DE102008048620B4

DE102008048620B4 - Elektronische Kolbenhubpipette

Info

Publication number: DE102008048620B4
Application number: DE102008048620A
Authority: DE
Inventors: Marcel Hoffmann; Hans-Jürgen Hoffmann
Original assignee: AHN Biotechnologie GmbH
Current assignee: Ahn Biotechnologie De GmbH; Gilson SAS
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2011-09-15
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: CA2737990A1; KR20110069825A; WO2010034290A2; JP2012503182A; DE102008048620A1; WO2010034290A3; EP2346608A2; US20110214518A1; CN102378649A

Abstract

Elektronische Kolbenhubpipette, bestehend aus einem Pipettenkonus (12), in welchem ein beweglicher Kolben (11), der über eine Kolbenstange (10) mit einem Getriebe (7) für seine Auf- und Abwärtsbewegung starr verbunden ist, wobei das Getriebe von einem Antriebsmotor (5) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung vorhanden ist, die als Bedienknopf (1) mit Druck- und Drehfunktion ausgebildet ist und ein Oberteil als eigentliches Bedienteil zum Drehen und Drücken und ein Unterteil als zylindrische Verbindung zu einer elektronischen Steuerplatine (3) aufweist, wobei in einem Displaygehäuse (4) im oberen Teil der Pipette Steuerplatine (3) und Display (2), und in einem Pipettengehäuse (9) im unteren Teil der Pipette Antriebsmotor (5) und Batterie oder Akku (6) integriert sind, wobei durch die Drehbewegung des Bedienknopfes (1) Funktionsmenüs und Untermenüs wählbar sind, wobei durch die Druckbewegung auf den Bedienknopf (1) die jeweilige Auswahl bestätigbar ist und wobei durch die Druckbewegung das Ansaugen und Ausstoßen des...

Description

Die Erfindung betrifft eine elektronische Kolbenhubpipette mit einer an die manuellen Kolbenhubpipetten angepassten Bedienumgebung. Anwendungsgebiete der Erfindung sind die analytische Chemie und die medizinische Diagnostik.
Kolbenhubpipetten sind Volumenmessgeräte mit Hubkolben. Auf die Kolbenhubpipette wird eine Kunststoff- oder Glasspitze gesetzt. Mit dem Kolben in der unteren Ansaugstellung wird die Spitze in die abzumessende und zu dosierende Flüssigkeit getaucht. Der zurücklaufende Kolben saugt die Flüssigkeit an. Durch Niederdrücken oder Verschieben des Kolbens zwischen den volumenbestimmenden Grenzen wird das zu dosierende Flüssigkeitsvolumen ausgestoßen. Bei Kolbenhubpipetten mit Luftpolster kann ein zusätzliches Luftpolster vorhanden sein, das zum Ausstoßen des letzten Flüssigkeitsvolumens verwendet werden kann.
Man unterscheidet generell zwischen manuellen (mechanischen) und automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten.
Die Volumeneinstellung (Kolbenstellung) bei manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten erfolgt meistens schrittweise im Mikroliterbereich oder Milliliterbereich über ein Zählwerk oder eine Mikrometerschraube. Die Anzeige erfolgt digital mechanisch.
Bei den automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten erfolgt die Volumeneinstellung (Kolbeneinstellung) über Tasten oder kleine Druckknöpfe, elektronisch gesteuert und kontrolliert. Tasten und Druckknöpfe befinden sich meist seitlich und/oder schräg oben auf einem entsprechenden Kontrollpanel. Die Anzeige erfolgt über ein elektronisches Display.
Bei den meisten manuellen (mechanischen) Pipetten wird die oben aufgeführte Auf- und Abbewegung des Kolbens durch manuell durchgeführte Hübe ausgeführt. Hierzu wird ein Druckknopf, der sich oben auf der Pipette befindet, durch Daumendruck nach unten geführt und/oder durch nachlassenden Daumendruck und einsetzender Federkraft wieder nach oben geführt. Eine präzise Dosierung setzt dabei eine gleichmäßige Daumendruckführung voraus. Bei einigen manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten wird die Pipettierung durch seitlichen Fingerdruck ausgeführt.
Bei automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten wird die aufgeführte Auf- und Abbewegung des Kolbens elektronisch geregelt und durch einen in die Kolbenhubpipette integrierten elektrischen Kleinstmotor oder Linear Actuator ausgeführt. Der Pipettiervorgang, die Aufnahme des Pipettiervolumens und die Abgabe des Pipettiervolumens, wird über eine entsprechende Auslösetaste oder einen Auslöseschieber initiiert, der sich meistens ebenfalls auf den Kontrollpanel oder separat an der Pipette befindet. Die entsprechenden Arbeitsschritte werden meistens auf dem Display angezeigt. So sind aus der US 2005/ 0 118 069 A1 und aus der EP 1 632 840 A1 bereits elektronische Kolbenhubpipetten bekannt, welche über einen Bedienknopf mit Dreh- und Druckfunktion verfügen: Dabei dient die Drehfunktion zur Einstellung von verschiedenen Funktionen und die Druckfunktion zur Bestätigung dieser Einstellungen sowie zum Wechsel zwischen den Menüs. Das Initiieren des eigentlichen Arbeitsschritts, nämlich das Ansaugen und Ausstoßen der zu pipettierenden Flüssigkeit, wird über separate Bedienknöpfe ausgelöst.
Die manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten haben folgende Vor-/Nachteile:
Hinreichend bekannt ist insbesondere der arbeitsmedizinische Nachteil von manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten. Um z. B. bei einer normalen Standard-Kolbenhubpipette die eigentliche Pipettierung mittels Daumendruck auszuführen, wird ein Auslösegewicht von ca. 800 bis 1200 Gramm benötigt. Bei einer Reihenpipettierung im Labor müssen mitunter bis zu 1000 Pipettierungen pro Tag durchgeführt werden. Das bedeutet, dass der Druckdaumen oder Druckfinger des Probanden mit ca. 0,8 bis 1,2 Tonnen Gewicht pro Tag belastet wird. Des Weiteren ist ein ungleichmäßiger Daumen- oder Fingerdruck ein ständiges Risiko für Präzision und Genauigkeit der Pipettierungen.
Der hauptsächliche Vorteil von manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipetten liegt in den wesentlich günstigeren Beschaffungspreisen (Kosten) und der einfachen Bedienbarkeit. Lediglich ein Funktionsknopf (Daumenknopf) ist notwendig zur Volumeneinstellung und zum Pipettieren. Des Weiteren ist das ergonomische und weit bekannte Design einer manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipette unverwechselbar und für den Benutzer vollkommen akzeptabel.
Die automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten haben folgende Vor-/Nachteile:
Das Auslösegewicht zur Pipettierung bei automatischen Kolbenhubpipetten ist mit ca. 50 Gramm wesentlich geringer und arbeitsmedizinisch kaum belastend. Die Kolbenführung wird elektronisch geregelt und ist damit wesentlich präziser und genauer. Mit elektronischen Kolbenhubpipetten kann wesentlich mehr als nur pipettiert werden. Es können andere Laboranwendungen wie Dispensieren, Titrieren, mehrfach Dispensieren, sequentiell Dispensieren oder Mischen softwaremäßig durchgeführt werden.
Wesentliche Nachteile von automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipetten sind der verhältnismäßig hohe Anschaffungspreis, teilweise bedingt durch konstruktionsmäßige Mängel bzw. aufwendige Schalt- und Steuerungspanels, mit kleinen Knöpfen und Tasten, die schwer und kompliziert bedienbar sind (manuelle Kolbenhubpipette nur 1 Bedienknopf). Des Weiteren ist das ergonomische und unverwechselbare Design von manuellen Kolbenhubpipetten nicht in den elektronischen Kolbenhubpipetten wiederzufinden.
Bei der Konstruktion und Entwicklung einer neuen automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipette war die Aufgabenstellung, eine Kolbenhubpipette zu entwickeln, die eine weiter verbesserte Ergonomie und eine bauliche Vereinfachung aufweist. Dabei sollen die Vorteile einer manuellen (mechanischen) Kolbenhubpipette mit den Vorteilen der automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipette vereint und die Nachteile der automatischen (elektronischen) Kolbenhubpipette minimiert werden. Wichtigster Punkt war dabei ein selbsterklärendes, der allseits bekannten manuellen Kolbenhubpipette möglichst nahe kommendes Bedienfeld zu schaffen, das dem Bediener das ergonomische günstige Arbeiten in einer ihm vertrauten Umgebung ermöglicht. Es wurde angestrebt, die Funktion des Bedienknopfes der manuellen Kolbenhubpipette möglichst genau nachzuahmen.
Dabei hat sich gezeigt, dass man ein Bedienelement aus der Handyproduktion bzw. der Unterhaltungselektronik in einer entsprechenden Modifizierung in einem völlig fremden Anwendungsgebiet der Pipettierung dafür sehr gut einsetzen kann. Dieser Dreh- und Druckknopf realisiert perfekt die Funktion des manuellen Knopfes. Darüber hinaus wird damit das Hilfsmittel Pipette in seiner elektronischen Ausführung der manuellen sehr ähnlich, was durch das Beibehalten der bisher mit der manuellen Pipette durchgeführten Arbeitsschritte zu großer Akzeptanz und fehlerfreier Benutzung dieser Pipette führt.
Diese erfindungsgemäße Steuerungseinrichtung (im folgenden Bedienknopf genannt) für elektronische Kolbenhubpipetten ist so beschaffen, dass es in Design und Ausführung in das Gesamtbild einer Kolbenhubpipette passt und dem Wiederkennungswert einer allgemeinen Kolbenhubpipette entspricht.
Die Pipette ist in den folgenden Zeichnungen schematisch dargestellt.
Es zeigen:
1 Gesamtansicht Pipette
Schematische Darstellung
2 Bedienknopf und Displaygehäuse
Seitenansicht
Draufsicht
3 Bedienknopf
Draufsicht
Seitenansicht
Seitenansicht transparent
4 Bedienknopf und Fingerfriffbereicht
5 Funktionsteil
6 Griffkappe und Funktionsteil
Die elektronische Kolbenhubpipette ist in 1 schematisch dargestellt.
Der Bedienknopf 1 ist aus thermoplastischem Kunststoff oder Metall, vorzugsweise aus Polypropylen, ABS oder POM hergestellt. Der gesamte Bedienknopf besteht aus einem Oberteil als eigentlichem Bedienteil zum Drehen und Drücken und einem Unterteil als zylindrische Verbindung und/oder Rastung zur Elektronik.
Eine schematische Darstellung des Bedienknopfs 1 und des Displaygehäuses 4 ist in 2 zu sehen. Detailliertere Darstellungen sind in den 3–6 vorgenommen worden.
Das Oberteil des Bedienknopfes 1 (siehe 3) ist rund oder mehrkantig geformt, vorzugsweise 6–9 kantig. Über das Oberteil kann zur Volumenunterscheidung eine andersfarbige Abdeckhülse gestreift und/oder verklemmt werden. Der Durchmesser des Oberteils beträgt 18 bis 22 mm, vorzugsweise 19 mm +/– 0,5 mm. Die Stärke (Dicke) des Oberteils beträgt 7–9 mm, vorzugsweise 8 mm +/– 0,5 mm.
Das Unterteil des Bedienknopfes 1 ist zylindrisch geformt mit einem Durchmesser von 8–14 mm, vorzugsweise 11 mm +/–0,5 mm. Die Länge des Unterteils von Unterkante Oberteil bis Unterkante Unterteil beträgt 10–25 mm, vorzugsweise 14 mm +/–0,5 mm) siehe 4 (Bedienknopf und Fingergriffbereich des Funktionsteiles).
Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung mit Bedienknopf 1 so beschaffen, dass

– durch eine Drehbewegung des Bedienknopfes Funktionsmenüs und – Untermenüs gewählt werden können,
– durch diese Drehbewegung des Bedienknopfes innerhalb dieser Funktionsmenüs, Einstellungen wie Volumen, Pipettiergeschwindigkeit, Kalibration usw. gewählt werden können,
– durch die Druckbewegung auf den Bedienknopf die jeweilige Auswahl bestätigt bzw. das Ansaugen und Ausstoßen gemäß vorgewählter Funktion in der programmierten Reihenfolge ausgelöst wird.

In der Pipette sind Display 2, Elektronik 3, Antriebsmotor 5 und Batterie (Akku) 6 integriert.
Die Pipette besitzt ein Funktionsteil (siehe 5), wobei das komplette Funktionsteil aus thermoplastischen Kunststoffen oder Metall hergestellt wurde, vorzugsweise aus Polypropylen, POM oder ABS,
wobei das Funktionsteil eine Gesamtlänge von 125 bis 150 mm, vorzugsweise 130 mm, aufweist,
wobei das Funktionsteil oben mit Gehäuse 4, Display 2 und Elektronikplatine 3 eine Breite von 38 bis 48 mm, vorzugsweise 42,5 mm aufweist und eine Länge von 55 bis 70 mm, vorzugsweise 58,3 mm aufweist und auf dem Gehäuse 4 auch der Bedienknopf 1 platziert ist, und
wobei dass das Funktionsteil ergonomisch so geformt ist, dass das Display 2 und die Elektronikplatine 3 im verlängerten Fingergriffbereich des Funktionsteiles untergebracht sind (Verklemmung und/oder Verschraubung) und das Display eine Breite zwischen 22 und 30 mm, vorzugsweise 24,2 mm, und eine Gesamthöhe zwischen 10 und 20 mm vorzugsweise 16,6 mm aufweist.
Der untere Teil des Fingergriffbereiches ist so geformt, dass der Zeigefinger des Bedieners bequem und sicher in die Fingermulde passt und zu einer optimalen Platzierung des Funktionsteiles in der Bedienerhand führt und der Fingergriff mit einem Radius R 10 bis R 15, vorzugsweise R 12 ausgestattet ist, und
der Pipettenspitzenejektorknopf oben hinten im Fingergriffbereich des Funktionsteiles platziert ist und daher optimal mit dem Daumen des Bedieners betätigt werden kann.
Der elektronisch kontrollierte Schrittmotor 5 (Linear Actuator) ist im unteren zylindrischen oder mehrkantigen Teil, 4 Kanten oder 9 Kanten, vorzugsweise rund oder 6 Kanten, des Funktionsteiles durch Verklemmung und/oder Verschraubung befestigt. Mit dem Schrittmotor wird der notwendige Kolbenhub der Pipette nach unten oder oben ausgeführt.
Die Batterie bzw. der Akku 6 des kleinen Elektromotors 5 (Linear Actuators) ist ebenfalls im unteren zylindrischen oder mehrkantigen Teil des Funktionsteiles platziert. Dabei wurde der vordere Teil des unteren zylindrischen oder mehrkantigen Teils des Funktionsteiles so geformt, dass eine leichte bis mäßige Wölbung durch eine abnehmbare Griffkappe entsteht, unter der eine handelsmäßig erhältliche, kleine runde oder vierkantige Batterie, vorzugsweise rund, platzsparend platziert wird. Dieses Batterie- und/oder Akkufach hat eine Länge zwischen 53 und 60 mm, vorzugsweise 54,58 mm und wird von der Griffkappe abgedeckt.
Die Griffkappe weist eine Gesamtfänge von 90 bis 120 mm, vorzugsweise 97 mm, auf und einen äußeren Wölbungsradius zwischen R 100 und R 110 und einen inneren Wölbungsradius zwischen R 85 und R 90 mm, vorzugsweise R 87,64 mm (6).
Die Griffkappe ist mit Belüftungsrinnen zur optimalen Handhabung ausgerüstet. Die Belüftungsrinnen können sowohl quer als auch längs angeordnet sein. Die in die Griffkappe integrierten Belüftungsrinnen haben einen Radius von R 1,5 bis R 1,9 mm, vorzugsweise R 1,75 mm.
Neben der Batterieplatzierung dient die leichte bis mäßige Wölbung der Griffkappe zur ergonomischen Gestaltung des unteren zylindrischen oder mehrkantigen Unterteils des Funktionsteiles, damit der Handinnenbereich des Bedieners optimal das Funktionsteil umfassen kann. Zur Montage, zum Batteriewechsel etc. ist die Griffkappe abnehmbar und/oder wechselbar (6).
Damit das separate Kolbenhubsystem mit Kolben, Pipettenspitzenaufnahmekonus, Ejektorhülse und Ejektorgestänge einfach und leicht in das Funktionsteil eingesetzt oder eingeschraubt werden kann, ist der Kupplungs- oder Befestigungsbereich unten im Funktionsteil zwischen 35 und 40 mm lang, vorzugsweise 37,4 mm. Das Funktionsteil hat unten einen Durchmesser zwischen 30 und 40 mm, vorzugsweise 32,8 mm (5).
Bezugszeichenliste

1: Druck- und Drehknopf Bedienknopf
2: Display
3: Steuerplatine
4: Platinen/Displaygehäuse
5: Antriebsmotor
6: Akku
7: Antriebswelle/Getriebe
8: Kolbenkupplung
9: Pipettengehäuse
10: Kolbenstange
11: Dichtfläche Kolben
12: Pipettenkonus
13: Pipettenspitze
14: Schalter

Claims

Elektronische Kolbenhubpipette, bestehend aus einem Pipettenkonus (12), in welchem ein beweglicher Kolben (11), der über eine Kolbenstange (10) mit einem Getriebe (7) für seine Auf- und Abwärtsbewegung starr verbunden ist, wobei das Getriebe von einem Antriebsmotor (5) angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerungseinrichtung vorhanden ist, die als Bedienknopf (1) mit Druck- und Drehfunktion ausgebildet ist und ein Oberteil als eigentliches Bedienteil zum Drehen und Drücken und ein Unterteil als zylindrische Verbindung zu einer elektronischen Steuerplatine (3) aufweist, wobei in einem Displaygehäuse (4) im oberen Teil der Pipette Steuerplatine (3) und Display (2), und in einem Pipettengehäuse (9) im unteren Teil der Pipette Antriebsmotor (5) und Batterie oder Akku (6) integriert sind, wobei durch die Drehbewegung des Bedienknopfes (1) Funktionsmenüs und Untermenüs wählbar sind, wobei durch die Druckbewegung auf den Bedienknopf (1) die jeweilige Auswahl bestätigbar ist und wobei durch die Druckbewegung das Ansaugen und Ausstoßen des Pipettiervolumens gemäß einer vorgewählten Funktion auslösbar ist und wobei es sich ferner bei dem Antriebsmotor (5) um einen elektronisch kontrollierten Schrittmotor handelt.
Elektronische Kolbenhubpipette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedienknopf (1) aus Kunststoff, vorzugsweise aus Polypropylen, ABS oder POM, oder aus Metall besteht.
Elektronische Kolbenhubpipette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil des Bedienknopfes (1) rund oder mehrkantig geformt ist, vorzugsweise 6–9 kantig.
Elektronische Kolbenhubpipette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oberteil des Bedienknopfes (1) einen Durchmesser von 18–22 mm, vorzugsweise 19 mm hat und die Stärke (Dicke) 7–9 mm, vorzugsweise 8 mm beträgt.
Elektronische Kolbenhubpipette nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Unterteil des Bedienknopfes (1) zylindrisch geformt ist und einen Durchmesser von 10–25 mm, vorzugsweise 11 mm aufweist.