WO2005103725A1 - Vorrichtung für das transportieren oder untersuchen von flüssigkeiten - Google Patents

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WO2005103725A1
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Definitions

  • the invention relates to a device for transporting or examining liquids in a system for working with liquid samples.
  • Such systems include, for example, an essentially horizontal working field that extends in an X direction and in a Y direction that is perpendicular to it.
  • the device comprises at least one functional element with at least one functional end, the functional elements being oriented essentially perpendicular to the working field in a Z direction.
  • the device comprises at least one tilting unit for tiltably holding the at least one functional element.
  • such a system comprises at least robotic arm to which at least one ⁇ inventive device is attached. Such a robot arm is then designed to move the functional element in at least a partial area of the working field and at least in the Z direction.
  • a liquid can be dispensed with a pipette tip from the air ("From Air") or by touching a surface.
  • This surface can be the solid surface of a vessel ("on tip touch") into which the liquid sample is to be dispensed. It can also be the surface of a liquid in this vessel (“on liquid surface”).
  • a mixing process following the dispensing is recommended - especially for very small sample volumes in the nano or even picoliter range, so that an even distribution of the sample volume in a reaction liquid is guaranteed.
  • Disposable tips or disposable pipette tips significantly reduce the risk of unwanted transfer of sample parts into a vessel (contamination).
  • Simple disposable tips (so-called “air displacement tips”) are known, the geometry and material of which are optimized for reproducible picking up and / or dispensing of very small volumes.
  • air displacement tips which have a pump piston on the inside, is also known.
  • the object of the present invention relates to the provision of an alternative device or a method with which pipette tips or other, elongated, thin objects for transporting or examining liquids, whether they are attached to a robot arm or not, regardless of the geometric axes of a system for working with liquid samples and independently of the axes of movement of a robot used in such a system.
  • the tilting unit of a device described at the outset comprises actuators for individually aligning the functional ends of these functional elements with respect to a Z axis perpendicular to the working field and a control unit for electrically actuating these actuators comprises, whereby each of the functional elements is individually designed and tiltable independently of the X and Y orientations of the working field.
  • FIG. 1 shows a 3D diagram of a device installed in a liquid handling system, according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a 3D diagram of a device installed in a liquid handling system, according to a second embodiment
  • 3A shows a vertical partial section of the device installed in a liquid handling system, according to the first embodiment in FIG. 1; 3B vertical partial sections of the device installed in a liquid handling system, according to the second embodiment in FIG. 2;
  • FIG. 4A shows a vertical partial section of a device installed in a liquid handling system, according to a third embodiment
  • FIG. 4B shows a vertical partial section of a device installed in a liquid handling system, according to a fourth embodiment
  • 5A shows two floor plans of tilting units according to the invention
  • 5B shows a first variant of a floor plan of a four unit of tilting units according to the invention
  • 5C shows a second variant of a floor plan of a quad unit of tilting units according to the invention.
  • FIG. 6A shows a schematic plan view of a robot arm with a two-piece unit of tilting units according to the invention
  • FIG. 6B shows a schematic plan view of a robot arm with a four-unit unit of tilting units according to the invention, according to FIG. 5B;
  • FIG. 6C shows a schematic plan view of a robot arm with a four-unit unit of tilting units according to the invention, according to FIG. 5C;
  • FIG. 7 shows a schematic top view of a robot arm with two quad units of tilting units according to the invention as shown in FIG. 5C and a top view of a microplate with 384 wells;
  • FIG. 8 shows a schematic top view of two robot arms, each with two four-unit units of tilting units according to the invention according to FIG. 5C, and a top view of a work surface with a geometrical arrangement of the samples.
  • FIG. 1 shows a device 1 for transporting or examining liquids in a system 3 for working with liquid samples 4.
  • the system 3 is designed here as a robotized sample processing device or as a “ROBOTIC SAMPLE PROCESSOR” (RSP) and comprises an essentially horizontal one Work area 5 and at least one robot arm 6 with an associated control system, in principle the work area can have any shape, a round shape is preferred, a rectangular shape of the work area or work table is particularly preferred.
  • RSP ROBOTIC SAMPLE PROCESSOR
  • the robot arm 6 also comprises at least one functional element 2 oriented essentially perpendicular to the working field 5 in a Z direction.
  • functional element 2 elongated structures for sample processing, sample analysis or sample transport, such as pipette or dispenser tips 20 or sensors, are used 21, such as pH probes, temperature sensors and the like, referred to as functional elements 2.
  • functional element 2 are e.g. Multiple pipette tips or combs.
  • the robot arm 6 is designed to move the functional element 2 in at least a partial area 7 of the working field 5 and at least in the Z direction.
  • a single sample carrier such as e.g. a sample tube or microplate with e.g. 96, 385 or 1536 wells.
  • the partial area 7 of the working area 5 preferably comprises several such sample carriers as well as pick-up and drop-off points for disposable pipette tips. Particularly preferably, calibration stations (e.g. for pH probes), washing points, waste collection points and similar logistically necessary service points also belong to the accessible area 7 of the work area 5.
  • the device 1 according to the invention comprises at least one tilting unit 8 movable on the robot arm 6 for tiltably holding the at least one functional element 2.
  • the functional end 22 of the functional element eg the pipette tip or the pipette tips of a multiple pipette or the probe tip of a probe
  • actuators 10 active elements with variable sizes or dimensions are referred to as actuators 10.
  • Such actuators 10 are preferably designed as piezo elements that expand or contract in accordance with an applied electrical voltage. So-called piezostacks are particularly preferred because they allow a multiple of the expansion.
  • the actuators 10 also include elements that can be contracted or expanded by changing the temperature, such as e.g. Bimetallic, in question. In the simplest form, the actuators 10 can be designed as screws for manual operation.
  • such actuators 10 of a tilting unit 8 are designed such that they act directly on a shaft 12 of the functional element 2.
  • such actuators 10 of a tilting unit 8 are designed in such a way that they are directed onto a shaft via straightening elements 13, 13 'connected to the functional element 2 12 of the functional element 2 act.
  • the actuators 10 of the tilting unit 8 are preferably arranged in at least one, essentially horizontally oriented plane 14, 14 'and acting essentially at right angles to one another on the shaft 12 of a functional element 2 (cf. FIGS. 1, 3A, 4A). Actuators 10 arranged in this way define an individual coordinate system which is completely independent of the axes of movement of the robot arms 6. The actuators 10 are preferably at right angles to one another in the same horizontal plane 14, 14 ′, so that a Cartesian coordinate system is defined.
  • the tilting unit 8 comprises an articulated holder (see FIG. 4) in which a functional element 2 is fixed.
  • the tilting unit 8 comprises a joint 9 which is preferably arranged symmetrically - between the planes 14, 14 '(see FIGS. 1 and 3).
  • the actuators 10 of a tilting unit 8 can also be oriented essentially vertically, so that they can act essentially in the Z direction on the straightening elements 13, 13 'connected to a functional element 2 (cf. FIGS. 2 and 3B).
  • An arrangement of the actuators according to FIG. 4B is also referred to as acting essentially vertically on the straightening elements 13 ", 13 '".
  • "essentially vertical" - regardless of the current orientation of the actuators 10 - denotes the direction of action of these actuators 10 on the surface of the straightening elements 13, 13 ', 13 ", 13'".
  • All actuators 10 of a tilting unit 8 or a part of these actuators 10 can act in the opposite direction on the functional element 2 or on the straightening elements 13 and act on corresponding counter surfaces on the tilting unit 8 (not shown).
  • the actuators 10 of a tilting unit 8 are preferably arranged in two substantially vertically oriented planes 15, 15 'which are at right angles to one another (cf. FIGS. 2 and 5-8). It is particularly preferred that these planes 15, 15 'are arranged parallel to the X direction or parallel to the Y direction of a rectangular working field 5.
  • the system 3 preferably comprises a horizontal working field 5 with a length dimension (X) and a transverse dimension (Y) which extends essentially at right angles to it.
  • the robot arm 6 is particularly preferably also designed to execute movements in the X and / or Y direction.
  • the actuators 10 of the tilting unit 8 are arranged parallel to the X direction or parallel to the Y direction of the working field 5, so that their Cartesian coordinate system with the X and Y axes of the horizontal working field 5 to match. All actuators 10 are preferably designed as piezo elements, with two actuators 10 each forming an opposing pair of functions (cf. FIGS. 1, 2, 3B and 4B).
  • an actuator 10 and a passive spring element 16 each form such a pair of functions (cf. FIGS. 3A and 4A).
  • the elasticity of a functional element 2 or its shaft 12 is used and serves the actuators as an opposing element (not shown).
  • only two actuators 10 for example one in the X direction and one in the Y direction act on a functional element 2 clamped on one side.
  • a system 3 for working with liquid samples 4 comprises an essentially horizontal working field 5 and at least one robot arm 6 with an associated control.
  • the robot arm 6 comprises at least one functional element 2 oriented essentially perpendicular to the working field 5 in a Z direction.
  • the robotic arm 6 is designed to move the functional element 2 in at least a partial area 7 of the working field 5 and at least in the Z direction.
  • Such a system is characterized according to the invention in that it comprises at least one of the devices 1 described and a control unit 17 for aligning the functional ends 22 of the functional elements 2 with respect to a Z axis 11 which is perpendicular to the working field 5.
  • Such a system 3 preferably comprises an even number of devices 1 or tilting units 8, which are arranged movably on the robot arm 6, preferably in groups of four (cf. FIGS. 5B, 5C; 6B, 6C; 7 and 8).
  • Each of these groups of four of devices 1 or tilting units 8 is preferably designed as a unit of four 18 which can move together on the robot arm 6 (cf. FIGS. 6B, 6C, 7 and 8).
  • the functional elements 2 of each four unit 18 are preferably arranged symmetrically to their center 19 with a large (cf. FIGS. 5B and 6B), a medium (corresponding to FIG. 5A, below) or a small distance (cf. FIGS. 5C and 6C).
  • FIG. 1 shows a 3D diagram of a device 1 installed in a liquid handling system, according to a first embodiment.
  • the liquid handling system 3 here comprises a horizontal, rectangular working area 5 with a length dimension X and a transverse dimension Y extending at right angles to it.
  • the designation of these expansion directions is arbitrary and corresponds to the common designation on conventional work platforms. Of course, the direction designations X and Y could also be interchanged.
  • a tilting unit 8 which is arranged on a robot arm 6 in the Y direction and - perpendicular to the working field 5 - in the Z direction.
  • the mobility of the tilting unit 8 in the Z direction can (as shown) be brought about by the robot arm 6 itself or by the tilting unit 8 which can be moved on the robot arm.
  • the actuators 10 act directly on the shaft 12 of the functional element 2.
  • the two horizontal planes 14, 14 'in which the actuators 10 are arranged are at the same distance from the joint 9, which indicates the tiltability of the function - improved onselements 2.
  • FIG. 2 shows a 3D diagram of a device installed in a liquid handling system, according to a second embodiment, in which the actuators 10 engage a straightening element 13.
  • the actuators 10 are here arranged vertically and act vertically on the horizontally protruding straightening elements 13, 13 '.
  • FIG. 3A shows a vertical partial section of the device 1 installed in a liquid handling system 3, according to the first embodiment in FIG. 1.
  • the shaft 12 of the functional element 2 which can be designed as a metal tip or hollow needle of a pipette, is in a joint 9 held tiltable.
  • a hollow needle can be used both in a pipetting device and in a dispenser; it is therefore used as a pipette tip or as a dispenser tip records.
  • This joint 9 consists here of an articulated ball and an articular socket.
  • a device is arranged on the joint socket which carries the actuators 10 (cf. FIG. 3A) or which serves the actuators 10 as a counter surface (not shown).
  • Piezo elements 10 acting directly on the shaft 12 of the functional element 2 are arranged at a distance A from the joint 9.
  • the curved arrows indicate the connection of the piezo elements 10 to the control unit 17 for controlling the piezo activity.
  • Passive spring elements 16 are arranged at a distance A 'from the joint 9, which also act directly on the shaft 12 of the functional element 2.
  • a sleeve (not shown) can be provided, which lies between the spring elements 16 and the shaft 12.
  • Such a sleeve can also be used to widen or level the surface of the spring elements 16, but also the actuators 10 on the shaft 12.
  • the joint 9 is not symmetrical to the planes in which the actuators 10 or spring elements 16 are arranged: The distance A is obviously greater than the district A '.
  • FIG. 3B shows vertical partial sections of the device installed in a liquid handling system 3, according to the second embodiment in FIG. 2.
  • the shaft 12 of the functional element 2 is also held tiltably in a joint 9 here.
  • This joint 9 also consists of a joint ball and a socket.
  • the joint socket is broken through at least at those points at which straightening elements 13, 13 'protrude from the joint ball.
  • a device which carries the actuators 10 is arranged on the joint socket.
  • the curved arrows indicate the connection of the piezo elements 10 to the control unit 17 for controlling the piezo activity.
  • the functional element 2, or its jacket 12 is oriented exactly vertically, the actuators 10 are in a rest position. It is important that the friction of the ball joint is so great that the position of the functional element 2 cannot be adjusted spontaneously. It can also be provided that the actuators 10 permanently contribute to or stabilize this position.
  • the functional element 2, or its casing 12 is tilted with respect to the Z axis 11, so that the axis 11 'of the functional element 2 and the Z axis 11 define an intermediate space (a) which is all the greater, depending further the functional end 22 of the functional element 2 is removed from the joint 9. With the same activation of the piezo elements 10, the deflection becomes greater the smaller their distance B from the Z axis.
  • FIG. 4A shows a vertical partial section of a device installed in a liquid handling system, according to a third embodiment.
  • This third embodiment is characterized in that each functional element 2 is fixed in a holder. This holder is part of the tilting unit 8.
  • a device is arranged on the holder, which carries actuators 10.
  • Piezo elements 10 acting directly on the shaft 12 of the functional element 2 are arranged at a distance C from the holder.
  • the curved arrows indicate the connection of the piezo elements 10 to the control unit 17 for controlling the piezo activity.
  • a pair of functions is shown here, which consists of a piezo element 10 and a passive spring element 16. The advantage of such spring elements 16 is, among other things, that the functional element 2 is kept free of play.
  • the spring elements 16 can be dispensed with if the elasticity of the functional element 2 or its shaft 12 itself passively counteracts the contact pressure of the piezo elements.
  • the shaft 12 of the functional element 2 can be interpreted here as a temperature sensor or as a hollow capillary of a metal pipette tip.
  • FIG. 4B shows a partial vertical section of a device installed in a liquid handling system, according to a fourth embodiment.
  • This fourth embodiment is characterized in that the actuators 10 or their functional partners, which are also embodied as actuators 10 or spring elements 16, are neither arranged horizontally nor vertically; they are therefore at an angle ⁇ to the Z-axis 11.
  • This arrangement enables a slimmer design of the tilting units 8.
  • the fact that the functional element 2 is held in a holder of the tilting unit without a joint also contributes to the slimmer design.
  • the assembly for a tilting device 8 can also be reduced in size.
  • the shaft 12 of the functional element 2 preferably carries straightening elements 13 ′′, 13 ′ ′′, one surface of which is acted upon essentially vertically by the actuators 10.
  • the comments made with regard to FIG. 4A with regard to the distance C also apply here analogously.
  • the functional element 2 in FIG. 4B is drawn here as an adapter for disposable pipette tips 20. The opening of these disposable pipettes here is the functional end 22 of the functional element 2.
  • FIG. 5A shows two floor plans of tilting units according to the invention.
  • the upper diagram shows an eccentric arrangement of the functional element 2 in relation to the tilting unit 8. This arrangement is particularly suitable for the use of a total of only two actuators 10 for tilting the elastic functional element 2 in the X and Y directions.
  • the lower diagram shows a concentric arrangement of the functional element 2 with respect to the tilting unit 8. This arrangement is particularly suitable for the use of a total of two or four functional pairs of actuators 10 which are on a plane 14 or 14 '(cf. FIG. 1) are arranged. In the case of fixed, elastic functional elements 2, this plane 14 'would of course lie below the holding device of the tilting unit (cf. FIG. 4A). A partner of the functional pairs could each be designed as a spring element 16.
  • FIG. 5B shows a first variant of a floor plan of a four unit 18 of tilting units 8 according to the invention.
  • the functional elements 2 arranged eccentrically in the tilting units 8 are distributed in such a way that they are as large as possible. are at a distance from the center 19 of this four unit 18. This results in a distance D between the axes of the untilted functional elements 2.
  • This distance D can now be selected so that it corresponds exactly to the grid spacing of the wells of a microplate.
  • D is 9 mm for a 96-well microplate, double for a 24-well microplate and half for a 384-well microplate.
  • an adjacent group of four arranged in a square can be arranged in a 96-well microplate and in a 24-well microplate. he microplate can be reached.
  • FIG. 5C shows a second variant of a floor plan of a four unit 18 of tilting units 8 according to the invention.
  • the functional elements 2 arranged eccentrically in the tilting units 8 are distributed such that they are at the smallest possible distance from the center 19 of this four unit 18. This results in a distance E between the axes of the untilted functional elements 2.
  • This distance E can now be chosen such that it corresponds exactly to the grid spacing of the wells of a microplate.
  • E is 9 mm for a 96-well microplate, twice for a 24-well microplate and half for a 384-well microplate. Without shifting the tilting units 8 against each other, i.e.
  • an adjacent group of four arranged in a square can be achieved in a 384-well microplate and in a 96-well microplate.
  • FIG. 6A shows a schematic plan view of a robot arm 6 movable in the X direction with a two-unit unit movable in the Y direction of tilting units 8 according to the invention with a distance E between the untilted functional elements 2.
  • the position of the functional ends is also shown (dark dots) 22 of the functional elements 2 in a possible tilt position.
  • the center distance of these functional elements 22 is referred to here as (e) and is 4.5 mm for the processing of 384 microplates or 2.25 mm for processing of 1536 microplates.
  • the dimension E, the center distance of the untilted functional elements 2 is preferably twice the dimension (e).
  • FIG. 6C shows a schematic top view of a robot arm 6 with a four-unit 18 of tilting units according to the invention, according to FIG. 5C. Also shown (dark dots) is the position of the functional ends 22 of the functional elements 2 in a possible tilt position.
  • the smallest center distance of these functional elements 22 is referred to here as (e) and is 4.5 mm for the processing of 384 microplates or 2.25 mm for the processing of 1536 microplates.
  • FIG. 7 shows a schematic top view of a robot arm 6 with two quad units 18 of tilting units 8 according to the invention according to FIG. 5C and a top view of a microplate with 384 wells.
  • the movement possibilities of the robot arm 6 or of the four units 18 are indicated by the arrows X and Y.
  • this microplate represents an array 23 of sample containers or wells; on the other hand, if only one microplate is to be used, this microplate can also be referred to as partial area 7 of the working area 3.
  • the functional ends 22 of these functional elements 2 are arranged along the Y axis of the robot arm 6. Exemplary patterns of processed wells are entered in the array 23 of the microplate.
  • FIG. 8 shows a schematic plan view of two robot arms 6, 6 ′, each with two four-unit units 18 of tilting units 8 according to the invention as shown in FIG. 5C.
  • a plan view of a work surface with a geometrical arrangement of the samples is shown.
  • This work surface can be arranged, for example, by an arrangement of sample tubes for centrifugation or by a so-called LAB CD ® (registered trademark of the applicant)
  • Disk with microchannels for processing liquid samples According to the arrangement of the centrifuge tube or the filling ports of the LAB CD ®, the arrangement of the functional ends of these functional elements 22 2, the geometrical shape of a circle or any assume a re On the other geometric distribution.
  • Distributions of the functional ends 22 of these functional elements 2 which are independent of the axes of movement of the robot arms 6, 6 ', as are only shown by way of example in FIGS Tilting units 8 can be realized.
  • the tilting of all functional elements 2 carried by one or two robot arms 6 is preferably coordinated.
  • a control Unit 17 is used, which is designed to coordinate the movement control of the robot arms 6, 6 'and the position change of the functional ends 22 of these functional elements 2 in relation to a Z axis 11 which is perpendicular to the working field 5.
  • a particularly preferred embodiment provides that the device 1 for transporting or examining liquids is designed in a system 3 for working with liquid samples 4.
  • a system comprises an essentially horizontal working field 5, which expands in an X direction and in a perpendicular Y direction.
  • the particularly preferred device 1 according to the invention comprises at least one functional element 2 with at least one functional end 22.
  • the functional elements 2 are aligned essentially perpendicular to the working field 5 in a Z direction and the device 1 comprises at least one tilting unit 8 for tiltably holding the at least one functional element 2.
  • This particularly preferred embodiment is characterized in that the device 1 actuators 10 for individually aligning the Functional ends 22 of these functional elements 2 with respect to a Z axis 11 perpendicular to the working field 5 and a control unit 17 for electrically actuating these actuators 10, whereby each of the functional elements 2 can be tilted individually and independently of the X and Y orientations of the working field Trained ldet is.
  • one or more of these devices can also be attached to one or more robot arms 6, 6 '.
  • the liquid containers in the X and / or Y direction are preferably the immediate vicinity of the device Devices 1 moves. This can be done manually or automatically. Then the functional ends 22 of the functional elements 2 are individually tilted to the position of the liquid container (for example certain wells of a microplate). For pipetting liquids, the liquid containers are raised until the functional ends 22 of the functional elements 2 dip into the liquid containers. For dispensing sieren of liquids in the liquid container, the liquid container are only raised to such an extent that the functional ends 22 of the functional elements 2 are not yet immersed in the liquid container.

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Abstract

Vorrichtung (1) für das Transportieren oder Untersuchen von Flüssigkeiten in einem System (3) zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben (4), das ein im wesentlichen horizontales, sich in einer X-Richtung und in einer dazu rechtwinkligen Y-Richtung ausdehnendes Arbeitsfeld (5) umfasst. Die Vorrichtung (1) umfasst zumindest ein Funktionselement (2) mit wenigstens einem funktionellen Ende (22), wobei die Funktionselemente (2) im wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld (5) in einer Z-Richtung ausgerichtet sind. Zudem umfasst die Vorrichtung (1) zumindest eine Kippeinheit (8) zum kippbaren Halten des zumindest einen Funktionselements (2). Eine erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kippeinheit (8) Aktuatoren (10) zum individuellen Ausrichten der funktionellen Enden (22) dieser Funktionselemente (2) in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld (5) stehende Z-Achse (11) und eine Steuereinheit (17) zum elektrischen Ansteuern dieser Aktuatoren (10) umfasst, wodurch jedes der Funktionselemente (2) individuell und von den X- und Y-Ausrichtungen des Arbeitsfeldes unabhängig kippbar ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Vorrichtung (1) an einem Robotarm (6) befestigt, welcher zum Bewegen des Funktionselements (2) in zumindest einem Teilbereich (7) des Arbeitsfelds (5) und zumindest in der Z-Richtung ausgebildet ist. In diesem Falls ist die Steuereinheit (17) zur Koordinierung der Bewegungssteuerung des Robotarms (6) und der Positionsänderung der funktionellen Enden (22) dieser Funktionselemente (2) in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld (5) stehende Z-Achse (11) ausgebildet.

Description

Vorrichtung für das Transportieren oder Untersuchen von Flüssigkeiten
Die Erfindung betrifft gemäss dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 eine Vorrichtung für das Transportieren oder Untersuchen von Flüssigkeiten in einem System zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben. Solche System umfassen bei- spielsweise ein im wesentlichen horizontales, sich in einer X-Richtung und in. einer dazu rechtwinkligen Y-Richtung ausdehnendes Arbeitsfeld. Die Vorrichtung umfasst zumindest ein Funktionselement mit wenigstens einem funktionellen Ende, wobei die Funktionselemente im wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld in einer Z-Richtung ausgerichtet sind. Die Vorrichtung umfasst zumindest eine Kippeinheit zum kippbaren Halten des zumindest einen Funktionselements. Vor¬ zugsweise umfasst ein solches System zumindest Robotarm, an welchem zumin¬ dest eine erfindungsgemässe Vorrichtung befestigt ist. Ein solcher Robotarm ist dann zum Bewegen des Funktionselements in zumindest einem Teilbereich des Arbeitsfelds und zumindest in der Z-Richtung ausgebildet. Im technischen Gebiet des Liquid-Handlings sind Vorrichtungen zum Aufnehmen und Abgeben von Flüssigkeitsproben als Pipetten oder Pipetiergeräte bekannt. Vorrichtungen, die lediglich zum Abgeben von Flüssigkeitsproben verwendet werden können, nennt man üblicherweise Dispenser. Zum Automatisieren des Pipe- tierprozesses von Volumina unterhalb 10 μl müssen zwei Vorgänge voneinander unterschieden werden : Die definierte Aufnahme (Aspiration) und die anschlies- sende Abgabe (Dispensierung) von Flüssigkeitsproben. Zwischen diesen Vorgängen wird üblicherweise die Pipettenspitze vom Experimentator oder einem Automaten bewegt, so dass der Aufnahmeort einer Flüssigkeitsprobe von deren Ab- gabeort oft verschieden ist. Für die Richtigkeit und Reproduzierbarkeit einer Aufnahme und/oder Abgabe ist nur das Flüssigkeitssystem wesentlich, welches aus Pumpe (z.B. ein als Spritzenpumpe ausgebildeter Diluter), Flüssigkeitsleitung und Endstück (Pipettenspitze) besteht.
Das Abgeben einer Flüssigkeit mit einer Pipettenspitze kann aus der Luft ("From Air") oder über das Berühren einer Oberfläche geschehen. Diese Oberfläche kann die feste Oberfläche eines Gefässes ("on Tip Touch") sein, in welches die Flüssigkeitsprobe abgegeben werden soll. Es kann auch die Oberfläche einer sich in diesem Gefäss befindlichen Flüssigkeit ("on Liquid Surface") sein. Ein an das Dispen- sieren anschliessender Mischvorgang ist - besonders bei sehr kleinen Probenvolumina im Nano- oder gar Picoliter-Bereich zu empfehlen, damit eine gleichmäs- sige Verteilung des Probenvolumens in einer Reaktionsflüssigkeit gewährleistet ist.
Wegwerfspitzen bzw. abwerfbare Pipettenspitzen reduzieren wesentlich die Gefahr eines ungewollten Übertragens von Probenteilen in ein Gefäss (Kontamination). Bekannt sind einfache Wegwerfspitzen (sogenannte "Air-Displacement Tips"), deren Geometrie und Material für das reproduzierbare Aufnehmen und/oder Abgeben von sehr kleinen Volumina optimiert ist. Die Verwendung von sogenannten "Positive-Displacement Tips", welche an ihrer Innenseite einen Pumpkolben aufweisen, ist ebenfalls bekannt.
Arbeitsplattformen oder Systeme zum Behandeln von Flüssigkeiten, wie zum Beispiel das Pipettieren von Flüssigkeiten aus Behältern sind z.B. aus US 5,084,242 bekannt. Des weiteren sind z.B. aus DE 101 16 642 und EP 0 206 945 Vorrichtungen bekannt, mit welchen Flüssigkeiten in die Wells einer Mikroplatte abgegeben oder aus solchen Behältern pipettiert werden können. Insbesondere aus US 5,084,242 ist ein System mit gattungsgemässen Vorrichtungen bekannt, mit wel- chen die Behälter und ein diese Vorrichtung tragender Robotarm so zueinander platziert werden können, dass das Liquid-Handling automatisiert und reproduzierbar abläuft. Allen bekannten Vorrichtungen und Systemen ist gemeinsam, dass die Pipettenspitzen oder Dispenserspitzen nur in Abhängigkeit der geometrischen Achsen der Systeme bzw. der eingesetzten Roboter bewegt werden kön- nen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung betrifft das Bereitstellen einer alternativen Vorrichtung bzw. eines Verfahrens, mit welchen Pipettenspitzen oder andere, längliche, dünne Objekte zum Transportieren oder Untersuchen von Flüssigkei- ten, ob sie an einem Robotarm befestigt sind oder nicht, unabhängig von den geometrischen Achsen eines Systems zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben und unabhängig von den Bewegungsachsen eines in einem solchen System verwendeten Roboters, ausgerichtet werden können.
Diese Aufgabe wird gemäss dem kennzeichnenden Teil des. unabhängigen Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Kippeinheit einer eingangs beschriebene Vorrichtung Aktuatoren zum individuellen Ausrichten der funktionellen Enden dieser Funktionselemente in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld stehende Z- Achse und eine Steuereinheit zum elektrischen Ansteuern dieser Aktuatoren um- fasst, wodurch jedes der Funktionselemente individuell und von den X- und Y- Ausrichtungen des Arbeitsfeldes unabhängig kippbar ausgebildet ist. Zusätzliche, bevorzugte erfinderische Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Vorteile der Erfindung umfassen den folgenden Sachverhalt:
Es hat sich gezeigt, dass die Genauigkeit, mit der z.B. eine Pipettenspitze an einem Ort auf einer marktüblichen Arbeitsplattform automatisiert positionierbar ist, nicht ausreicht um die Wells einer Mikroplatte mit 1536 Wells routinemässig prä- zise anzufahren. Insbesondere beim Verwenden von mehreren, entlang einer Linie angeordneten Pipettenspitzen machen sich auch geringste Verdrehungen der zumindest auf einem Teilbereich des Arbeitsfelds positionierbaren Mikroplatten gegenüber dem Koordinatensystem des Robotarms bemerkbar. Diese Verdre- hungen oder Abweichungen von der Idealposition betreffen im ungünstigsten Fall Werte auf der X-, Y- und Z-Achse. Bei einer zu grossen Fehlertoleranz besteht die Gefahr, dass eine oder mehrere Pipettenspitzen, Temperaturfühler bzw. pH- Sonden, oder ein anderes, längliches, dünnes Objekt, das in einem Well positioniert werden soll, durch ein Anstossen an die Wände des Wells bzw. die Oberflä- ehe der Mikroplatte beschädigt wird. Zudem besteht bei einem unsanften Zu- sammenstoss eines solchen Objekts mit der Mikroplattenoberfläche die Gefahr eines Probenverlustes, einer Kontaminierung der Nachbarproben und des Arbeitsplatzes. Ein präzises Anfahren der Wells, bei dem keine Gefahr einer ungewollten Berührung von Teilen der Mikroplatte besteht, ist deshalb eine Grundvor- aussetzung für ein routinemässiges Arbeiten mit einem Liquid-Handling-System, das z.B. zum automatischen Untersuchen von Blutproben eingesetzt werden kann. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ermöglicht das Korrigieren der individuellen Positionen der Pipettenspitzen unabhängig von den Bewegungsachsen des Pipetierroboters, so dass sich das Bewegungssystem des Roboters und das erfindungsgemässe Bewegungssystem der Pipettenspitze ergänzen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nun an Hand von schematischen, den Umfang der Erfindung nicht beschränkenden Zeichnungen von beispielhaften Ausführungsformen im Detail erläutert. Dabei zeigen :
Fig. 1 ein 3D-Schema einer in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung, gemäss einer ersten Ausführungsform;
Fig. 2 ein 3D-Schema einer in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung, gemäss einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 3A einen vertikalen Teilschnitt der in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung, gemäss der ersten Ausführungsform in Fig. 1; Fig. 3B vertikale Teilschnitte der in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung, gemäss der zweiten Ausführungsform in Fig. 2;
Fig. 4A einen vertikalen Teilschnitt einer in ein Liquid-Handling System ein- gebauten Vorrichtung, gemäss einer dritten Ausführungsform;
Fig. 4B einen vertikalen Teilschnitt einer in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung, gemäss einer vierten Ausführungsform;
Fig. 5A zwei Grundrissschemen von erfindungsgemässen Kippeinheiten;
Fig. 5B eine erste Variante eines Grundrissschemas einer Vierereinheit von erfindungsgemässen Kippeinheiten;
Fig. 5C eine zweite Variante eines Grundrissschemas einer Vierereinheit von erfindungsgemässen Kippeinheiten;
Fig. 6A eine schematische Draufsicht auf einen Robotarm mit einer Zweiereinheit von erfindungsgemässen Kippeinheiten;
Fig. 6B eine schematische Draufsicht auf einen Robotarm mit einer Vierereinheit von erfindungsgemässen Kippeinheiten, gemäss Fig. 5B;
Fig. 6C eine schematische Draufsicht auf einen Robotarm mit einer Vierer- einheit von erfindungsgemässen Kippeinheiten, gemäss Fig. 5C;
Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf einen Robotarm mit zwei Vierereinheiten von erfindungsgemässen Kippeinheiten gemäss Fig. 5C sowie eine Draufsicht auf eine Mikroplatte mit 384 Wells;
Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf zwei Robotarme mit je zwei Vierereinheiten von erfindungsgemässen Kippeinheiten gemäss Fig. 5C sowie eine Draufsicht auf eine Arbeitsfläche mit einer geometrischen Anordnung der Proben. Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 für das Transportieren oder Untersuchen von Flüssigkeiten in einem System 3 zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben 4. Das System 3 ist hier als robotisiertes Probenbearbeitungsgerät oder als „ROBOTIC SAMPLE PROCESSOR" (RSP) ausgebildet und umfasst ein im wesentlichen hori- zontales Arbeitsfeld 5 sowie zumindest einen Robotarm 6 mit einer zugeordneten Steuerung. Grundsätzlich kann das Arbeitsfeld jede Form aufweisen; bevorzugt ist eine runde Form, besonders bevorzugt ist eine rechteckige Form des Arbeitsfeldes oder auch Arbeitstisches.
Der Robotarm 6 umfasst zudem zumindest ein im wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld 5 in einer Z-Richtung ausgerichtetes Funktionselement 2. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung werden längliche Gebilde zur Probenbearbeitung, Probenanalyse oder zum Probentransport, wie Pipetten- bzw. Dispenser-Spitzen 20 oder Fühler 21, wie pH-Sonden, Temperaturfühler und derglei- chen als Funktionselemente 2 bezeichnet. Ebenfalls als Funktionselement 2 bezeichnet werden z.B. Mehrfachpipettenspitzen oder Kämme.
Der Robotarm 6 ist zum Bewegen des Funktionselements 2 in zumindest einem Teilbereich 7 des Arbeitsfelds 5 und zumindest in der Z-Richtung ausgebildet. Als ein Teilbereich des Arbeitsfeldes kann ein einzelner Probenträger, wie z.B. ein Probenröhrchen oder eine Mikroplatte mit z.B. 96, 385 oder 1536 Wells bezeichnet werden. Vorzugsweise umfasst der Teilbereich 7 des Arbeitsfeldes 5 mehrere solche Probenträger sowie Aufnahme- und Abwurfstellen für Wegwerfpipettenspitzen. Speziell bevorzugt gehören Kalibrierstationen (z.B. für pH-Sonden), Waschstellen, Abfallsammelstellen und ähnliche logistisch notwendige Servicestellen ebenfalls zum erreichbaren Teilbereich 7 des Arbeitsfeldes 5.
Die erfindungsgemäss Vorrichtung 1 umfasst zumindest eine am Robotarm 6 bewegliche Kippeinheit 8 zum kippbaren Halten des zumindest einen Funktionsele- ments 2. Dabei spielt das funktioneile Ende 22 des Funktionselements (z.B. die Pipettenspitze bzw. die Pipettenspitzen einer Mehrfachpipette oder die Fühlerspitze einer Sonde) eine wesentliche Rolle. Dies deshalb, weil die erfindungsgemässe Vorrichtung 1 Aktuatoren 10 umfasst, welche zum Ausrichten dieser funktionellen Enden 22 der Funktionselemente 2 in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld 5 stehende Z-Achse 11 ausgebildet sind (vgl. Fig. 3B).
Als Aktuatoren 10 werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ak- tive Elemente mit variabler Gösse bzw. Ausdehnung bezeichnet. Solche Aktuatoren 10 sind vorzugsweise als Piezoelemente ausgebildet, die sich entsprechend einer angelegten elektrischen Spannung ausdehnen oder zusammenziehen. Speziell bevorzugt sind dabei sogenannte Piezostapel, weil diese ein Mehrfaches der Ausdehnung ermöglichen. Als Aktuatoren 10 kommen aber auch durch Tempera- turänderung kontrahier- bzw. expandierbare Elemente, wie z.B. Bimetalle, in Frage. In der einfachsten Form können die Aktuatoren 10 in als Schrauben zur manuellen Bedienung ausgebildet sein.
Gemäss einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 (vgl. Figuren 1, 3A und 4A) sind solche Aktuatoren 10 einer Kippeinheit 8 so ausgebildet, dass sie direkt auf einen Schaft 12 des Funktionselements 2 einwirken.
Gemäss einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 (vgl. Figuren 2, 3B und 4B) sind solche Aktuatoren 10 einer Kippeinheit 8 so aus- gebildet, dass sie über mit dem Funktionselement 2 verbundene Richtelemente 13,13', also indirekt, auf einen Schaft 12 des Funktionselements 2 einwirken.
Die Aktuatoren 10 der Kippeinheit 8 sind vorzugsweise in zumindest einer, im wesentlichen horizontal ausgerichteten Ebene 14,14' und im wesentlichen recht- winklig zueinander auf den Schaft 12 eines Funktionselements 2 einwirkend angeordnet (vgl. Fig. 1, 3A, 4A). Derart angeordnete Aktuatoren 10 definieren ein individuelles, von den Bewegungsachsen der Robotarme 6 völlig unabhängiges Koordinatensystem. Vorzugsweise stehen die Aktuatoren 10 in der selben horizontalen Ebene 14,14' genau rechtwinklig zueinander, so dass ein kartesisches Koordinatensystem definiert wird.
Die Kippeinheit 8 umfasst in ihrer einfachsten Ausführungsform eine gelenklose Halterung (vgl. Fig. 4), in welcher ein Funktionselement 2 fixiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kippeinheit 8 ein Gelenk 9, welches - vorzugsweise symmetrisch - zwischen den Ebenen 14,14', angeordnet ist (vgl. Fig. 1 und 3).
Die Aktuatoren 10 einer Kippeinheit 8 können auch im wesentlichen vertikal aus- gerichtet sein, so dass sie im wesentlichen in Z-Richtung auf die mit einem Funktionselement 2 verbundenen Richtelemente 13,13' einwirken können (vgl. Fig. 2, und 3B). Als im wesentlichen vertikal einwirkend auf die Richtelemente 13",13'" wird auch eine Anordnung der Aktuatoren gemäss Fig. 4B bezeichnet. Somit wird mit „im wesentlichen vertikal" - unabhängig von der aktuellen Orientierung der Aktuatoren 10 - die Einwirkungsrichtung dieser Aktuatoren 10 auf die Oberfläche der Richtelemente 13,13',13",13'" bezeichnet.
Alle Aktuatoren 10 einer Kippeinheit 8 oder ein Teil dieser Aktuatoren 10 können in der umgekehrten Richtung agierend am Funktionselement 2 oder an den Richtelementen 13 fixiert sein und auf entsprechende Gegenflächen an der Kippeinheit 8 wirken (nicht gezeigt).
Die Aktuatoren 10 einer Kippeinheit 8 sind bevorzugt in zwei rechtwinklig zu einander stehenden, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Ebenen 15,15' ange- ordnet (vgl. Fig. 2 und Fig. 5-8). Speziell bevorzugt ist, dass diese Ebenen 15,15' parallel zu der X-Richtung bzw. parallel zu der Y-Richtung eines rechteckigen Arbeitsfeldes 5 angeordnet sind.
Gemäss Figur 1 und 2 umfasst das System 3 bevorzugt ein horizontales Arbeits- feld 5 mit einer Längenausdehnung (X) und einer sich im wesentlichen rechtwinklig dazu erstreckenden Querausdehnung (Y). Der Robotarm 6 ist speziell bevorzugt auch zum Ausführen von Bewegungen in X- und/oder Y-Richtung ausgebildet. Gemäss einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Aktuatoren 10 der Kippeinheit 8 parallel zu der X-Richtung bzw. parallel zu der Y-Richtung des Arbeitsfeldes 5 angeordnet, so dass ihr kartesisches Koordinatensystem mit den X- und Y-Achsen des horizontalen Arbeitsfeldes 5 übereinstimmen. Alle Aktuatoren 10 sind vorzugsweise als Piezoelemente ausgebildet, wobei jeweils zwei Aktuatoren 10 ein einander entgegen wirkendes Funktionspaar bilden (vgl. Fig. 1, 2, 3B und 4B). Alternativ kann vorgesehen sein, dass jeweils ein Ak- tuator 10 und ein passives Federelement 16 ein solches Funktionspaar bilden (vgl. Fig. 3A und 4A). Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Elastizität eines Funktionselements 2 bzw. dessen Schaftes 12 ausgenutzt wird und den Aktuatoren als entgegen wirkendes Element dient (nicht gezeigt). Im einfachsten Fall wirken somit nur zwei Aktuatoren 10 (z.B. einer in X-Richtung und einer in Y- Richtung) auf ein einseitig eingespanntes Funktionselement 2 ein.
Ein erfindungsgemässes System 3 zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben 4 umfasst ein im wesentlichen horizontales Arbeitsfeld 5 sowie zumindest einen Robotarm 6 mit einer zugeordneten Steuerung. Der Robotarm 6 umfasst zumindest ein im wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld 5 in einer Z-Richtung ausgerichtetes Funktionselement 2. Dabei ist der Robotarm 6 zum Bewegen des Funktionselements 2 in zumindest einem Teilbereich 7 des Arbeitsfelds 5 und zumindest in der Z-Richtung ausgebildet. Ein solches System ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass es zumindest eine der beschriebenen Vorrichtungen 1 sowie eine Steuereinheit 17 zum Ausrichten der funktionellen Enden 22 der Funkti- onselemente 2 in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld 5 stehende Z-Achse 11 umfasst.
Ein solches System 3 umfasst bevorzugt eine geradzahlige Anzahl von Vorrichtungen 1 bzw. Kippeinheiten 8, die an dem Robotarm 6, vorzugsweise in Vierer- gruppen, beweglich angeordnet sind (vgl. Fig. 5B, 5C; 6B, 6C; 7 und 8). Jede dieser Vierergruppen von Vorrichtungen 1 bzw. Kippeinheiten 8 ist vorzugsweise als gemeinsam am Robotarm 6 bewegliche Vierereinheit 18 ausgebildet (vgl. Fig. 6B, 6C, 7 und 8). Dabei sind die Funktionselemente 2 jeder Vierereinheit 18 bevorzugt symmetrisch zu deren Zentrum 19 mit grossem (vgl. Fig. 5B und 6B), mittlerem (entsprechend Fig. 5A, unten) oder kleinem Abstand (vgl. Fig. 5C und 6C) angeordnet sind. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform eines Systems 3 zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben 4 umfasst zwei Robotarme 6,6' (vgl. Fig. 8) mit je zwei in Vierereinheiten 18 angeordneten Vorrichtungen 1 bzw. Kippeinheiten 8. Figur 1 zeigt ein 3D-Schema einer in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung 1, gemäss einer ersten Ausführungsform. Das Liquid Handling System 3 umfasst hier ein horizontales, rechteckiges Arbeitsfeld 5 mit einer Längenausdehnung X und einer sich rechtwinklig dazu erstreckenden Querausdehnung Y. Die Bezeichnung dieser Ausdehnungsrichtungen ist willkürlich und entspricht der gängigen Bezeichnung an marktüblichen Arbeitsplattformen. Selbstverständlich könnten die Richtungsbezeichnungen X und Y auch miteinander vertauscht werden. Gezeigt ist eine Kippeinheit 8, welche an einem Robotarm 6 in Y- und - senkrecht zum Arbeitsfeld 5 - in Z-Richtung beweglich angeordnet ist. Die Be- weglichkeit der Kippeinheit 8 in Z-Richtung kann (wie dargestellt) durch den Robotarm 6 selbst oder durch die am Robotarm verschiebbare Kippeinheit 8 bewerkstelligt werden. Durch eine Kombination der Y-Bewegung der Kippeinheit 8 und der Beweglichkeit des Robotarms in X-Richtung kann das ganze Arbeitsfeld 5, zumindest aber ein Teilbereich 7 dieses Arbeitsfeldes mit dem Funktionellen Ende 22 eines hier als Pipettenspitze 20 ausgebildeten Funktionselements 2 bearbeitet werden. Gemäss der ersten Ausführungsform der Erfindung wirken die Aktuatoren 10 direkt auf den Schaft 12 des Funktionselements 2. Die beiden horizontalen Ebenen 14,14', in welchen die Aktuatoren 10 angeordnet sind befinden sich in gleichem Abstand zu dem Gelenk 9, welches die Kippbarkeit des Funkti- onselements 2 verbessert.
Figur 2 zeigt ein 3D-Schema einer in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung, gemäss einer zweiten Ausführungsform, bei welcher die Aktuatoren 10 an einem Richtelement 13 angreifen. Im Gegensatz zu der horizontalen Aus- richtung der Aktuatoren in Fig. 1 sind die Aktuatoren 10 hier vertikal angeordnet und greifen senkrecht an den horizontal herausstehenden Richtelementen 13,13' an.
Figur 3A zeigt einen vertikalen Teilschnitt der in ein Liquid-Handling System 3 eingebauten Vorrichtung 1, gemäss der ersten Ausführungsform in Fig. 1. Der Schaft 12 des Funktionselements 2, welcher als Metallspitze bzw. Hohlnadel einer Pipette ausgebildet sein kann, wird in einem Gelenk 9 kippbar gehalten. Eine solche Hohlnadel sowohl in einem Pipetiergerät als auch in einem Dispenser eingesetzt werden; sie wird deshalb als Pipettenspitze odar als Dispenserspitze be- zeichnet. Dieses Gelenk 9 besteht hier aus einer Gelenkkugel und einer Gelenkpfanne. An der Gelenkpfanne ist eine Vorrichtung angeordnet, welche die Aktuatoren 10 trägt (vgl. Fig. 3A), oder welche den Aktuatoren 10 als Gegenfläche dient (nicht gezeigt). In einem Abstand A zum Gelenk 9 sind direkt auf den Schaft 12 des Funktionselements 2 wirkende Piezoelemente 10 angeordnet. Die geschwungenen Pfeile zeigen die Verbindung der Piezoelemente 10 zur Steuereinheit 17 zum Steuern der Piezoaktivität an. In einem Abstand A' zum Gelenk 9 sind passive Federelemente 16 angeordnet, welche ebenfalls direkt auf den Schaft 12 des Funktionselements 2 wirken. Zum Schutz dieses Schafts 12 kann eine Hülse (nicht gezeigt) vorgesehen werden, welche zwischen den Federelementen 16 und dem Schaft 12 liegt. Eine solche Hülse kann auch zur Verbreiterung bzw. Einebnung der Angriffsfläche der Federelemente 16, aber auch der Aktuatoren 10 am Schaft 12 verwendet werden. Hier liegt das Gelenk 9 nicht symmetrisch zu den Ebenen, in welchen die Aktuatoren 10 bzw. Federelemente 16 angeordnet sind : Die Distanz A ist offensichtlich grösser als die Distranz A'.
Figur 3B zeigt vertikale Teilschnitte der in ein Liquid-Handling System 3 eingebauten Vorrichtung, gemäss der zweiten Ausführungsform in Fig. 2. Der Schaft 12 des Funktionselements 2 wird auch hier in einem Gelenk 9 kippbar gehalten. Dieses Gelenk 9 besteht ebenfalls aus einer Gelenkkugel und einer Gelenkpfanne. Die Gelenkpfanne ist zumindest an jenen Stellen durchbrochen, an welchen Richtelemente 13,13' von der Gelenkkugel auskragen. An der Gelenkpfanne ist eine Vorrichtung angeordnet, welche die Aktuatoren 10 trägt. In einem Abstand B zum Gelenk 9 und zur vertikalen Z-Achse 11 sind auf die Richtelemente 13,13' wirkende Piezoelemente 10 vertikal angeordnet. Die geschwungenen Pfeile zeigen die Verbindung der Piezoelemente 10 zur Steuereinheit 17 zum Steuern der Piezoaktivität an.
In der linken Darstellung ist das Funktionselement 2, bzw. dessen Mantel 12 ex- akt vertikal ausgerichtet, die Aktuatoren 10 befinden sich in einer Ruhestellung. Wichtig ist, dass die Reibung des Kugelgelenkes so gross ist, dass sich die Lage des Funktionselements 2 nicht spontan verstellen kann. Es kann auch vorgesehen seine, dass die Aktuatoren 10 permanent zur Stabilisierung dieser Lage beitragen bzw. diese bestimmen. In der rechten Darstellung ist das Funktionselement 2, bzw. dessen Mantel 12 gegenüber der Z-Achse 11 verkippt, so dass die Achse 11' des Funktionselements 2 und die Z-Achse 11 einen Zwischenraum (a) definieren, der umso grösser ist, je weiter das funktionelle Ende 22 des Funktionselements 2 vom Gelenk 9 entfernt ist. Die Auslenkung wird - bei gleicher Aktivierung der Piezoelemente 10 - umso grösser, je kleiner deren Abstand B von der Z-Achse ist.
Figur 4A zeigt einen vertikalen Teilschnitt einer in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung, gemäss einer dritten Ausführungsform. Diese dritte Ausführungsform ist dadurch kennzeichnet, dass jedes Funktionselement 2 in einer Halterung fixiert ist. Diese Halterung ist ein Bestandteil der Kippeinheit 8. An der Halterung ist eine Vorrichtung angeordnet, welche Aktuatoren 10 trägt. In einem Abstand C zu der Halterung sind direkt auf den Schaft 12 des Funktionselements 2 wirkende Piezoelemente 10 angeordnet. Die geschwungenen Pfeile zei- gen die Verbindung der Piezoelemente 10 zur Steuereinheit 17 zum Steuern der Piezoaktivität an. Hier ist ein Funktionspaar gezeigt, welches aus einem Piezo- element 10 und einem passiven Federelement 16 besteht. Der Vorteil solcher Federelemente 16 besteht unter anderem darin, dass das Funktionselement 2 spielfrei gehalten ist. In einer alternativen Ausführungsform kann auf die Federele- mente 16 verzichtet werden, wenn die Elastizität des Funktionselements 2 bzw. dessen Schaftes 12 selbst passiv dem Anpressdruck der Piezoelemente entgegen wirkt. Im einfachsten Fall genügen somit ein elastisches, in einer Halterung fixiertes Funktionselement 2, auf welches zwei in einer Ebene 14 liegende (vgl. Fig. 1), rechtwinklig zueinander angeordnete Aktivatoren 10 einwirken. Je kürzer die Dis- tanz C ist, desto grösser ist die mögliche Auslenkung des funktionellen Endes 22 eines Funktionselements 2 von der Z-Achse 11. Allerdings wächst mit dem Reduzieren des Abstandes C auch die Kraft, welche die Aktuatoren 10 zum Bewegen des Funktionselements 2 aufwenden müssen. Der Schaft 12 des Funktionselements 2 kann hier als Temperaturfühler oder als Hohlkapillare einer Metallpipet- tenspitze interpretiert werden. Die Öffnung dieser Pipettenspitze (oder Dispen- serspitze) bzw. das Ende des Temperaturfühlers ist hier das funktionelle Ende 22 des Funktionselements 2. Figur 4B zeigt einen vertikalen Teilschnitt einer in ein Liquid-Handling System eingebauten Vorrichtung, gemäss einer vierten Ausführungsform. Diese vierte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren 10 bzw. deren ebenfalls als Aktuatoren 10 oder Federelemente 16 ausgebildeten Funktionspart- ner weder in der Horizontalen noch in der Vertikalen angeordnet sind; sie stehen also in einem Winkel ß zur Z-Achse 11. Diese Anordnung ermöglicht eine schlankere Bauweise der Kippeinheiten 8. Ebenfalls zu der schlankeren Bauweise trägt der Umstand bei, dass das Funktionselement 2 ohne Gelenk in einer Halterung der Kippeinheit gehalten ist. Wenn ein elastisches Funktionselement 2 und total nur zwei Aktuatoren 10 zur Verkippung in Y- oder Z- Richtung verwendet werden, so kann die Baugruppe für eine Kippeinrichtung 8 zusätzlich verkleinert werden. Vorzugsweise trägt der Schaft 12 des Funktionselements 2 Richtelemente 13",13'", deren eine Fläche durch die Aktuatoren 10 jeweils im wesentlichen senkrecht beaufschlagt wird. Die zu Fig. 4A gemachten Bemerkungen bezüglich des Abstandes C gelten sinngemäss auch hier. Das Funktionselement 2 in Fig. 4B ist hier als Adapter für Wegwerfpipettenspitzen 20 gezeichnet. Die Öffnung dieser Wegwerfpipetten ist hier das funktionelle Ende 22 des Funktionselements 2.
Figur 5A zeigt zwei Grundrissschemen von erfindungsgemässen Kippeinheiten. Das obere Schema zeigt eine exzentrische Anordnung des Funktionselements 2 in Bezug auf die Kippeinheit 8. Diese Anordnung eignet sich besonders für den Einsatz von total nur zwei Aktuatoren 10 zum Verkippen des elastischen Funktionselements 2 in X- und in Y-Richtung. Das untere Schema zeigt eine konzentrische Anordnung des Funktionselements 2 in Bezug auf die Kippeinheit 8. Diese Anordnung eignet sich besonders für den Einsatz von total zwei oder vier Funktionspaaren von Aktuatoren 10, die auf einer Ebene 14 oder 14' (vgl. Fig. 1) angeordnet sind. Bei fixierten, elastischen Funktionselementen 2 würde diese Ebene 14' selbstverständlich unterhalb der Halteeinrichtung der Kippeinheit liegen (vgl. Fig. 4A). Dabei könnte jeweils ein Partner der Funktionspaare als Federelement 16 ausgebildet sein.
Figur 5B zeigt eine erste Variante eines Grundrissschemas einer Vierereinheit 18 von erfindungsgemässen Kippeinheiten 8. Die in den Kippeinheiten 8 exzentrisch angeordneten Funktionselemente 2 sind so verteilt, dass sie in einem grösstmög- liehen Abstand zum Zentrum 19 dieser Vierereinheit 18 stehen. Dadurch ergibt sich ein Abstand D zwischen den Achsen der unverkippten Funktionselemente 2. Dieser Abstand D kann nun so gewählt werden, dass er gerade dem Gitterabstand der Wells einer Mikroplatte entspricht. D beträgt bei einer 96-er Mikroplatte 9 mm, bei einer 24-er Mikroplatte das Doppelte und bei einer 384-er Mikroplatte die Hälfte dieses Masses. Ohne die Kippeinheiten 8 gegeneinander zu verschieben, d.h. bei gleichbleibender Anordnung der Kippeinheiten 8 als Vierereinheit 18, kann somit mittels Verkippung der als Pipettenspitzen ausgebildeten Funktionselemente 2 eine benachbarte, in einem Quadrat angeordnete Vierergruppe von Wells in einer 96-er Mikroplatte und in einer 24-er Mikroplatte erreicht werden.
Figur 5C zeigt eine zweite Variante eines Grundrissschemas einer Vierereinheit 18 von erfindungsgemässen Kippeinheiten 8. Die in den Kippeinheiten 8 exzentrisch angeordneten Funktionselemente 2 sind so verteilt, dass sie in einem kleinstmög- lichen Abstand zum Zentrum 19 dieser Vierereinheit 18 stehen. Dadurch ergibt sich ein Abstand E zwischen den Achsen der unverkippten Funktionselemente 2. Dieser Abstand E kann nun so gewählt werden, dass er gerade dem Gitterabstand der Wells einer Mikroplatte entspricht. E beträgt bei einer 96-er Mikroplatte 9 mm, bei einer 24-er Mikroplatte das Doppelte und bei einer 384-er Mikroplatte die Hälfte dieses Masses. Ohne die Kippeinheiten 8 gegeneinander zu verschieben, d.h. bei gleichbleibender Anordnung der Kippeinheiten 8 als Vierereinheit 18, kann somit mittels Verkippung der als Pipettenspitzen ausgebildeten Funktionselemente 2 eine benachbarte, in einem Quadrat angeordnete Vierergruppe von Wells in einer 384-er Mikroplatte und in einer 96-er Mikroplatte erreicht werden.
Figur 6A zeigt eine schematische Draufsicht auf einen in X-Richtung beweglichen Robotarm 6 mit einer in Y-Richtung beweglichen Zweiereinheit von erfindungs- gemässen Kippeinheiten 8 mit einem Abstand E der unverkippten Funktionselemente 2. Ebenfalls dargestellt ist (dunkle Punkte) die Lage der funktionellen Enden 22 der Funktionselemente 2 in einer möglichen Verkippungsstellung. Der Achsabstand dieser funktionellen Elemente 22 wird hier als (e) bezeichnet und beträgt 4.5 mm für das Bearbeiten von 384-er Mikroplatten bzw. 2.25 mm für das Bearbeiten von 1536-er Mikroplatten. Vorzugsweise beträgt das Mass E, der Achsabstand der unverkippten Funktionselemente 2, das Doppelte des Masses (e).
Figur 6B zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Robotarm 6 mit einer Vierereinheit 18 von erfindungsgemässen Kippeinheiten 8, gemäss Fig. 5B. Ebenfalls dargestellt ist (dunkle Punkte) die Lage der funktionellen Enden 22 der Funktionselemente 2 in zwei möglichen Verkippungsstellungen. Der kleinste Achsabstand dieser funktionellen Elemente 22 wird hier als (d) bezeichnet und beträgt 4.5 mm für das Bearbeiten von 384-er Mikroplatten. Der grösste Achsabstand dieser funktionellen Elemente 22 wird hier als (DD) bezeichnet und beträgt 18 mm für das Bearbeiten von 24-er Mikroplatten. Vorzugsweise entspricht in diesem Fall der Achsabstand der unverkippten Funktionselemente 2 dem Mass D = 9 mm.
Figur 6C zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Robotarm 6 mit einer Vierereinheit 18 von erfindungsgemässen Kippeinheiten, gemäss Fig. 5C. Ebenfalls dargestellt ist (dunkle Punkte) die Lage der funktionellen Enden 22 der Funktionselemente 2 in einer möglichen Verkippungsstellung. Der kleinste Achsabstand dieser funktionellen Elemente 22 wird hier als (e) bezeichnet und beträgt 4.5 mm für das Bearbeiten von 384-er Mikroplatten bzw. 2.25 mm für das Bearbeiten von 1536-er Mikroplatten. Vorzugsweise entspricht in diesem Fall der Achsabstand der unverkippten Funktionselemente 2 dem Mass E = 9 mm bzw. 4.5 mm.
Figur 7 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Robotarm 6 mit zwei Vierereinheiten 18 von erfindungsgemässen Kippeinheiten 8 gemäss Fig. 5C sowie eine Draufsicht auf eine Mikroplatte mit 384 Wells. Die Bewegungsmöglichkeiten des Roboterarms 6 bzw. der Vierereinheiten 18 sind mit den Pfeilen X und Y angedeutet. Diese Mikroplatte stellt einerseits ein Array 23 von Probenbehältern bzw. Wells dar; andererseits kann - falls nur mit einer Mikroplatte gearbeitet werden soll - diese Mikroplatte auch als Teilbereich 7 des Arbeitsfeldes 3 bezeichnet werden. Entsprechend der bereits in Fig. 6C besprochenen Verkippung der Funktionselemente 2 sind die funktionellen Enden 22 dieser Funktionselemente 2 entlang der Y-Achse des Robotarms 6 angeordnet. Im Array 23 der Mikroplatte sind beispielhafte Muster von bearbeiteten Wells eingetragen. Dabei wird mit der gleichen Farbgebung von Vierergruppen ein mögliches Umpipettieren der Flüssigkeitsproben 4 von einer ersten quadratischen Anordnung (links, dem Achsabstand E einer 96-er Mikroplatte entsprechend) in eine praktisch beliebige zweite Anordnung (rechts) in der 384-er Mikroplatte mit dem Achsabstand (e) angedeutet. Für dieses Umpipettieren müssen der Robotarm 6 und/oder die Mikroplatte gegeneinander in X- und Z-Richtung bewegt werden; dabei verändern die Vierereinheiten 18 ihre Position in Y-Richtung gegenüber dem Robotarm 6 und auch gegenüber der Mikroplatte nicht. Vorzugsweise kön- nen die beiden Vierereinheiten 18 unabhängig voneinander in Y-Richtung am Robotarm 6 bewegt werden. Die notwendigen Antriebe für das Bewegen des Robotarms 6 und Vierereinheiten sind hier, wie auch die dafür zu verwendende Steuerung oder Steuereinheit 17, nicht gezeigt.
Figur 8 zeigt eine schematische Draufsicht auf zwei Robotarme 6,6' mit je zwei Vierereinheiten 18 von erfindungsgemässen Kippeinheiten 8 gemäss Fig. 5C. Zudem ist eine Draufsicht auf eine Arbeitsfläche mit einer geometrischen Anordnung der Proben gezeigt. Diese Arbeitsfläche kann beispielsweise durch eine Anordnung von Probenröhrchen für die Zentrifugation oder durch eine sogenannte LAB CD® (eingetragenes Warenzeichen der Anmelderin), also einer runden
Scheibe mit Mikrokanälen für die Bearbeitung von Flüssigkeitsproben, definiert sein. Entsprechend der Anordnung der Zentrifugenröhrchen bzw. der Einfüllöffnungen der LAB CD® kann die Anordnung der funktionellen Enden 22 dieser Funktionselemente 2 die geometrische Figur eines Kreises oder irgend eine ande- re geometrische Verteilung annehmen.
Derart von den Bewegungsachsen der Robotarme 6,6' unabhängige Verteilungen der funktionellen Enden 22 dieser Funktionselemente 2, wie sie in den Figuren 6 bis 8 lediglich beispielhaft und keinesfalls abschliessend dargestellt sind, können nur mit der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung 1 bzw. mit den erfindungsgemässen Kippeinheiten 8 realisiert werden.
Vorzugsweise wird die Verkippung aller von einem oder von zwei Robotarmen 6 getragenen Funktionselemente 2 koordiniert. Vorzugsweise wird dazu eine Steu- ereinheit 17 verwendet, die zur Koordinierung der Bewegungssteuerung der Robotarme 6,6' und der Positionsänderung der funktionellen Enden 22 dieser Funktionselemente 2 in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld 5 stehende Z-Achse 11 ausgebildet ist.
Abweichend von den bisherigen Darstellungen der Erfindung sieht eine speziell bevorzugte Ausführungsform vor, dass die Vorrichtung 1 zum Transportieren o- der Untersuchen von Flüssigkeiten in einem System 3 zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben 4 ausgebildet ist. Ein solches System umfasst ein im wesentlichen horizontales, sich in einer X-Richtung und in einer dazu rechtwinkligen Y-Richtung ausdehnendes Arbeitsfeld 5. Die speziell bevorzugte, erfindungsgemässe Vorrichtung 1 umfasst zumindest ein Funktionselement 2 mit wenigstens einem funktionellen Ende 22. Die Funktionselemente 2 sind im wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld 5 in einer Z-Richtung ausgerichtet und die Vorrichtung 1 umfasst zu- mindest eine Kippeinheit 8 zum kippbaren Halten des zumindest einen Funktionselements 2. Diese speziell bevorzugte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung 1 Aktuatoren 10 zum individuellen Ausrichten der funktionellen Enden 22 dieser Funktionselemente 2 in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld 5 stehende Z-Achse 11 und eine Steuereinheit 17 zum elektrischen Ansteuern dieser Aktuatoren 10 umfasst, wodurch jedes der Funktionselemente 2 individuell und von den X- und Y-Ausrichtungen des Arbeitsfeldes unabhängig kippbar ausgebildet ist. Optional können einzelne oder mehrere dieser Vorrichtungen auch an einem oder mehreren Robotarmen 6,6' befestigt sein.
In einem solchen System, welches mit einer oder mehreren Vorrichtungen 1 zum Transportieren oder Untersuchen von Flüssigkeiten ausgerüstet ist, welches aber keinen Robotarm 6 zum Bewegen dieser Vorrichtungen umfasst, werden vorzugsweise zuerst die Flüssigkeitsbehälter in X- und/oder Y-Richtung die unmittelbare Nähe der Vorrichtungen 1 bewegt. Dies kann manuell oder automatisiert er- folgen. Dann werden die funktionellen Enden 22 der Funktionselemente 2 durch individuelles Verkippen auf die Position der Flüssigkeitsbehälter (beispielsweise bestimmter Wells einer Mikroplatte) ausgerichtet. Zum Abpippetieren von Flüssigkeiten werden die Flüssigkeitsbehälter angehoben, bis die funktionellen Enden 22 der Funktionselemente 2 in die Flüssigkeitsbehälter eintauchen. Zum Dispen- sieren von Flüssigkeiten in die Flüssigkeitsbehälter werden die Flüssigkeitsbehälter nur soweit angehoben, dass die funktionellen Enden 22 der Funktionselemente 2 noch nicht in die Flüssigkeitsbehälter eintauchen.
Die Bezugszeichen weisen jeweils auf entsprechende Merkmale hin, auch wenn nicht in jedem Fall ausdrücklich darauf Bezug genommen wird. Eine beliebige Kombination der Elemente der verschiedenen Ausführungsformen gehört zum Umfang der vorliegenden Erfindung.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (1) für das Transportieren oder Untersuchen von Flüssigkeiten in einem System (3) zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben (4), das ein im wesentlichen horizontales, sich in einer X-Richtung und in einer dazu rechtwinkligen Y-Richtung ausdehnendes Arbeitsfeld (5) umfasst, welche Vorrichtung (1) zumindest ein Funktionselement (2) mit wenigstens einem funktio- nellen Ende (22) umfasst, wobei die Funktionselemente (2) im wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld (5) in einer Z-Richtung ausgerichtet sind und die Vorrichtung (1) zumindest eine Kippeinheit (8) zum kippbaren Halten des zumindest einen Funktionselements (2) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippeinheit (8) Aktuatoren (10) zum individuellen Ausrichten der funktionellen Enden (22) dieser Funktionselemente (2) in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld (5) stehende Z-Achse (11) und eine Steuereinheit (17) zum elektrischen Ansteuern dieser Aktuatoren (10) umfasst, wodurch jedes der Funktionselemente (2) individuell und von den X- und Y- Ausrichtungen des Arbeitsfeldes unabhängig kippbar ausgebildet ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie an einem Robotarm (6) befestigt ist, welcher zum Bewegen des Funktionselements (2) in zumindest einem Teilbereich (7) des Arbeitsfelds (5) und zumindest in der Z-Richtung ausgebildet ist, wobei die Steuereinheit (17) zur Koordinierung der Bewegungssteuerung des Robotarms (6) und der Positionsänderung der funktionellen Enden (22) dieser Funktionselemente (2) in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld (5) stehende Z-Achse (11) ausgebildet ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (10) der Kippeinheit (8) auf einen Schaft (12) des Funktionselements (2) und/oder auf mit dem Funktionselement (2) verbundene Richtelemente (13,13') einwirkend ausgebildet sind.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (10) der Kippeinheit (8) in zumindest einer, im wesentlichen horizontal ausgerichteten Ebene (14,14') und im wesentlichen rechtwinklig zueinander auf den Schaft (12) eines Funktionselements (2) einwirkend angeordnet sind.
5. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippeinheit (8) ein Gelenk (9) umfasst, welches - vorzugsweise symmetrisch - zwischen den Ebenen (14,14'), angeordnet ist.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (10) der Kippeinheit (8) im wesentlichen vertikal ausgerichtet und im wesentlichen in Z-Richtung auf die mit einem Funktionselement (2) verbundenen Richtelemente (13,13') einwirkend angeordnet sind.
7. Vorrichtung (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (10) der Kippeinheit (8) in zwei rechtwinklig zu einander stehenden, im wesentlichen vertikal ausgerichteten Ebenen (15,15') angeordnet sind.
8. Vorrichtung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die E- benen (15,15') parallel zu der X-Richtung bzw. parallel zu der Y-Richtung des Arbeitsfeldes (5) angeordnet sind.
9. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kippeinheit (8) ein Gelenk (9) umfasst, welches - vorzugswei- se symmetrisch - auf der Höhe der Richtelemente (13,13') angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, dass alle Aktuatoren (10) als Piezoelemente ausgebildet sind, wobei jeweils zwei Aktuatoren (10) ein einander entgegen wirkendes Funktionspaar bilden.
11. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass immer ein als Piezoelement ausgebildeter Aktuator (10) und ein passives Federelement (16) ein einander entgegen wirkendes Funktionspaar bilden.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese Funktionselemente (2) als Pipetten-Spitzen, als Dispenser-Spitzen (20) oder als Fühler (21) ausgebildet sind.
13. System (3) zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben (4), wobei das System (3) ein im wesentlichen horizontales, sich in einer X-Richtung und in einer dazu rechtwinkligen Y-Richtung ausdehnendes Arbeitsfeld (5) umfasst dadurch gekennzeichnet, dass das System (3) zumindest eine Vorrichtung (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12 umfasst.
14. System (3) nach Anspruch 13, welches ein horizontales Arbeitsfeld (5) mit einer Längenausdehnung (X) und einer sich im wesentlichen rechtwinklig dazu erstreckenden Querausdehnung (Y) sowie zumindest einen Robotarm (6) umfasst, der auch zum Ausführen von Bewegungen in X- und/oder Y- Richtung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktuatoren (10) der Kippeinheit (8) parallel zu der X-Richtung bzw. parallel zu der Y- Richtung des Arbeitsfeldes (5) angeordnet sind.
15. System (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Robotarm (6) eine geradzahlige Anzahl von Vorrichtungen (1), vorzugsweise in Vierergruppen, beweglich angeordnet sind.
16. System (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass jede Vierergruppe von Vorrichtungen (1) als gemeinsam am Robotarm (6) bewegli- ehe Vierereinheit (18) ausgebildet ist.
17. System (3) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Funktionselemente (2) jeder Vierereinheit (18) symmetrisch zu deren Zentrum (19) mit grossem, mittlerem oder kleinem Abstand angeordnet sind.
18. Verwendung einer Vorrichtung (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem System (3) zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben (4), das ein im wesentlichen horizontales, sich in einer X-Richtung und in einer dazu rechtwinkligen Y-Richtung ausdehnendes Arbeitsfeld (5) umfasst, welche Vorrich- tung (1) zumindest ein Funktionselement (2) mit wenigstens einem funktionellen Ende (22) umfasst, wobei die Funktionselemente (2) im wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld (5) in einer Z-Richtung ausgerichtet sind und die Vorrichtung (1) zumindest eine Kippeinheit (8) zum kippbaren Halten des zumindest einen Funktionselements (2) umfasst, dadurch gekennzeich- net, dass zumindest ein Aktuator (10) einer Kippeinheit (8) dieser Vorrichtung (1) über eine Steuereinheit (17) elektrisch angesteuert wird, worauf die aktivierten Aktuatoren (10) auf dieses Funktionselement (2) einwirken, so dass sich die Position des funktionellen Endes (22) dieses Funktionselements (2) in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld (5) stehende Z- Achse (11) individuell und von den X- und Y-Ausrichtungen des Arbeitsfeldes unabhängig ändert.
19. Verwendung eines Systems (3) gemäss einem oder mehreren der Ansprüche 13 bis 17 zum Arbeiten mit Flüssigkeitsproben (4), wobei das System (3) ein im wesentlichen horizontales Arbeitsfeld (5), zumindest einen Robotarm (6) mit einer zugeordneten Steuerung und zumindest eine Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche (1 bis 12) mit einem im wesentlichen senkrecht zum Arbeitsfeld (5) in einer Z-Richtung ausgerichteten Funktionselement (2) umfasst, wobei der Robotarm (6) zum Bewegen des Funktions- elements (2) in zumindest einem Teilbereich (7) des Arbeitsfelds (5) und zumindest in der Z-Richtung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Aktuator (10) einer Kippeinheit (8) dieser Vorrichtung (1) über eine Steuereinheit (17) elektrisch angesteuert wird, worauf die aktivierten Aktuatoren (10) auf dieses Funktionselement (2) einwirken, so dass sich die Position des funktionellen Endes (22) dieses Funktionselements (2) in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld (5) stehende Z- Achse (11) individuell und von den Bewegungsachsen des Robotarms (6) unabhängig ändert.
20. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkippung aller von einem oder von zwei Robotarmen (6) getragenen Funktionselemente (2) koordiniert wird, wobei die Steuer¬ einheit (17) zur Koordinierung der Bewegungssteuerung der Robotarme (6) und der Positionsänderung der funktionellen Enden (22) dieser Funktionselemente (2) in Bezug auf eine senkrecht zum Arbeitsfeld (5) stehende Z- Achse (11) ausgebildet ist.
21. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei diese Funktions- elemente (2) als Pipetten- bzw. Dispenser-Spitzen (20) oder als Fühler (21) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionellen Enden (22) dieser Funktionselemente (2) in einem Array (23) oder einer beliebigen geometrischen Figur (24) angeordnet werden.
22. Verwendung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei diese Funktionselemente (2) als Pipetten- bzw. Dispenser-Spitzen (20) oder als Fühler (21) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die funktionellen Enden (22) dieser Funktionselemente (2) eine geometrische Verteilung annehmen, welche der Anordnung von bestimmten Flüssigkeitsbehältern oder Einfüllöff- nungen entspricht.
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