiten Nockenflächen).
  • Anwendung: Nur als Dispensierpipette oder Kollektorpipette.
    • 4.5.14. Rastwerk mit Übersetzungsgetriebe und Kupplung (Abb. 14)
  • Mit Hilfe eines Schaltgetriebes kann ein und derselbe Rasterring mehrere unterschiedliche Volumina begrenzen. Ein solches Schaltgetriebe kann z. B. in die Pipetten eingebaut werden, die in Abb. 4 oder Abb. 8 dargestellt sind.
  • Auch die Spindel kann durch ein Schaltgetriebe in mehreren Stufen angetrieben werden, wenn man mit einer Spritze sehr kleine Volumina dosiert, aber von Zeit zu Zeit ihr ganzes Volumen voll auffüllen oder abgeben will, um beispielsweise die Spritze zu spülen (Feintrieb und Grobtrieb).
    • 4.5.15. Mehrkanalpipette mit doppeltem Spindelantrieb (Abb. 15)
  • Mehrkanalpipetten können die Effektivität der Laborarbeit erheblich steigern und auch dazu beitragen, daß sich Untersuchungsergebnisse besser miteinander vergleichen lassen.
  • Bei dem Gerät der Abb. 15 befinden sich im einem Gehäuseblock 1501 zwei Spritzengehäuse 1502, die durch eine Gegenplatte 1503 an einem Verschieben gehindert werden. In den Spritzengehäusen gleiten parallel nebeneinander die Kolben 1504, die am Stempelblock 1505 mit einer weiteren Gegenplatte 1506 befestigt sind. Im Stempelblock ist eine Welle 1507 gelagert, die man durch ein Handrad 1508 (gegebenenfalls mit Grob- und Feintrieb) verdrehen kann.
  • Mit der Welle drehen sich die Rasterringe 1509 und 1510 und die Kegelräder 1511 und 1512. Dadurch werden über die Kegelräder 1513 und 1514 die beiden Spindeln 1515 und 1516 angetrieben, die ein zueinander gegensinnig verlaufendes Gewinde tragen (wenn das Kegelrad 1511 umgedreht und links vom Kegelrad 1513 eingebaut wird, können zwei gleiche Spindeln verwendet werden). Die Spindeln drehen sich in den Spindelmuttern 1517 und 1518 und bewegen dadurch den Gehäuseblock 1501 und den Stempelblock 1505 parallel aufeinander zu oder voneinander weg. Gleichzeitig verschieben sich die Kolben in beiden Gehäusen jeweils um die gleiche Strecke.
  • Das eingeschaltete Rastwerk 1510 zerlegt den Gesamthub des Kolbens in den Spritzengehäusen in kleine Teilstrecken: In der abgebildeten Einstellung wird beim Verdrehen des Handrades ein Dosiervolumen von 3 /ul durch das Rastwerk spürbar gekennzeichnet. Das abgebildete Gerät enthält nur zwei Kanäle, es können aber auch Pipetten mit sehr viel mehr nebeneinander oder hintereinander stehenden Spritzen konstruiert werden. Man kann auch mehr Rasterringe einbauen oder andere, in den vorigen Abbildungen gezeigte Rastwerke und Antriebe benutzen.
  • Zum Pipettieren ohne Verschleppung kann man den ganzen Gehäuseblock mit den Spritzengehäusen und Kolbendichtungen nach Lösen der Schrauben 1519 modulartig auswechseln. Dabei streifen die Innenkragen 1520 der Spritzengehäuse die Kolbendichtungen 1521 von den Kolbenstangen ab. Die Steckprofile der Kolbenstangen werden in die elastischen Kolbendichtungen der neuen Spritzen gedrückt, mit denen sie dann formschlüssig und spielfrei zusammenhängen.
    • 4.5.16. Gelenkrarallelführung für Mehrkanalpipetten (Abb. 161
  • In einem mehrkanaligen Dosiergerät muß sichergestellt sein, daß alle Kanäle gleich große Volumina dosieren. Dafür ist es erforderlich, daß bei jedem Pipettierschritt die Stempel in jedem Gehäuse um genau die gleiche Strecke verschoben werden. Das erreicht man dadurch, daß man die Stempel und die Gehäuse fest in ihre Halterungen montiert und sie streng parallel zueinander führt. Für die Parallelführung bietet die Erfindung mehrere Möglichkeiten:
    • a) eine Doppelspindelführung wie in Abb. 15,
    • b) eine ein- oder mehrbahnige starre Führung (z. B. Buchsen-, Prismen-, Kugelrollbahn-, Zylinderrollbahn- oder Kulissenführung),
    • c) eine Gelenkparallelführung (z. B. Scherengelenkführung oder Führung wie in Abb. 16),
    • d) eine Kombination der unter a, b und c genannten Möglichkeiten miteinander.
  • Das Prinzip der Scherengelenkführung wird hier nur angedeutet, es läßt sich durch einen Vergleich mit der Abb. 8 erkennen: Die Enden der beiden oberen Schenkel der Schere würden in einer Langlochführung der Stempelhalterung gleiten, die Enden der beiden unteren Schenkel in einer Langlochführung der Gehäusehalterung.
  • In Abb. 16 wird die exakt parallele Führung außer durch zwei seitliche Buchsen 1601 und 1602 zusätzlich durch eine Gelenkkonstruktion gewährleistet. Diese besteht aus zwei Winkelhebeln 1603 und 1604, die im Gehäuseblock 1605 drehbar gelagert (Lager 1606 und 1607) und miteinander durch eine Zugstange 1608 verbunden sind. (Für lange Verschiebestrecken der Kolben in den Spritzengehäusen kann eine zweite Zugstange erforderlich sein, die die beiden oben abgebildeten Ecken der Winkelhebel miteinander verbindet.) Die Winkelhebel stehen außerdem mit der Halterung1609 der Stempel 1610 durch zwei Gelenkstangen 1611 und 1612 in Verbindung.
  • Durch diese Gelenkparallelführung wird verhindert, daß die Stempel auf der einen Seite der Mehrkanalpipette weiter verschoben werden als auf der anderen Seite. Wenn beispielsweise die rechts abgebildete Spritze dem Verschieben des Stempels einen erhöhten Widerstand entgegensetzt, dann besteht bei der Volumenabgabe die Tendenz, daß die Stempel in der linken Hälfte der Abbildung weiter vorgeschoben werden als rechts. Das wird aber durch die Gelenkparallelführung verhindert: Sie wandelt den Schub auf der einen Seite in einen Zug auf der anderen Seite um. Wenn die Spritzen in einem Feld angeordnet sind, dann sind Buchsen oder Prismen an allen vier Ecken des Feldes anzubringen und senkrecht zueinander stehende Gelenkführungen einzubauen.
    • 4.6. Anwendungsbeispiele
  • Die folgenden Anwendungsbeispiele gelten für diejenigen Ausführungsformen der Erfindung, die gleichzeitig geeignet sind als Transferpipetten, als Dispensier- und Kollektorpipetten und als Dilutoren, z. B. die Geräte nach Abb. 1, 4 und 15.
    • 4.6.1.Einzeldosierung von 25 µl-Blut (Abb. 4)
  • Das 25-/ul-Rastwerk wird eingestellt, in eine Wegwerfspritze oder in eine auf das Spritzenende gesteckte Pipettenspitze werden durch Verdrehen des Handrades 2 x 25 /ul aufgezogen (von einer Rastung bis zur übernächsten drehen), davon werden 25 /ul in das Sekundärgefäß abgegeben (einfacher Rastabstand), der Rest wird mit der Spritze oder mit der Pipettenspitze verworfen.
  • Wichtiger Vorteil: Kein Fehler durch unberechenbare Benetzung der Pipettenspitze, kein Fehler durch Verschleppung, keine zerspringenden Luftblasen.
    • 4.6.2. Gleichzeitiges Dispensieren zwölf verschiedener Blut- gruppenreagenzien (Abb. 151
  • Für die Bestimmung der wichtigsten Blutgruppenmerkmale eines Menschen ist es allgemein üblich, aus etwa zwölf Tropffläschchen die Reagenzien nach Augenmaß auf eine Platte oder in Reagenzröhrchen zu tropfen. Jedes Fläschchen muß einzeln geöffnet und wieder verschlossen werden, auch wenn nur eine einzige Untersuchung anliegt.
  • Im Gegensatz dazu können die Reagenzien unmittelbar in einer zwölfkanaligen erfindungsgemäß ausgebildeten Pipette aufbewahrt werden. Mit diesem Gerät können einmal oder viele Male nacheinander zwölf genau bemessene gleichgroße Tropfen durch einen einzigen Handgriff dosiert werden..
  • Die Pipette steht in einem Gestell, das die Ausgänge der Spritzen verschließt, damit die Reagenzien nicht antrocknen. Abgesetzte Teilchen einer Suspension roter Blutkörperchen können vor dem Dosieren aufgewirbelt werden, z. B. durch einen Hohlzylinder aus Stahl, den man in der Spritze mit einem Magneten mehrmals hin und her schiebt.
  • Wichtigste Vorteile: Erhebliche Zeitersparnis, genaue Dosiervolumina in allen zwölf Kanälen.
    • 4.6.3. Verdünnen mehrerer 5- µl-Proben in je 200 µl Lösungs mittel (Abb.4)
  • Am Spritzenende wird ein Schlauch mit einem Fassungsvermögen von über 5 /ul befestigt. Das 5-µl-Rastwerk und das 100-µl-Rastwerk werden eingestellt (5-µl-Rastwerk mit weicher Rastung, das andere wird durch einen zweistufigen Druckknopf mit härterer Rastung betrieben).
  • Die Spritze wird mit Lösungsmittel gefüllt, und .ein Volumen bis zur ersten 100-/ul-Rastung wird wieder abgegeben. 5 /ul Luft ansaugen (zur besseren Trennung des Lösungsmittels von der Probe), 5 /ul Probe ansaugen, Schlauchende abwischen, oder, wenn eine Kanüle verwendet wird, ein sauberes Filtrierpapier durchstechen, 210 /ul ins Sekundärgefäß abgeben (das 100-/ul-Raster wird dabei zweimal überrollt, es rastet am Ende des Verdünnungsschritts ein).
    • 4.6.4. Waschen von Platten mit mehreren Reaktionsgefäßen (Abb. 15)
  • Zum Waschen von Platten während eines Festphasen-Immunoassays (z. B. MikrotiterR-Platten) kann eine erfindungsgemäß konstruierte Mehrkanal-Dispensierpipette mit einem Absauger kombiniert werden. Jeder Kanal des Dispensers steht mit einem Reaktionsgefäß über einen Schlauch oder über eine Kanüle in Verbindung, durch die er eine bestimmte Menge Waschflüssigkeit abgeben kann. Über ein T-Stück desselben Schlauches oder über einen anderen Schlauch wird die Flüssigkeit durch ein Vakuum wieder abgesaugt. Es ist zweckmäßig, wechselweise zu dispensieren und abzusaugen.
  • Diese Methode ist auch für das Waschen von planen Reaktionsplatten nach STÖCKER geeignet (Europ. Patentanmeldung 79103987.8).Auf diesen Platten befinden sich Reaktionsfelder, die durch eine wasserabstoßende Beschichtung voneinander getrennt sind. Zum Waschen wird eine zweite Platte aus einem wasserabweisenden Stoff in geeignetem Abstand unter die Reaktionsplatte gelegt. Gegenüber jedem Reaktionsfeld hat die zweite Platte eine Bohrung, durch die der Mehrkänaldispensor die Waschflüssigkeit ausgeben und der Absauger sie wieder entfernen kann.
    • 4.6.5. Verschiedene weitere Anwendungsmöglichkeiten
  • Die Dosiergeräte können zum Probenauftrag bei der Dünnschichtchromatographie benutzt werden, besonders wenn sehr kleine Volumina dosiert werden müssen.
  • Sie können auch zur Druckfiltration oder Druckdialyse verwendet werden. In diesen Fällen werden ein Filter oder eine Membran auf dem Boden einer Spritze befestigt, oberhalb derer die zu filtrierende oder die zu dialysierende Flüssigkeit durch eine seitliche Bohrung einfließen kann. Dieser Zufluß wird während der Filtration oder der Dialyse verschlossen, z. B. durch ein eingebautes Ventil.
    • 7. INHALTSVERZEICHNIS DOSIERVORRICHTUNGEN FÜR FLÜSSIGKEITEN ODER GASE
  • Figure imgb0001
    Figure imgb0002

Claims (6)

1. Dosiervorrichtungen für Flüssigkeiten oder Gase, bei denen ein oder gleichzeitig mehrere Gehäuse (105) von der Dichtung (104) je eines verschiebbaren Stempels (102) in je zwei voneinander getrennte Räume geteilt werden, deren einer (108) mit dem Dosiergut gefüllt wird oder mit ihm in Verbindung steht und der durch das Verschieben des Stempels vergrößert oder verkleinert wird, -
zum einmaligen oder zeitlich nacheinander mehrmaligen Aufnehmen oder Abgeben oder zum Übertragen eines oder gleichzeitig mehrerer genau bemessener Volumina,
gekennzeichnet dadurch,
daß jeder Stempel bei einem Dosierschritt um eine genau bestimmte Strecke im Gehäuse verschoben wird und daß die Länge dieser Strecke festgelegt wird
a) durch den Abstand zweier Rastungen voneinander auf einer Rasterstange (101),
wobei die Dosiervorrichtung mehrere voneinander unabhängig in Funktion zu bringende Rastwerke enthält, mit für jedes Rastwerk unterschiedlichen Rastereinteilungen, oder
b) durch einen bestimmten Winkel, um den sich eine Spindel (z. B. 1515, 1516) und eine Spindelmutter (1517, 1518) gegeneinander verdrehen, und der in einem Meßwerk durch den Abstand zweier Rastungen in einem Raster (z. B. einem Rasterring, 1510) oder zweier Anschläge (1002 und 1003) voneinander begrenzt wird,
wobei die Dosiervorrichtung ein oder mehrere voneinander unabhängig in Funktion zu bringende Meßwerke enthalten kann, mit für jedes Meßwerk unterschiedlichen Abständen. der Rastungen oder der Anschläge voneinander.
2. Dosiervorrichtungen nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Gehäuse und Stempel Präzisionsspritzen verwendet werden.
3. Vorrichtungen nach Anspruch 1 zum verschleppungsfreien Dosieren,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Gehäuse und Stempel billige Spritzen oder billige Spritzenbestandteile verwendet werden, die bei jedem Probenwechsel weggeworfen und durch neue ersetzt werden können.
4. Vorrichtungen nach einem der vorstehenden Ansprüche zum verschleppungsfreien Dosieren,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf die Gehäuse Wegwerf-Pipettenspitzen gesteckt werden können, die ein größeres als das zu dosierende Volumen fassen, sodaß Gehäuse und Stempel nicht mit dem Dosiergut in Berührung kommen.
5. Dosiervorrichtungen nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei denen das zu dosierende Volumen vorgewählt werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß
a) Spritzen mit unterschiedlichen Innenquerschnitten als Gehäuse und Stempel verwendet werden können, oder daß
b) der Abstand der Rastungen oder der Anschläge voneinander in Stufen oder stufenlos eingestellt werden kann, oder daß
c) bestimmten Abständen der Rastungen oder der Anschläge voneinander unterschiedlich große Vorschübe der Stempel in den Gehäusen zugeordnet werden können, z. B. durch ein Übersetzungsgetriebe, durch eine Scherenkonstruktion, bei der die Schenkel in der Länge verstellbar sind, oder durch andere Mittel.
6. Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum gleichzeitigen Dosieren mehrerer Flüssigkeiten oder Gase, bei denen nebeneinander mehrere Gehäuse in einem Gehäuseblock (1501) und mehrere Stempel in einem Stempelblock (1505) verankert sind,
Gehäuseblock und Stempelblock parallel gegeneinander verschoben werden und nicht verkanten, wodurch die Stempel während eines Dosierschrittes in allen Gehäusen eine genau gleich lange Strecke zurücklegen,
gekennzeichnet dadurch, daß
die parallele Stellung des Gehäuseblocks und des Stempelblocks zueinander gesichert wird
a) durch eine ein- oder mehrbahnige starre Parallelführung, z. B. Buchsen-, Prismen-, Kugelrollbahn-, Zylinderrollbahn- oder Kulissenführung
oder
b) durch eine Gelenkparallelführung
oder
c) durch eine mit einer starren Parallelführung kombinierte Gelenkparallelführung
oder
d) dadurch, daß der Verschiebemechanismus an mehreren einander gegenüberliegenden Stellen des Gehäuse- und des Stempelblocks, bevorzugt an den Seiten, ansetzt und den Abstand der beiden Blocks voneinander an diesen Stellen gleichzeitig um den gleichen Betrag verändert.
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