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Die Erfindung bezieht sich auf eine Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten mit Mitteln zum Halten einer Pipettenspitze oder Spritze und Mitteln zum Lösen der Pipettenspitze oder Spritze und mit einem elektrischen Antriebsmotor zum Bewegen eines Verdrängungsorgans einer Verdrängungseinrichtung zum Ansaugen oder Ausstoßen von Luft in oder aus einer Pipettenspitze oder zum Bewegen von einem mit einem Spritzenkolben der Spritze kuppelbaren Kupplungsmittel. Hierbei werden die Mittel zum Lösen der Pipettenspitze oder Spritze separat betätigt, ohne dass das Verdrängungsorgans oder der Spritzenkolben und das mit ihm gekuppelte Kupplungsmittel bewegt werden. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten mittels einer derartigen Dosiervorrichtung.
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Dosiervorrichtungen werden vor allem im Labor zur Dosierung von Flüssigkeiten verwendet. Die zu dosierenden Flüssigkeitsmengen sind insbesondere im Bereich von 100 nl bis einigen 100 ml angesiedelt. Dosiervorrichtungen, mit denen Flüssigkeit in einem einzigen Schritt aufgenommen und in einem einzigen Schritt abgegeben wird, werden als Pipetten bezeichnet. Dosiervorrichtungen, mit denen Flüssigkeit in einem einzigen oder mehreren Schritten aufgenommen und in mehreren Schritten abgegeben wird, bezeichnet man als Dispenser.
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Die Flüssigkeiten werden in Pipettenspitzen oder Spritzen aufgenommen und daraus abgegeben. Pipettenspitzen sind kleine Röhrchen mit einer Öffnung am unteren Ende und einer Öffnung am oberen Ende. Die untere Öffnung ist meist kleiner als die obere Öffnung. Spritzen haben einen Spritzenzylinder und einen in dem Spritzenzylinder durch Verschiebung in Richtung der Zylinderachse beweglich angeordneten Spritzenkolben. Ferner hat der Spritzenzylinder im Spritzenboden eine Spritzenöffnung, die oftmals in einem kleinen Röhrchen angeordnet ist, das vom Spritzenboden vorsteht.
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Die Pipettenspitze wird beim Dosieren an der Dosiervorrichtung gehalten, so dass die obere Öffnung in kommunizierender Verbindung mit einer Verdrängungseinrichtung der Dosiervorrichtung steht. Die Verdrängungseinrichtung ist meistens ein Zylinder mit einem darin verschiebbaren Kolben. Durch Bewegen des Kolbens wird ein Luftpolster verschoben, so dass Flüssigkeit durch die untere Öffnung in die Pipettenspitze eingesogen oder aus dieser ausgestoßen wird.
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Die Spritze wird an der Dosiervorrichtung gehalten, so dass der Spritzenzylinder bezüglich der Dosiervorrichtung unbeweglich und der Spritzenkolben mit dem Kupplungsmittel der Dosiervorrichtung mechanisch gekuppelt ist. Durch Verlagern des Kupplungsmittels kann der Spritzenkolben im Spritzenzylinder verschoben werden, um Flüssigkeit in den Spritzenzylinder einzusaugen und aus diesem auszustoßen.
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Zum Bewegen des Verdrängungsorgans oder des Kupplungsmittels weisen bekannte Dosiervorrichtungen eine manuell angetriebene Antriebsmechanik oder einen elektrischen Antriebsmotor auf. Eine Dosiervorrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor wird mittels elektrischer Steuerungsmittel gesteuert und hat eine mit den elektrischen Steuerungsmitteln und dem elektrischen Antriebsmotor verbundene elektrische Spannungsversorgung (z. B. Akku, Batterie oder Netzteil). Die elektrischen Steuerungsmittel sind zudem mit Eingabemittel elektrisch verbunden. Mittels der Eingabemittel können Dosierschritte (z. B. Aufnahme und Abgabe von Flüssigkeit) gesteuert und/oder die -Mengen aufzunehmender und abzugebender Flüssigkeiten gewählt und/oder Betriebsarten (z. B. Pipettieren oder Dispensieren) gewählt werden. Die Eingabemittel können insbesondere elektrische Taster oder Schalter sein. Ferner verfügen Dosiervorrichtungen mit einem elektrischen Antriebsmotor vielfach über eine Anzeigeeinrichtung (z. B. ein LCD-Display) zum Ausgeben von Informationen über den Betriebszustand der Dosiervorrichtung und/oder den Fortschritt einer Dosierprozedur und/oder gewählte Dosiermengen und/oder eine gewählte Betriebsart.
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Die Mittel zum Halten der Pipettenspitze sind meistens als Klemmsitz (z. B. Aufsteckansatz oder Sackbohrung) geführt. Eine Durchgangsöffnung in der Stirnseite des Aufsteckansatzes bzw. im Boden der Sackbohrung ist kommunizierend mit der Verdrängungskammer der Verdrängungseinrichtung verbunden.
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Die Mittel zum Halten der Spritze sind beispielsweise Zylindergreifhebel, die einer Zylinderaufnahme in einem Gehäuse der Dosiervorrichtung zugeordnet sind, um einen Flansch am Spritzenzylinder in der Zylinderaufnahme festzuhalten. Ferner können die Mittel zum Halten Kolbengreifhebel in einer Kupplungsglocke umfassen, in die ein mit einem Radialvorsprung versehenes Ende des Spritzenkolbens oder einer Spritzenkolbenstange einsetzbar ist, um diesen mit der Kupplungsglocke zu kuppeln.
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Pipettenspitzen und Spritzen werden lösbar mit der Dosiervorrichtung verbunden, damit sie nach Gebrauch gegen frische Pipettenspitzen oder Spritzen ausgetauscht werden können. Hierdurch können bei nachfolgenden Dosierungen Kontaminationen vermieden werden. Pipettenspitzen oder Spritzen für den einmaligen Gebrauch sind kostengünstig aus Kunststoff verfügbar.
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Die Mittel zum Lösen einer Pipettenspitze umfassen vielfach einen Abwerfschieber, der ein Ende aufweist, das dem Aufsteckansatz oder der Sackbohrung zugeordnet ist. Das andere Ende des Abwurfschiebers weist einen Betätigungsknopf auf. Durch Verlagern des Abwerfschiebers kann eine Pipettenspitze vom Aufsteckansatz abgedrückt oder aus der Sackbohrung herausgedrückt werden.
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Hierbei ist das Mittel zum Lösen der Pipettenspitze oder Spritze vorzugsweise außen seitlich am Grundkörper angeordnet und steht nicht in Verbindung mit dem Verdrängungsorgan der Verdrängungseinrichtung, meistens dem Zylinder, oder dem beweglichen Kupplungsmittel der Dosiervorrichtung, wenn Spritzen verwendet werden.
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Zum Lösen der Spritze können die Greifhebel nach außen schwenkbar sein. Hierfür können die Zylindergreifhebel mit von außen manuell betätigbaren Betätigungsenden versehen sein und an den Innenseite Kontaktstellen aufweisen, die mit Betätigungsenden der Kolbengreifhebel zusammenwirken, so dass bei Betätigung der Zylindergreifhebel die Kolbengreifhebel betätigt werden, wenn der Spritzenzylinder vollständig in den Spritzenkolben eingeschoben ist. Die Mittel zum Lösen einer Spritze können auch eine Mechanik aufweisen, die mittels eines einzigen Betätigungsknopfes betätigbar ist und auf die Zylindergreifhebel und die Kolbengreifhebel wirkt. Insbesondere können die Mittel zum Lösen der Spritze unabhängig von der Position des Spritzenkolbens im Spritzenzylinder ein Lösen der Spritze von der Dosiervorrichtung bewirken.
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Bei der Dosiervorrichtung mit elektrischem Antriebsmotor hat das Lösen einer Pipettenspitze keinerlei Auswirkungen auf die Positionierung des Kolbens im Zylinder der Verdrängungseinrichtung. Erfolgt der Abwurf der Pipettenspitze zum Beispiel wenn sich der Kolben nach dem Ansaughub in einer oberen Position befindet, muss durch zusätzliche Betätigungsschritte der Kolben in eine Grundposition verlagert werden, von der aus ein neuer vollständiger Dosiervorgang begonnen werden kann. Wird eine Dosiervorrichtung mit einem elektrischen Antriebsmotor nach dem Lösen der Pipettenspitze mit dem Kolben in seiner oberen Position abgelegt und anschließend von einer weiteren Person benutzt, kann es Schwierigkeiten geben, wenn diese Person nicht erkennt, dass der Kolben für die Dosierung erst in eine untere Stellung gebracht werden muss, um Flüssigkeit mit der Dosiervorrichtung aufzunehmen.
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Allgemein ist es für den Benutzer einer Dosiervorrichtung mit steuerbaren, insbesondere elektrischen Antrieb nicht klar, in welcher Position sich das Betätigungsorgan oder das Kupplungsmittel befindet, wenn er die Pipettenspitze oder Spritze der Dosiervorrichtung abgeworfen hat.
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Bei einer Dosiervorrichtung gibt es auch die Situation, in der der Benutzer eine Pipettenspitze oder Spritze abwerfen möchte, obwohl sich eine aufgenommene Flüssigkeit oder mit der Flüssigkeit aufgenommene Teilchen wie magnetische Beads sich mindestens teilweise noch in der Pipettenspitze oder Spritze befinden. In diesem Fall wird das Verdrängungsorgan bzw. das Kupplungsmittel nicht bis nach unten bewegt und trotzdem die Pipettenspitze bzw. Spritze mit dem von der Verdrängungsvorrichtung oder dem Kupplungsmittel separaten Mittel zum Lösen der Pipettenspitze bzw. Spritze abgeworfen. Da in dieser Situation nach dem Abwurf für den nächsten Nutzer der Dosiervorrichtung, insbesondere wenn es ein anderer ist als der, der die Dosiervorrichtung vorher benutzt hat, die Position des Verdrängungsorgans bzw. des Kupplungsmittels nicht bekannt ist, weiss er nach Aufsetzen einer neuen Pipettenspitze oder Einsetzen einer Spritze nicht, ob er das Verdrängungsorgan oder das Kupplungsmittel erst nach unten bewegen muß, um Flüssigkeit mit der Dosiervorrichtung aufzunehmen oder ob sich das Verdrängungsorgan oder das Kupplungsmittel bereits unten befinden.
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Entsprechende Probleme können auftreten, wenn bei einer Dosiervorrichtung mit elektrischem Antriebsmotor eine Spritze gelöst wird, bevor der Spritzenkolben und damit das Kupplungsmittel in seine untere Stellung gebracht worden ist.
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Die
US 6 968 749 B2 offenbart eine tragbare automatische Pipette mit einer Abwurfeinrichtung für Pipettenspitzen. Ein Sensor detektiert, ob eine Pipettenspitze entfernt worden ist. Wenn der Sensor das Entfernen einer Pipettenspitze erfasst, steuert ein Mikroprozessor die Ausgabe eines Alarms, um den Anwender darauf aufmerksam zu machen, dass eine Fehlbedienung erfolgt ist. Für einen neuen Dosiervorgang muss der Anwender die Pipette neu auf den Ausgangszustand einstellen.
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Die nachfolgend angesprochenen Lösungen aus den nachfolgenden Dokumenten können auch bei der erfindungsgemäßen Dosiervorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Anwendung kommen. Die diesbezügliche Beschreibung ist durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
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Aus der
US 5 187 990 ist eine Dosiervorrichtung für Pipettenspitzen mit einem elektrischen Antrieb und einer Abwerfeinrichtung für Pipettenspitzen bekannt. Aus dieser Druckschrift sind auch elektrische Steuerungsmittel zum Steuern der Verlagerung des Kolbens der Verdrängungseinrichtung und ein Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten bekannt, bei der der Kolben in spezieller Weise verlagert wird,.
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Die
US 6 778 917 B1 ,
US 2007/0276546 A1 und
US 2008/0011042 A1 offenbaren Vorrichtungen mit elektrischen Steuerungsmitteln, Eingabemitteln sowie Anzeigeeinrichtungen. Aus diesen Dokumenten sind auch spezielle Steuerungs- sowie Eingabe- und Anzeigeverfahren bekannt.
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Die
US 7 434 448 B2 beschreibt eine Dosiervorrichtung mit einer Abwerfeinrichtung für Pipettenspitzen. Aus diesem Dokument ist zudem bekannt, dass das Gehäuse der Pipette ein Gehäuseoberteil mit einer Antriebsmechanik und ein damit lösbar verbindbares Gehäuseunterteil mit einer Verdrängungseinrichtung aufweist. Ein Teller an einer Kolbenstange des Kolbens wird unter Federvorspannung gegen das Ende einer Antriebsstange der Antriebsmechanik gepresst.
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Aus der
US 2008/0006100 A1 ist eine Dosiervorrichtung mit einem Gehäuseoberteil und einem Gehäuseunterteil und einer Kopplung zwischen dem Kolben und der Antriebsmechanik bekannt, die ein elastisches Element umfasst.
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Die
US 5 620 660 beschreibt eine Dosiervorrichtung mit Zylindergreifhebeln und Kolbengreifhebeln zum lösbaren Halten von Spritzen.
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Die
US 2005/0124059 A1 und
DE 10 2004 025 588 A1 beschreiben Dosiervorrichtungen mit einem Sensor, welcher die Gegenwart einer Pipettenspitze detektiert. Die
EP 0 801 309 A2 ,
DE 102 57 414 A1 und
DE 29 824 951 U1 beschreiben Dosiervorrichtungen mit einem Sensor, um eine verbundene Spritze zu detektieren. Einen Hinweis, das Sensorsignal mit einer Bewegung des Kolbens oder der Kupplung mit einem Spritzenkolben in eine bestimmte Position zu verknüpfen, liefert der Stand der Technik jedoch nicht.
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten und ein Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten zur Verfügung zu stellen, die bzw. das nach dem Lösen einer Pipettenspitze oder Spritze die Durchführung einer weiteren Dosierung erleichtert.
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Die Aufgabe wird durch eine Dosiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 und durch eine Dosiervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Dosiervorrichtungen sind in Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß Anspruch 1 hat die Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten
- – einen Grundkörper,
- – am Grundkörper angeordnete Mittel zum Halten mindestens einer Pipettenspitze mit ihrer oberen Öffnung in abdichtender Verbindung mit einer Durchgangsöffnung am Grundkörper und eine im Grundkörper angeordneten Verdrängungseinrichtung mit einer Verdrängungskammer, einem darin beweglich angeordneten Verdrängungsorgan und einer kommunizierenden Verbindung mit der Durchgangsöffnung,
- – am Grundkörper angeordnete Mittel zum Lösen der Pipettenspitze von den Mitteln zum Halten mit einem manuell betätigbaren Betätigungsorgan zum Betätigen der Mittel zum Lösen, ohne dass dabei das Verdrängungsorgan bewegt wird,
- – einen am Grundkörper angeordneten Sensor zum Erfassen einer Betätigung der Mittel zum Lösen oder des erfolgten Lösens der Pipettenspitze,
- – einen ansteuerbaren Antrieb, der mit dem Verdrängungsorgan wirkverbunden ist,
- – Eingabemittel zum Steuern des ansteuerbaren Antriebs,
- – elektrische Steuerungsmittel, die mit dem ansteuerbaren Antrieb, den Eingabemitteln und dem Sensor elektrisch verbunden sind und die so beschaffen sind, dass der ansteuerbare Antrieb, wenn der Sensor eine Betätigung der Mittel zum Lösen oder das erfolgte Lösen der Pipettenspitze erfasst, das Verdrängungsorgan in eine Grundposition verlagert.
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Gemäß Anspruch 2 hat die Dosiervorrichtung für Flüssigkeiten
- – einen Grundkörper,
- – am Grundkörper angeordnete Mittel zum Halten mindestens einer Spritze mit einem Spritzenzylinder in lagefester Beziehung zum Grundkörper und mit einem Kupplungsmittel im Grundkörper, das mit einem im Spritzenzylinder verschiebbaren Spritzenkolben mechanisch kuppelbar ist,
- – am Grundkörper angeordnete Mittel zum Lösen der Spritze von den Mitteln zum Halten mit einem manuell betätigbaren Betätigungsorgan zum Betätigen der Mittel zum Lösen, ohne dass dabei das Kupplungsmittel bewegt wird,
- – einen am Grundkörper angeordneten Sensor zum Erfassen einer Betätigung der Mittel zum Lösen oder des erfolgten Lösens der Spritze,
- – einen ansteuerbaren Antrieb, der mit dem Kupplungsmittel wirkverbunden ist,
- – Eingabemittel zum Steuern des ansteuerbaren Antriebs,
- – elektrische Steuerungsmittel, die mit dem ansteuerbaren Antrieb, den Eingabemitteln und dem Sensor elektrisch verbunden sind und die so beschaffen sind, dass der ansteuerbare Antrieb, wenn der Sensor eine Betätigung der Mittel zum Lösen oder das erfolgte Lösen der Spritze erfasst, das Kupplungsmittel in eine Grundposition verlagert.
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Bevorzugt erfolgt von der Grundposition aus eine Verlagerung des Verdrängungsorgans oder des Kupplungsmittels zur Aufnahme von Flüssigkeit in eine Pipettenspitze oder Spritze.
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Bei dem ansteuerbaren Antrieb handelt es sich vorzugsweise um einen elektrischen Antrieb, insbesondere einen elektrischen Antriebsmotor.
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Die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung hat einen Grundkörper, der eine tragende Struktur für weitere Bauteile der Dosiervorrichtung ist. Der Grundkörper ist beispielsweise ein Gehäuse. An dem Grundkörper sind Mittel zum Halten mindestens einer Pipettenspitze oder Spritze vorhanden. Die Dosiervorrichtung kann demzufolge als Einkanal- oder als Mehrkanal-Dosiervorrichtung ausgebildet sein. Die Mittel zum Halten mindestens einer Pipettenspitze können ein Aufsteckansatz oder eine Sackbohrung sein. Die Mittel zum Halten mindestens einer Spritze können Zylindergreifhebel und Kolbengreifhebel umfassen.
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Die Mittel zum Halten mindestens einer Pipettenspitze sind in Kombination mit einer Verdrängungseinrichtung mit einer Verdrängungskammer und einem Verdrängungsorgan vorhanden. Die Mittel zum Halten mindestens einer Spritze umfassen ein Kupplungsmittel, das mechanisch mit dem Spritzenkolben kuppelbar ist. Das Kupplungsmittel kann insbesondere eine Kupplungsglocke mit Kolbengreifhebeln sein.
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Ferner sind Mittel zum Lösen der Pipettenspitze oder Spritze vorhanden. Diese sind separat von der Verdrängungseinrichtung und dem Kupplungsmittel. Die Mittel zum Lösen einer Pipettenspitze sind bevorzugt als Abwerfschieber ausgebildet der so beschaffen und angeordnet ist, dass er eine Pipettenspitze von einem Klemmsitz abdrückt, wenn das mit dem Abwerfschieber verbundene Betätigungsorgan betätigt wird. Die Mittel zum Lösen einer Spritze weisen beispielsweise eine Mechanik auf, die mit Zylindergreifhebeln und Kolbengreifhebeln in Wirkverbindung steht.
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Die Betätigung der Mittel zum Lösen wird von einem Sensor erfasst, der am Grundkörper angeordnet ist. Elektrische Steuerungsmittel steuern den ansteuerbaren Antrieb so, dass das Verdrängungsorgan oder das Kupplungsmittel in eine Grundposition verlagert wird, wenn der Sensor eine Betätigung der Mittel zum Lösen erfasst. Die Grundposition kann dabei beliebig auf dem Weg gewählt werden, auf dem das Verdrängungsorgan oder das Kupplungsmittel in der Dosiervorrichtung bewegt werden kann. Die Grundposition ist bevorzugt diejenige Position, von der aus stets eine Verlagerung des Verdrängungsorgans oder der Kupplungsmittel nach oben erfolgt, wenn die Aufnahme von Flüssigkeit in eine frische Pipettenspitze oder Spritze beabsichtigt ist. Der Sensor erfasst, dass die Mittel zum Lösen betätigt worden sind. Dadurch wird indirekt erkannt, dass keine Pipettenspitze oder Spritze mehr an der Dosiervorrichtung gehalten ist. Das Signal des Sensors wird von den Steuerungsmitteln genutzt, um das Verdrängungsorgan oder das Kupplungsmittel in die Grundstellung zu fahren. Infolgedessen ist die Dosiervorrichtung bei dieser bevorzugten Ausführungsform sofort nach dem Lösen der Pipettenspitze oder Spritze wieder bereit, Flüssigkeit in eine neue Pipettenspitze oder Spritze aufzunehmen.
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Die Grundposition kann aber auch z. B. oben sein, so dass vor jedem Aufnehmen einer Flüssigkeit das Verdrängungsorgan oder das Kupplungsmittel erst nach unten gefahren werden muss. Dies kann entweder automatisch erfolgen, wenn der Nutzer mittels der Eingabemittel einen Befehl an die Dosiervorrichtung gibt, Flüssigkeit aufzunehmen. Andererseits kann der Nutzer aber auch vor dem Aufnehmen einer Flüssigkeit per Eingabemittel einen Befehl an die Dosiervorrichtung geben müssen, das Verdrängungsmittel oder das Kupplungsmittel nach unten zu fahren.
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Hierdurch wird für den Anwender die Bedienung der Dosiervorrichtung erleichtert. Der Anwender wird insbesondere vor einer fehlerhaften Befüllung der Pipettenspitze oder Spritze und anderen Fehlern geschützt.
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Alternativ kann der am Grundkörper angeordnete Sensor auch das erfolgte Lösen einer Pipettenspitze oder Spritze erfassen, z. B. in dem er feststellt, dass die abgedichtete Verbindung zwischen Pipettenspitze und dem am Grundkörper zum Halten angeordneten Mittel nicht mehr besteht.
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Der Sensor kann beispielsweise ein Schalter sein, der durch die Mittel zum Lösen betätigt wird, wenn das Betätigungsorgan bestätigt wird. Insbesondere kann es sich hierbei um einen Schalter handeln, der im Verlagerungsbereich des Betätigungsorganes angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Sensor ein Reedkontakt, der durch Verlagerung eines an den Mitteln zum Lösen angeordneten Magnetes betätigbar ist. Der Magnet ist bevorzugt ein Permanentmagnet. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Magnet an dem Betätigungsorgan angeordnet. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Reedkontakt auf einer Platine im Grundkörper angeordnet. Die Platine kann insbesondere eine Platine sein, die die elektrischen Steuerungsmittel oder einen Teil davon umfasst.
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Generell kann auch als Sensor jeder andere Sensor benutzt werden, der die Bewegung des Betätigungsorgans oder des Mittels zum Lösen der Pipettenspitze oder Spritze erfasst. Hierbei wird vom Sensor die Betätigung des Mittels zum Lösen in einer Position des Betätigungsorgans oder Mittels zum Lösen festgestellt, in der sichergestellt ist, dass die Pipettenspitze oder Spritze abgeworfen wurde.
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Gemäß einer Ausgestaltung spricht der Sensor auf eine Betätigung der Mittel zum Lösen an, wenn der Verlagerungsweg des Betätigungsorganes zumindest dem Verlagerungsweg des Betätigungsorganes entspricht, der zum Lösen der Pipettenspitze oder Spritze von den Mitteln zum Halten zurückgelegt werden muss. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung beträgt der Verlagerungsweg zum Betätigen des Sensors 3,6 bis 4,5 mm, bevorzugt 4 mm, und der Verlagerungsweg zum Lösen der Pipettenspitze oder Spritze 2,5 bis 3,5 mm, bevorzugt 3,1 mm.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung weisen die Mittel zum Halten mindestens einen Klemmsitz für eine Pipettenspitze und die Mittel zum Lösen einen bezüglich des Klemmsitzes verlagerbaren Abwerfschiebers mit einem Ende zum Abdrücken einer Pipettenspitze vom Klemmsitz und dem Betätigungsorgan am anderen Ende auf.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist die Verdrängungskammer ein Zylinder und das Verdrängungsorgan ein verschieblich innerhalb des Zylinders angeordneter Kolben.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind die Steuerungsmittel so beschaffen, dass sie, wenn der Sensor eine Betätigung der Mittel zum Lösen erfasst, das Verdrängungsorgan in eine Heimatposition verlagern, von der aus das Ausmaß einer weiteren Verlagerung des Verdrängungsorganes ermittelt wird, und das Verdrängungsorgan nach dem Erreichen der Heimatposition in die Grundposition verlagern. Die Heimatposition (auch „home position” genannt) dient dazu, die Dosiervorrichtung auf eine definierte Ausgangsstellung einzustellen. Von der Heimatposition aus werden die Verlagerungen des Verdrängungsorganes ermittelt. Hierdurch wird erreicht, dass das Ausmaß der Verlagerung des Verdrängungsorganes und damit die Dosiergenauigkeit sehr genau gesteuert werden kann. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn der elektrische Antriebsmotor ein Gleichstrommotor ist, dessen Umdrehung mittels eines Drehwinkelgebers ermittelt werden. Die Erfahrung hat gezeigt, dass hierbei einzelne Zählimpulse verloren gehen können, wodurch die Genauigkeit der Verlagerung des Verdrängungsorganes im Laufe der Zeit beeinträchtigt wird. Durch Positionierung des Verdrängungsorganes in eine Heimatposition wird die Dosiervorrichtung in eine definierte Ausgangslage gebracht, die Ausgangspunkt für die weitere Verlagerung des Verdrängungsorganes ist. Zwischenzeitlich eingetretene Zählfehler werden hierdurch eliminiert. Diese Ausgestaltung kann auch bei anderen Ausführungen des elektrischen Antriebsmotors sinnvoll sein, beispielsweise bei einer Ausführung als Schrittmotor.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Steuerungsmittel so beschaffen, dass sie beim Einschalten der Dosiervorrichtung eine Bewegung des Verdrängungsorganes in die Heimatposition und danach in die Grundposition steuern. Hierdurch wird bei jedem Einschalten der Dosiervorrichtung sichergestellt, dass die Verlagerung des Verdrängungsorganes von einer definierten Ausgangsposition aus erfolgt.
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Alternativ kann auch die Heimatposition bereits die Grundposition sein, in die das Verdrängungsorgan oder das Kupplungsmittel verlagert werden.
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Die Heimatposition kann beispielsweise dadurch verwirklicht werden, dass das Verdrängungsorgan oder eine damit verbundene Antriebsmechanik auf einen Anschlag trifft. Dies kann zu Blockaden im Antriebssystem, zu erhöhtem Stromverbrauch und zu Materialbeschädigungen führen. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung erfasst ein im Grundkörper angeordneter weiterer Sensor, der mit den Steuerungsmitteln elektrisch verbunden ist, das Erreichen der Heimatposition durch das Verdrängungsorgan. Die vorbeschriebenen Nachteile einer durch einen Anschlag definierten Heimatposition werden hierdurch überwunden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der weitere Sensor ein Hallsensor, der von einem mit dem Verdrängungsorgan verbundenen weiteren Magneten betätigt wird, wenn das Verdrängungsorgan die Heimatposition erreicht. Der weitere Magnet kann auch mittelbar mit dem Verdrängungsorgan verbunden sein, z. B. indem er an einer Antriebsmechanik fixiert ist, die das Verdrängungsorgan antreibt.
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Gemäß einer Ausgestaltung ist die Heimatposition 1 bis 8 mm von der Grundposition entfernt, bevorzugt 4 mm.
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Gemäß einer Ausgestaltung sind die Steuerungsmittel so beschaffen, dass sie ausgehend von der Grundposition einen Ansaughub des Verdrängungsorgans, danach mindestens einen Ausblashub bis zum Erreichen der Grundposition durch das Verdrängungsorgan und danach einen Überblashub bis zum Erreichen einer Überblasposition steuert. Die Überblasposition dient dazu, restliche Flüssigkeitsmengen aus der Pipettenspitze zu entfernen. Die Überblasposition ist bevorzugt zwischen Grundposition und der Heimatposition angeordnet. Beispielsweise hat sie einen Abstand von 1,0 bis 3,9 mm von der Grundposition, insbesondere 3 mm. Dadurch, dass die Überblasposition einen Abstand von der Heimatposition aufweist, kann das Verdrängungsorgan sehr schnell in die Überblasposition verlagert werden, um Flüssigkeit aus der Pipettenspitze auszublasen. Ferner kann das Verdrängungsorgan sehr langsam und damit genau in die Heimatposition verlagert werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass Überblasposition und Heimatposition zusammenfallen.
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Bei der Dosiervorrichtung, die Mittel zum Halten mindestens einer Spritze aufweist, ist eine definierte Ausgangslage dadurch gegeben, dass der Spritzenkolben auf den Boden des Spritzenzylinders auftrifft. Dieses Auftreffen ist auch erwünscht, damit ein Luftpolster zwischen Spritzenkolben und Flüssigkeit vermieden wird. Infolgedessen ist es bei dieser Art der Dosiervorrichtung entbehrlich, das Kupplungsmittel und damit den Spritzenkolben in eine Heimatposition zu verlagern. Bei dieser Art der Dosiervorrichtung erfolgen somit vorzugsweise die Dosiervorgänge ausgehend von einer Grundposition, in der der Spritzenkolben auf dem Boden des Spritzenzylinders aufsitzt.
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Die Dosiervorrichtung ist bevorzugt eine handhabbare Dosiervorrichtung. Bevorzugt ist bei der handhabbaren Dosiervorrichtung das Gehäuse als Handgriff ausgebildet. Die Dosiervorrichtung kann aber auch als stationäre Dosiervorrichtung ausgebildet sein. Auch ist es möglich, die Dosiervorrichtung so auszuführen, dass sie als handhabbare Dosiervorrichtung und als stationäre Dosiervorrichtung nutzbar ist.
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Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 13 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Verfahren sind in Unteransprüchen angegeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten mittels einer Dosiervorrichtung mit Mitteln zum Halten mindestens einer Pipettenspitze und einer Verdrängungseinrichtung mit einer Verdrängungskammer und einem darin beweglich angeordneten Verdrängungsorgan sowie einem mit dem Verdrängungsorgan wirkverbundenen ansteuerbaren Antrieb sowie Mitteln zum Lösen der Pipettenspitze von den Mitteln zum Halten gemäß Anspruch 13 wird
- – eine Betätigung der Mittel zum Lösen oder das erfolgte Lösen der Pipettenspitze erfasst und
- – nach einer Betätigung der Mittel zum Lösen das Verdrängungsorgan in eine Grundposition verlagert.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Dosieren von Flüssigkeiten mittels einer Dosiervorrichtung mit Mitteln zum Halten einer Spritze mit einem Spritzenzylinder und einem darin verschiebbaren Spritzenkolben und einem mit dem Spritzenkolben kuppelbaren Kupplungsmittel sowie einem mit dem Kupplungsmittel wirkverbundenen ansteuerbaren Antrieb sowie Mitteln zum Lösen der Pipettenspitze oder Spritze von den Mitteln zum Halten gemäß Anspruch 14 wird
- – eine Betätigung der Mittel zum Lösen oder das erfolgte Lösen der Spritze erfasst und
- – nach einer Betätigung der Mittel zum Lösen das Kupplungsmittel in eine Grundposition verlagert.
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Bevorzugt wird dann von der Grundposition ausgehend das Verdrängungsorgan oder das Kupplungsmittel zur Aufnahme von Flüssigkeit in die Pipettenspitze oder Spritze verlagert.
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Für dieses Verfahren gelten die für die Dosiervorrichtung beschriebenen vorteilhaften Wirkungen.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Verdrängungsorgan zunächst in eine Heimatposition und danach in eine Grundposition verlagert. Wie bereits beschrieben, dient diese Ausgestaltung dazu, die Dosiervorgänge von einem festgelegten Ausgangspunkt aus durchzuführen. Hierzu wird gemäß einer weiteren Ausgestaltung das Verdrängungsorgan beim Einschalten der Dosiervorrichtung zunächst in die Heimatposition und danach in die Grundposition verlagert.
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Schließlich wird gemäß einer Ausgestaltung das Verdrängungsorgan zur Aufnahme von Flüssigkeit in die Pipettenspitze von der Grundposition aus um mindesten einen Ansaughub, danach um mindestens einen Ausblashub bis zum Erreichen der Grundposition und danach um einen Überblashub bis zum Erreichen der Überblasposition verlagert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der anliegenden Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1a eine Dosiervorrichtung mit aufgesteckter Pipettenspitze in Arbeitsposition, wobei sie im Bereich des Betätigungsorganes und im Bereich der Verbindung zweier Abschnitte der Abwerfeinrichtung vertikal geschnitten ist;
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1b eine mögliche Ausgestaltung des Gehäuseunterteils der Dosiervorrichtung von 1a;
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2 vergrößerter Schnitt II von 1a;
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3 vergrößerter Schnitt III von 1a;
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4 dieselbe Dosiervorrichtung mit der Abwerfeinrichtung in Abwurfposition in Seitenansicht, wobei die Abwurfeinrichtung an denselben Stellen wie in 1 vertikal geschnitten ist;
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5 vergrößerter Schnitt V von 4;
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6 vergrößerter Schnitt VI von 4;
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7 dieselbe Dosiervorrichtung mit dem Antrieb in Heimatposition in Seitenansicht, wobei sie im Bereich des Antriebsvertikal geschnitten ist;
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8 vergrößerter Schnitt VIII von 7;
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9 dieselbe Dosiervorrichtung mit dem Antrieb in Grundposition in Seitenansicht, wobei sie im Bereich des Antriebs vertikal geschnitten ist;
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10 vergrößerter Schnitt IX gemäß 9;
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11 dieselbe Dosiervorrichtung mit dem Antrieb in der oberen Position in Seitenansicht, wobei sie im Bereich des Antriebs vertikal geschnitten ist;
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12a vergrößerter Schnitt XII von 11;
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12b ein 12a entsprechender Schnitt einer alternativen Ausführung der Dosiervorrichtung;
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13 dieselbe Dosiervorrichtung mit dem Antrieb in Arbeitsposition mit aufgesteckter Pipettenspitze bei teilweise geöffnetem Gehäuse in perspektivischer Ansicht schräg von der Seite;
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14 Detail XIV von 11;
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15 vergrößertes Detail XV von 11.
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In der vorliegenden Anmeldung beziehen sich die Angaben „oben”, „unten”, „horizontal”, „vertikal” auf die Ausrichtung der Dosiervorrichtung, wie in den Abbildungen gezeigt. Gemäß den Zeichnungen ist eine an. der Dosiervorrichtung gehaltene Pipettenspitze mit ihrer unteren Öffnung unten angeordnet, um Flüssigkeit aus einem unterhalb der Dosiervorrichtung befindlichen Gefäß aufzunehmen bzw. in ein solches Gefäß abzugeben.
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Die Dosiervorrichtung 1 hat ein langgestrecktes, als Griff ausgebildetes Gehäuse 2 mit einem Gehäuseoberteil 2.1 und einem Gehäuseunterteil 2.2. Das Gehäuseoberteil 2.1 weist Eingabemittel 3 in Form einer Schaltwippe 3.1 und zweier Tasten 3.2, 3.3 sowie eines Betriebsarten-Drehschalters 3.3 auf. Ferner ist an dem Gehäuseoberteil 2.1 eine Anzeigeeinrichtung 4 in Form eines LCD-Displays angeordnet.
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Das Gehäuseunterteil 2.2 hat am unteren Ende einen konischen Klemmsitz 5 zum Aufstecken einer Pipettenspitze 6.
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Ferner hat die Dosiervorrichtung Mittel zum Lösen 7 der Pipettenspitze 6 vom Klemmsitz. Diese Mittel zum Lösen 7 umfassen einen Abwerfschieber 7.1, der einen hülsenförmigen Schieberteil 7.2 hat, der auf dem Gehäuseunterteil 2.2 angeordnet und von einer oberen Anlageposition am Gehäuseoberteil 2.1 aus nach unter verlagerbar ist. Der Abwerfschieber 7.1 umfasst einen Stangenteil 7.3, der in einen vertikalen Führungskanal im Gehäuseoberteil 2.1 geführt ist. Der Stangenteil 7.3 ist am oberen Ende mit einem Betätigungsorgan 7.4 in Form eines Betätigungsknopfes verbunden, der von außen betätigbar ist. Entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder 8, die sich oben an einem Vorsprung auf dem Stangenteil 7.3 abstützt und unten an der Oberseite eines gehäusefesten Widerlagers 9 abgestützt ist, ist der Abwerfschieber 7.1 durch Drücken des Betätigungsorgans 7.4 nach unten verlagerbar. Die Bewegung des Abwerfschiebers 7.1 nach oben wird durch einen O-Ring 10 begrenzt, der teilweise in eine Ringnut 11 am unteren Ende des Stangenteiles 7.3 eingesetzt ist und in der obersten Stellung an der Unterseite des Widerlagers 9 anliegt.
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Im Gehäuseunterteil 2.2 ist eine Verdrängungseinrichtung 12 mit einer Verdrängungskammer 13 in Form eines Zylinders und einem darin beweglich angeordneten Verdrängungsorgan 14 in Form eines Kolbens angeordnet. Die Verdrängungskammer 13 ist über einen Durchgangskanal 14.1 mit einer Durchgangsöffnung 15 in der unteren Stirnfläche des Klemmsitzes 5 kommunizierend verbunden. Vorstehende Merkmale des Gehäuseunterteils 2.2 sind in 1a gezeigt.
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1b zeigt eine detaillierte Ausgestaltung des Gehäuseunterteils
2.2, die bei der Dosiervorrichtung
1 verwendet werden kann. Die o. g. Bezugsziffern sind in
1b eingetragen. Das Gehäuseunterteil
2.2 ist in der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2008 048 252 A1 und der
US-Provisional 61/097393 beschrieben. Die diesbezügliche Beschreibung ist durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung einbezogen.
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Im Gehäuse 2 ist ein Sensor 16 in Form eines Reedkontaktes fixiert. Dem Reedkontakt ist ein Magnet 17 zugeordnet, der als zylindrischer Permanentmagnet ausgeführt und am oberen Ende des Stangenteils 7.3 des Abwerfschiebers 7.1 fixiert ist.
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Der Sensor 16 sitzt am unteren Platinenteil 18.1 einer Platine 18, die drei bezüglich einander abgewinkelte Platinenteile aufweist. Auf dem mittleren Platinenteil 18.2 trägt sie Komponenten von elektrischen Steuerungsmitteln 19, die in Halbleitertechnik ausgeführt sind. Ferner sind dort die Schaltwippe 3.1 und die Taster 3.2, 3.3 angeordnet. Der obere Platinenteil 18.3 trägt die Anzeigeeinrichtung 4 und den Betriebsarten-Drehschalter 3.3. Der Reedkontakt ist mit den elektrischen Steuerungsmitteln 19 verdrahtet.
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Im Gehäuseoberteil 2.1 ist ein elektrischer Antriebsmotor 20 angeordnet. Bei dem Antriebsmotor 20 handelt es sich um einen Gleichstrommotor. Der Antriebsmotor 20 ist vertikal mit der Welle 21 am unteren Ende angeordnet. Die Welle 21 trägt ein Antriebsritzel 22. Unterhalb des Antriebsritzels 22 trägt die Welle 21 in einer glockenartigen Fassung 23 einen Drehwinkelgeber-Magneten 24. Hierbei handelt es sich um einen Permanentmagneten, der als Stabmagnet ausgeführt ist.
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Unterhalb des Drehwinkelgeber-Magneten 24 ist auf einer weiteren Platine ein als IC ausgeführter Drehwinkelgeber 25 angeordnet.
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Der Drehwinkelgeber 25 ist mit elektrischen Steuerungsmitteln 19 verdrahtet.
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Neben dem Antriebsmotor 20 ist im Gehäuseoberteil 2.1 eine vertikal ausgerichtete Spindel 26 angeordnet. Die Spindel 26 erstreckt sich durch eine Spindelmutter 27 hindurch, die außen ein Zahnrad 28 aufweist. Die Spindelmutter 27 ist beidseitig in Kugellagern 29.1, 29.2 gelagert.
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Die Spindel 26 weist oben einen radialen Vorsprung 30 auf, der in einer axial erstreckten Nut 31 einer zur Spindel 26 parallelen, gehäusefesten Führung 32 geführt ist. Der Vorsprung 30 bildet somit eine Verdrehsicherung der Spindel 26.
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Über das Antriebsritzel 22 und das Zahnrad 28 ist ein Zahnriemen 33 geführt. Wenn sich die Welle 21 des Antriebsmotors 20 dreht, wird über das Antriebsritzel 22 und den Zahnriemen 33 die Spindelmutter 27 angetrieben. Infolgedessen wird die Spindel 26 innerhalb der Spindelmutter 27 verschraubt. Da die Spindel 26 durch das Eingreifen des Vorsprunges 30 in die Nut 31 an einem Verdrehen gehindert ist, verlagert sich hierbei die Spindel 26 nach oben oder nach unten, je nach Drehrichtung der Welle 21.
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Ferner ist oben in der Spindel 26 neben dem Vorsprung 30 ein weiterer Magnet 34 positioniert. Hierbei handelt es sich ebenfalls um einen Permanentmagneten, der als Stabmagnet ausgeführt ist.
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Neben der Spindel 26 ist im Gehäuseoberteil 2.1 auf einer weiteren Platine 35 ein Hallsensor 36 angeordnet. Der Hallsensor 36 ist ebenfalls mit den elektrischen Steuerungsmitteln 19 verbunden. Die Spindel 26 ist so verstellbar, dass der weitere Magnet 34 in den Einflussbereich des Hallsensors 36 gelangt.
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Die Spindel 26 trägt am unteren Ende einen Magnetteller 37.
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Das Verdrängungsorgan 14 trägt oben eine Kolbenstange 38, die am oberen Ende einen weiteren Magnetteller 39 trägt. Die Magnetteller 37, 39 der Spindel 26 und der Kolbenstange 38 haben an den einander zugewandten Seiten verschiedene Pole, so dass sie aneinander haften, wenn sie in Kontakt gebracht werden. Hierfür kann der weitere Magnetteller 38 von einer im Gehäuseunterteil 2.2 angeordneten Feder 38.1 bis zu einem oberen Anschlag 38.2 nach oben gedrückt werden. Der Magnetteller 37 ist durch ein Loch 38.3 im Anschlag 38.2 hindurch an den Magnetteller 39 angelegt.
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Statt dessen trägt bei der Alternativen von 12b die Kolbenstange 38 am oberen Ende eine Tellerscheibe, die von einer im Gehäuseunterteil 2.2 angeordneten Feder 38.1 bis zu einem oberen Anschlag 38.2 nach oben gedrückt wird. Die untere Stirnseite der Spindel 26 kann durch ein Loch 38.3 im Anschlag 38.2 hindurch an der Tellerscheibe 39.1 anliegen, so dass die Spindel 26 die Kolbenstange 38 und damit den Kolben entgegen der Wirkung der Feder nach unten verlagern kann. Wenn die Spindel 26 nach oben verlagert wird, wird die Kolbenstange 38 und damit der Kolben von der Feder nach oben zurückgedrückt.
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Gemäß 1 bis 3 ist eine Pipettenspitze 6 auf den Klemmsitz 5 aufgesteckt und der Abwerfschieber 7.1 nicht betätigt. In dieser Konfiguration ist die Dosiervorrichtung 1 für einen Dosiervorgang bereit.
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Gemäß 7 und 8 befindet sich die Spindel 26 in einer Heimatposition, in der der weitere Magnet 34 dem Hallsensor 36 zugeordnet ist. Die elektrischen Steuerungsmittel 19 steuern den Antriebsmotor 20 so, dass die Spindel 26 in diese Lage gebracht wird, wenn die Dosiervorrichtung 1 eingeschaltet wird, durch Betätigen eines nicht gezeigten Ein-/Ausschalters.
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Die Impulse des Drehwinkelgebers 25 werden von den elektrischen Steuerungsmitteln 19 ausgehend von der Ausgangslage in der Heimatposition gezählt. Die Verlagerung der Spindel 26 ist somit auf die Heimatposition bezogen.
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Nach dem Erreichen der Heimatposition steuern die elektrischen Steuerungsmittel 19 den Antriebsmotor 20 automatisch so, dass die Spindel 26 in eine Grundposition verlagert wird, die sich etwas oberhalb der Heimatposition befindet. Aus der Grundposition werden in sämtlichen Betriebsarten Dosiervorgänge gestartet, beispielsweise das Pipettieren oder Dispensieren. Die Grundposition befindet sich im Beispiel 4 mm oberhalb der Heimatposition. Dies ist in den 9 und 10 gezeigt.
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Entsprechend einer über die Eingabemittel 3 vorgegebenen Dosiermenge steuern die elektrischen Steuerungsmittel 19 die Verlagerung der Spindel 26 um eine Wegstrecke nach oben. Infolgedessen wird der Kolben in der Verdrängungseinrichtung 12 nach oben bewegt und Flüssigkeit in die Pipettenspitze 6 eingesogen. Die Spindel 26 ist in ihrer obersten Position für die Aufnahme einer bestimmten Flüssigkeitsmenge in den 11 und 12 gezeigt.
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Das Verlagern der Spindel 26 aus der Grundposition nach oben zum Ausführen eines Ansaughubes wird durch Betätigen der Schaltwippe 3.1 gesteuert.
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Nach dem Erreichen der obersten Position wird durch erneutes Bestätigen der Schaltwippe 3.1 ausgelöst, dass die elektrischen Steuerungsmittel 19 ein Verlagern der Spindel 26 nach unten in die Grundposition gemäß 9 und 10 steuern. Hierbei wird Flüssigkeit aus der Pipettenspitze 6 abgegeben.
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Durch erneutes Betätigen der Schaltwippe 3.1 wird die Ausführung eines Überblashubes ausgelöst. Hierbei verlagern die elektrischen Steuerungsmittel 19 die Spindel 26 um einen Hub von 3 mm schnell nach unten, so dass restliche Flüssigkeit aus der Pipettenspitze 6 herausgepresst wird.
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Danach kann durch Betätigen des Betätigungsorganes 7.4 die Pipettenspitze 6 abgeworfen werden. Nachdem das Betätigungsorgan 7.4 einen Weg von 3,1 mm nach unten zurückgelegt hat, sitzt der hülsenförmige Schiebeteil 7.2 mit der unteren Stirnseite auf dem oberen Rand der Pipettenspitze 6 auf und drückt diese vom Klemmsitz 5 ab. Nachdem das Betätigungsorgan 7.4 um insgesamt 4 mm nach unten bewegt ist, wird der Sensor 16 durch den Magneten 17 betätigt. Hierdurch erhalten die elektronischen Steuerungsmittel 19 ein Signal, welches auslöst, dass die elektronischen Steuerungsmittel 19 den Antriebsmotor 20 so antreiben, dass die Spindel 26 erneut in die Heimatposition von 7 und 8 und direkt danach automatisch in die Grundposition von 9 und 10 gelangt.
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Nach Entlastung des Betätigungsorgans 7.4 ist die Dosiervorrichtung 1 für die Aufnahme einer weiteren Pipettenspitze 6 bereit. Die Aufnahme einer weiteren Pipettenspitze 6 erfolgt durch Einstecken des Klemmsitzes 5 in die obere Öffnung der Pipettenspitze 6.