DE2011239A1

DE2011239A1 - Vorrichtung zum Aufnehmen und Zuteilen kleiner, genau abgemessener Flüssigkeitsmengen

Info

Publication number: DE2011239A1
Application number: DE19702011239
Authority: DE
Inventors: Jesse F. Great Falls Va. Lancaster (V.St.A.). GOIn 1-00
Original assignee: Cooke Engineering Co
Current assignee: Cooke Engineering Co
Priority date: 1968-06-26
Filing date: 1970-03-10
Publication date: 1971-09-23
Also published as: US3568735A; DE2011239C3; GB1305815A; DE2011239B2

Description

PATENTANWALT DIPL.-PHYS. HEINRICH SEIDS

62 Wiesbaden · Rheinstraße 121 · Postfach 670 · Telefon 303459 Postscheck Frankfurt/Main 1810 08 · Bank Deutsche Bank 3 956 372

Wiesbaden, den 4» März 1970 S/K G 114

COOKE ENGINEERING COMPANY

eine Körperschaft des Staates Delaware

mit Sitz in

Alexandria, Virginia .

Vereinigte Staaten von Amerika

Vorrichtung zum Aufnehmen und Zuteilen kleiner» genau abgemessener Flüssigkeitsmengen

Die Erfindung "bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Zuteilen kleiner, genau abgemessener Flüssigkeitsmengen.

Ein "besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung sind in Laborato-. | rien gebräuchliche Analysier- und Hydriergeräte, insbesondere Ausprobe- und Zuteilgeräte, die geeignet sind, präzise vorher- " bestimmte reproduzierbare Mikromengen von Flüssigkeit, hei-

spielsweise Lösungsmittel, von einem Flüssigkeitsvorrat in eine oder ggf. auch gleichzeitig in eine Mehrzahl von Nadeln oder Pipetten einzusaugen und dann in eine bzw. eine Mehrzahl entsprechender Vertiefungen in einer Mikrotitrationsplatte zuzuteilen« ■' :

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Im laboratorium ist es oft notwendig, analytische oder experimentelle Versuche von Verfahren auf einer grossen Anzahl von Laborproben auszuführen. Die Arbeitsgänge enthalten dabei das wiederholte Abmessen und Zuteilen von Mikromengen von Flüssigkeit, beispielsweise in der Grosse von 0,025 cbcm. Es ist naturgetnä3s erwünscht, solche Arbeitsgänge innerhalb eines möglichst kleinen Zeitraumes auszuführen, und zwar mit einer Genauigkeit und Präzision, bei der Irrtümer ausgeschlossen sind.

In der Vergangenheit wurden Laboratoriumsversuche dieser Art im allgemeinen von Hand und individuell durchgeführt, wodurch sehr viel Zeit benötigt wurde und Tlngenauigkeit und unbrauchbare Ergebnisse nicht ausgeschlossen werden konnten. Ein im Laboratorium arbeitender Mensch kann einfach nicht fortwährend mikroquantitative Flüssigkeitsmessungen, wie sie für solche Versuche notwendig sind, mit gleichbleibender Genauigkeit durchführen, vor allem kann er nicht eine entsprechende Anzahl von Versuchen innerhalb einer gewünschten kurzen Zeitspanne durchführen.

Es sind daher bereits automatische Laboratoriumsvorrichtungen entwickelt worden, um diese Probleme zu lösen. Diese Vorrichtungen haben aber im allgemeinen sehr komplexen Aufbau und sind übermässig teuer. Zusätzlich haben die bekannten Vorrichtungen^ bisher nicht vollständig zufriedenstellend betrieben werden können, um bei extremer Arbeitsgenauigkeit die für Versuche benutzte

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Zeit auf ein Mindestmass herabzusetzen. Typische Vorrichtungen dieser bekannten Art sind beispielsweise in den USA-Patentschriften 3 188 181; 3 261 208;, 3 264 800 und 3 327 535 be-BO hr leben». .

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Aufnehmen und Zuteilen kleiner, genau abgemessener g IMÜssigkeitsmengen in Art einer Injektionsnadel oder Pipette zu schaffen, die mit einer Pumpe und einer Betätigungseinrichtung betrieben wird, um vorher bestimmte kleine Flüssigkeitsmengen, beispielsweise in der Grössenordnung von 0,025 cbcm in gleichbleibender, repruduzierbarer Präzision aufzunehmen und für Titrationen oder andere iaborzwecke einer gewünschten Probe zuzuführen. ·

Im Rahmen der Erfindung kann ein neuartiges kompaktes Laboratoriums -Zuteilgerät geschaffen werden, das gleichzeitig in eine | Vielzahl von Nadeln oder Pipetten je eine gleiche, vorher bestimmte, reproduzierbare Mikromenge von Flüssigkeit aus einem Flüssigkeitsreservoir aufnimmt und gleichzeitig diese Mikromengen von Flüssigkeit in entsprechende Probenbehälter oder Vertiefungen einer Mikrotitrationsplatte zuteilt.

Im Rahmen der Erfindung kann auch ein kompaktes Laboratoriums-Zuteilgerät geschaffen werden, in welchem eine Flüssigkeitsquelle

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leictit als Teil des Gerätes angebracht bzw. ausgewechselt werden kann und die Mikrotitrationsplatte beweglich, ist, um zu gestatten, dass die Pipetten zunächst eine vorher bestimmte Mikromenge von Flüssigkeit von der Flüssigkeitsquelle aufnimmt und dann in die entsprechenden Vertiefungen der Mikrotitrationsplatte übergeben.

™ Es ist auch im Rahmen der Erfindung möglich, ein laboratoriums-Zuteilgerät zu schaffen, das geeignet ist, Verdünnungsreihen mit präzisen Mikromengen von Antigenen zu erstellen, indem nacheinander zunächst Antigene in ein Verdünnungsmittel eingeführt und dann jeweils eine Mikromenge der_e verdünnten Gemische weiter in Verdünnungsmittel getragen werden.

Weiterhin ist es im Rahmen der Erfindung möglich, eine neuartige Aufnahme und Zuteilereinheit zu schaffen, die eine Vielzahl von ^ Pipetten oder Nadeln enthält, denen Betätigungseinrichtungen neuartigen Aufbaues zugeordnet sind, um das gleichzeitige Aufnehmen und Abgeben präziser, reprudazierbarer Mikromengen von Flüssigkeit von den Nadeln zu ermöglichen.

Ferner gibt die Erfindung die Möglichkeit, ein neuartiges, vereinfachtes pneumatisches Steuersystem für die Betätigungseinriohtungen der Aufnahme und Zuteileinrichtung zu sohaffen, um das

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Aufnehmen und Zuteilen fön Flüssigkeit durch eine Vielzahl von Pipetten zu steuern und denkbar "beste Genauigkeit und Präzision für die Bestimmung der gewünschten Mikromengen zuzuteilender Flüssigkeit zu erzielen.

Schliesslich kann im Rahmen der Erfindung ein einfaches .kompaktes Laboratoriumsgerät geschaffen werden, das eine neuartige, von g Hand zu betätigende, vertikal.bewegliche Aufnahme und Zuteileinheit mit einer Vielzahl von Pipetten, eine Einrichtung mit Flüs- , sigkeitsreservoir und Trog Unterhalb der Pipetten und einen be-' weglichen Mikrotitrationsplattenträger enthält, der zwischen einer vorderen und rückwärtigen Stellung verschiebbar ist, wobei dieser Träger in seiner rückwärtigen Stellung vertikal oberhalb des Troges mit den Mikrotitrationsplatten-vertiefungen gegenüber den entsprechenden Pipetten ausgerichtet angeordnet ist. Diese Anordnung gestattet es, zunächst mit der Aufnahme und Zuteileinheit Flüssigkeit aus dem Trog aufzunehmen, wenn sich der Träger " in der vorderen Stellung befindet und dann die Flüssigkeit in die TitratiQnsplattenvertiefungen zuzuteilen, wenn der Träger in seine rückwärtige Stellung unterhalb der Pipetten bewegt worden ist. .;.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführ'ungsform der Erfindung und den Patentansprüchen. Es zeigen:

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Figur 1: eine perspektivische Darstellung eines Labor-Zuteilgerätes gemäss der Erfindung mit den verschiedenen Teilen in zurückgezogener Ruhestellung;

Figur 2: eine Vorderansicht des Gerätes nach Figur 1; Figur 3: eine Seitenansicht des Gerätes nach Figur 1 ; Figur 4: eine Draufsicht des Gerätes nach Figur 1;

Figur 5: eine teilweise in Ansicht gegebene Schnittdarstellung längs der Linie 5-5 der Figur 4, die die Aufnehme- und Zuteileinrichtung in der unteren Stellung wiedergibt, in der sie Flüssigkeit von einem Flüssigkeitsbehälter aufnimmt}

Wk Figur 6: eine Schnittdarstellung nach der Linie 6-6 der Figur 4,

die die Mikrotitrations-Platte in Betriebsstellung wiedergibt, in der die Aufnahme- und Zuteileinrichtung mit den Zuteilnadeln in die Vertiefungen der Titrations-Platte abgesenkt sind;

Figur 7: ein vergrösserter Teilschnitt einer Betätigungseinrichtung für einen Pumpenkolben innerhalb der Kopfplatte der Aufnahme- und Zuteileinrichtung, wobei sich die den

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Kolben betätigende Einrichtung in ihrer normalen, zurückgezogenen .Stellung befindet;:

Figur 8: eine Darstellung ähnlich der Figur 7». die jedoch die den Kolben betätigende Einrichtung in ihrer Betriebsstellung zum Zuteilen zeigt;

Figur 9: eine auseinandergezogene Schnittdarstellung der in den Figuren 7 und 8 gezeigten Kolbenbetätigungseinrichtung;,

Figur 10: eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des hin- und herlaufenden Plattenträgers und der auf den Träger angebrachten Einstelleinrichtung für die Mikrotitrationsplatte;

Figur 11: eine perspektivische Darstellung des Flüssigkeitsreservoirs und der den Behälter bildenden Grundplatte; |

Figur 12: eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform des Reservoirs und der den Behälter bildenden Grundplatte;

Figur 13t einen Schnitt nach der Linie 13-13 der Figur 12;

Figur 14j eine Vorderansicht, teilweise abgebrochen, die die Luftsteuerungseinrichtung wiedergibt, wie sie in den

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Aufnahme- und Zuteilgerät gemäss der Erfindung benutzt wird;

Figur 15* eine Draufsicht entsprechend Figur H, jedoch teilweise abgebrochen;

^ Figur 16: eine Schnittdarstellung einer Strömungs-Spardüse, wie

sie in der Steuereinrichtung nach Figur 14 und 15 benutzt wird;

Figur 17t ein sohematisches Diagramm des gesamten Luftsteuersystems, wie es in der. Aufnahme- und Zuteileinrichtung gemäss der Erfindung benutzt wird}

Figur 18: eine perspektivische Darstellung einer abgewandelten Aufnahme- und Zuteileinrichtung, die nur eine einzige Reihe von Zuteilnadeln enthält und besonders vorteilhaft für die Durchführung von Reihenverdünnungen ist, und

Figur 19: eine perspektivische Darstellung einer einzigen Aufnahme- und Zuteilnadel bzw. -pipette mit der in den Figuren 7 bis 9 gezeigten, neuartigen Kolbenbetätigungseinrichtung.

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Nach der Zeichnung weist das labor-Aufnähme- und Zuteilgerät gemäss der Erfindung eine rechteckige Grundplatte 20 mit Auflage;-puffern 21 an den Ecken, eine Aufnahme- und Zuteilereinriohtung · 22, die mittels eines vertikalen Ständers 24 auf dei Grundplatte 20 angebracht ist, ein Steuergetriebegehäuse 26, eine im Gehäuse 26 angeordnete und durch ein Ritzel 30 angetriebene Zahnstange 28 und ein I-förmiges Trägerstuck 32 auf, das an dem mit Gewinde versehenen unteren.Ende der Zahnstange 28 mittels einer Mutter und an der Rückseite der Aufnahme- und Zuteileinrichtung 22 mit Schrauben 36 befestigt ist. Die Aufnahme- und Zuteileinrichtung wird relativ zur Grundplatte 20 durch einen Drehhandgriff 38 "bewegt, der das Ritzel 30 zum Antrieb der Zahnstange 28 verdreht*

Eine Trägerplatte 40 für die Probe mit Seitenflanschen 42 (3?ig»4) ist gleitend innerhalb von Längsnuten 44 in Führungaschienen 46 und 47 gelagert, die mit Abstand oberhalb der Grundplatte 20-mittels Abstandshaltern 48 befestigt sind» Wie in Figur 2 gezeigt, sind die Abstandshalter 48 mit Innengewinde versehen, um eine | obere Schraube 50 aufzunehmen, die die !Führungsschienen an den Abstandshaltern festhalten und untere Schrauben 52, die die Abstandshalter an der Grundplatte 20 halten. Die trägerplatte 40 hat einen Knopf 54»mit dem der Benutzer des Gerätes die/Platte von ihrer vorderen, in den figuren 1 und 5 gezeigten Ruhestellung in ihre rückwärtige Betrisbsstellung unter der Zutei!einrichtung flchieben kann, wie dies in figur 6 gezeigt ist.

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Die Trägerplatte 40 kann eine Mehrzahl von getrennten Phiolen oder Röhrchen tragen oder kann auch in geeigneter Weise eine transparente Mikrotitrationsplatte 140 mit einer Mehrzahl von Vertiefungen 142 tragen, die beispielsweise im wesentlichen ähnlich den Mikrotitrationsplatten aufgebaut sein kann, wie sie in der USA-Patentschrift 3 356 462 beschrieben ist. Wenn eine solche Mikrotitrationsplatte 140 benutzt wird, ist die Trägerpb*te 40 mit einer Einstell- und Führungseinrichtung für eine Titrationsplatte versehen, die wie in Pigur 10 gezeigt, eine nit Nieten 146 an der Trägerplatte 40 befestigte rechteckige Platte 144 enthält. Die oberen vorstehenden Enden der Nieten dienen als Einstellstifte, die von den aufgeschnittenen Ecken 148 des ausgehöhlten Aus rieht element es 150 aufgenommeijfwerden, auf dem die Titrationsplatte 140 wie in den Figuren 5 und 6 gezeigt, ruht. Die Seiten der Titrationsplatte überlappen die Seiten des Einstellelementes 150, während die Vertiefungen 142 mit ihrem Boden auf dem Boden des Einatellelementes 150 ruhen. Die Einstelleinrichtung ermöglicht es einem Benutzer, eine Titrationsplatte gegen eine andere auszutauschen und stellt sicher, dass die Vertiefungen 142 der Titrationsplatte genau gegenüber ihren jeweiligen entsprechenden Nadeln 128 während des Zuteilungsvorganges genau ausgerichtet sind.

Auf der Grundplatte 20 ist auoh eine einen Flüssigkeits- oder Reagenz-Behälter bildende Platte 56 (siehe Figur 11) befestigt.

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Die genaue Lage dieser Platte 56 wird durch eine Endauanehmung 58 sichergestellt, die mit einem auf ©der Platte 'befestigten Führungsstift 60 zusammengreift und durch einen Verriegelungsstift 62,der durchdie !Führungsschiene 47 in eine Bohrung 64 in der den Behälter bildenden Platte 56 greift. Die den-Behälter' ■bildende Platte 56 trägt einen Flüssigkeitsreservoirtank 66, der durch eine zylindrische Ausnehmung 72 und einen Kanal 68 mit · | einem Zuführungsbehälter-70 in Verbindung steht, der unterhalb der Aufnahme- und Zuteileinrichtung 22 angeordnet ist. Der Reser-" voirbehälter 66 ist ein umgekehrter zylindrischer Behälter, der in eine zylindrische Ausnehmung 72 in der den Behälter bildenden Platte 56 mit seiner Öffnung 74 eingesetzt ist j wie sie durch einen vorstehenden Stutzen 76 gebildet ist und-in eine Vertiefung 78 greift, die über einen Kanal 68 mit demjirog in Verbindung steht. Das Reservoir hält die Flüssigkeit im Trog 70 auf einer konstanten Standhöhe und verhindert auch unerwünscht ten Flüssigkeitsüberlauf in bekannter. Weise durch das Vakuum, ^K das gebildet wird, wenn der Stutzen 76 vollständig untergetaucht wird, um die luft daran zu hindern, in Form von Blasen, nach, oben ^ durch die-Mündung 74 einzutreten. -

Wie insbesnnder aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich, enthält die Aufnahme- und Zuteileinrichtung 22 einen Luftverteiler, der einen rechteckigen Verteilerkörper 80 mit einem zentralen, sich

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in Längsrichtung erstreckenden Hauptkanal 82 aufweist, der durch eine Vielzahl von an den gegenüberliegenden Enden 86 verschlossenen Querkanälen 84 geschnitten wird. Die Querkanäle 84 werden wieder durch sich vertikal nach unten erstreckende Kanäle 88 geschnitten. In das eine Ende des Kanals 82 ist ein Leitungsfitting 90 eingeschraubt, der eine Luftleitung 92 trägt, um Luft von einer geeigneten, regulierten Luftquelle in den Verteiler 80 zu w führen und die Luft in einer weiter unten erläuterten Weise aus dem Verteiler 80 abzulassen.

An den Boden des Verteilers 80 ist mit Schrauben 94 eine rechteckige Zuteilerkopfplatte 96 angeschraubt, die eine obere rechteckige Ausnehmung 98 zur Aufnahme einer dünnen, flexiblen Membran 100 aufweist, die eine Vielzahl von abgesetzten runden Öffnungen 102 von den damit ausgerichteten Kanälen 88 des Verteilers trennt.

Wie im einzelnen in den Figuren 7 bis 9 gezeigt, weist die öffnung 102 kreisförmige Abschnitte 104, 106 bzw. 108 mit zunehmend grösserem Durchmesser auf. Diese öffnung nimmt auch eine Betätigungseinrichtung 109 für den Nadelkolben auf. Diese Einrichtung 109 enthält eine Kolbenbuchse 110 mit einem rohrförmigen konischen Ansatz 112, der durch den Abschnitt 104 der öffnung tritt, und mit einem ringförmigen hohlen Kopf oder Kragen 114,

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der innerhalb des Alascttnittes 108 sitzt und duron eine in den Abschnitt 106 eingesetzte Feder 116 nach oben in abdichtenden Eingriff mit der Membran 100 gedrückt wird. ' ^

Ein Pumpenkolben 118 ist in der Form einer Stange 120, die in dem rohrförmigen Ansatz 112 aufgenommen ist und eines Kopfes 122, der in den Kragen 114 aufgenommen ist. Eine,im oberen erweiterten Burehmesserteil des Ansatzabschnittes 113 gelagerte Feder 124 stützt sich auf der Schulter 113 a ab und drückt den Kolben 118 nach oben in Berührung des Kolbenkopfes 122 mit*der Membran

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Wie in den figuren 7 und 8 gezeigt, greift eine Buchse 126 dicht über den konischen Endansatz 112 und verbindet den hohlen Ansatz mit der rohrförmigen Zuteilernadel-128, die in das Untere Ende der Buchse 126 eingesetzt ist.

Die Anzahl der in. der Zuteilereinrichtung 22 gemäss der Erfindung vorgesehenen Zuteilernadeln 128 kann nach Wunsch oder Notwendigkeit variiert werden. Im dargestellten Beispiel sind sechsuridneunzig Zuteilernadeln vorgesehen, die in acht Reihen zu je zwölf-gftück angeordnet sind. Sie Anzahl der Vertiefungen 142 in der Mikrotitrationsplatte 140 entspricht naturgeraäss der Anzahl der Zuteilernadelnj. #4« an d@r Einrichtung 22.

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Die Kolbenbuohse 110 hat einen rohrförmigen Ansatz 112 und einen auegehöhlten Kopfteil 114, die genau mit Bngentoleranzen bearbeitet sind, um mit dem in ähnlicher Weise "bearbeiteten Pumpenkolben 118 zusammenzuwirken und eine vorher bestimmte, genaue Mikromenge von luft aus der Nadelanordnung 109 zu verdrängen, wenn

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sich der Kolben 118 von der in Figur 7 gezeigten Normalstellung in die in Figur 8 gezeigte Zuteilstellung bewegt. Auf diese Weise wird die vom Trog 70 durch jede der Nadeln 128 abgezogene und demzufolge zugeteilte Flüssigkeitsmenge genau und reproduzierbar über eine ganze Reihe von Zuteilvorgängen.

Auf der Unterseite der Membranplatte 96 sind, wie in Figur 5 gezeigt, Anachlagstangen 130 angeschraubt, die mit kreisförmigen, oberen Ausnehmungen 65 in der den Trog bildenden Platte 56 zusammenwirken, um die Eintauchtiefe der Nadeln 128 in die Flüssigkeit im Trog 70 festlegen und die Nadel daran hindern, mit dem Boden des Troges in Berührung zu kommen, wenn Flüssigkeit in die Nadeln eingesaugt wird. Wie in Figur 6 gezeigt, treffen die Anschlagstangen in ähnlicher Weise auf die Oberseite der Platte 140, wenn die Flüssigkeit aus den Nadeln in die Vertiefungen 142 der Mikrotitrationeplatte zugeteilt wird, um zu verhindern, dass die Nadeln mit dem Boden der Vertiefungen 142 in Berührung kommen,

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Die dem Luftverteiler 80 durch die leitung 92 zugeführte Luft ..

Wird durch eine Steuereinrichtung 150 gesteuert,;-wie sie in den Figuren 14 his 16 dargestellt ist, mit einer Gesamtsteuerungs.-funktion, wie sie aus dem schematischen Diagramm der Figur. 16 hervorgeht* Die Steuereinrichtung 150 enthält ein Gehäuse 152 und eine Grundplatte 154, auf der ein Druckregler 156 angebracht ist, der Druckluft von einer geeigneten Quelle 157 über die Lei- j tung 158 aufnimmt und nach Druckreduzierung auf vorzugsweise etwa 1,36 atü (20 psi) an ein Elektromagnetventil 160 weiterleitet« Das Ventil. 160 hat einen mit der Atmosphäre in Verbindungstehenden Entlüftungsauslass 161, der normalerweise geschlossen ist, wenn das Ventil offen ist, aber sich öffnet, wenn sich das Ventil 160 schliesst, um die Luft aus dem Verteiler 80 und der Leitung 92 in die Atmosphäre zu entlassen. Die Wi&Lung des Magnetventils wird von einem Klemmbrett 162 her unter Strom gesetzt, das mit einer geeigneten Steckerfassung 16.4 verbunden ist« In diese Steckerfassung 164 ist ein Stecker einer elektrischen Lei- <J tungsschnur 166 einzuführen,, durGh die elektrischer Hetzstrom, beispielsweise von 115 Volt Wechselstrom über eine Steuerung mit eines Fusspedalschalters 170 zugeführt wird*

Das Reduzierventil 156 ist über eine geeignete L-förmige Leitung 174 mit einem Manometer 172 verbunden, an dem der Druck in

. der dem Magnetventil. 160 und von dort dem Verteiler 80 zugeführten Luft abzulesen ist.

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Bin Leitungsfitting 176 enthält eine feste Strömungsspardüse 178 (figur 16), die eine Düsenöffnung 179 aufweist, die genau die Luftströraungsmenge vom Ventil 160 zur Leitung 92 und zum Verteilerkanal 82 steuert, sodass eine vorher bestimmte genaue reproduzierbare Luftmenge dem Verteiler zugeführt wird, um sicherzustellen, dass genaue und reproduzierbare Mikromengen von Luft aus jeder Nadeleinheit 109 verdrängt werden und auch entsprechende Mengen von Flüssigkeit von den Nadeln aus dem Trog 70 aufgenommen werden und von dort in die Vertiefungen 142 der Mikrotitrationsplatte zugeteilt werden.

Bin typischer Zuteilgang ist wie folgt: Zunächst sind die jeweiligen Teile in einer Stellung, wie sie in den Figuren 1 bis 5 gezeigt sind, nämlich der Träger 40 und die Titrationsplatte 140 in der vorderen Ruhelage und die Aufnahne- und Zuteilreinrichtung 22 in ihrer angehobenen Stellung.

Es wird dann der Fusspedalschalter 170 geschlossen, um elektrischen Strom an die Klemmen 162 der Ventil*!cklung zu legen und das Luftventil 160 zu öffnen und so Druckluft in gesteuerter Strömungsmenge zum Verteilerkanal 82 zu führen. Die Luft tritt dann durch die Kanäle 84 und 88 auf die obere Fläche der Membran 100, die sich nach unten in den Kragenteil 114 der Kolbenbuchsen zu verformen und jeden der sechsundneunzig Pumpenkolben von der in Figur 7 gezeigten normalen Stellung in die herunterge-

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drückte Stellung nach Figur 8 zu bewegen. Durch diese Bewegung wird eine vorher bestimmte genaue Luftmenge im Inneren der EoI-* - ' benbuchse 110 der Verbindungsbuches 126 und cfler Nadel 128 veranlasst, sich von dort in die Atmosphäre zu bewegen.

Der Handgriff 38 wird dann verdreht um die Einrichtung 22 abzusenken und die Spitzen der Nadeln 128 in die Flüssigkeit im. Trog 70 zu tauchen, wie dies in Figur 5 gezeigt istj wobei die Anschlagstangen 130 die Eintauchtiefe der Nadeln in die Flüssigkeit festlegen. Das Fusspedal wird dann freigelassen, sodass sich das luftventil 160 schliesst und'die Druckluft voa dein Verteiler 80 rückwärts durch die leitung 92 und die Spardüse 178 in die Atmosphäre durch den Entlüftungsauslass 161 freilässt. Wenn dies eintritt, werden die Membran 100 und der Kolben 118 jeder Nadöleinheit nach oben in die Stellung nach Figur 7 zurücfcgedrückt, wudurch eine vorher bestimmte genaue Mikromenge von Flüssigkeit, beispielsweise 0,025 cbcm vom Trog 70 in jede :■ Jj Nadel ein Nadel wird.

Der Handgriff 38 wird dann in umgekehrter Richtung gedreht, um die Aufnahme« und Zuteilereinrichtung 22 zurück in die Ausgangsstellung anzuheben. Der Benutzer sshieht dann zunächst die Trägerplatte 40 in ihre rückwärtige Betriebsstellung unterhalb und euögeriohtet mit dor Einrichtung 22, die dann duroh Betätigung des Handgriffes 38 in die Zuteilstellung nach Figur 6 abgesenkt

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wird. Der Fussohalter 170 wird dann wiederum betätigt, um die Pumpenkolben, wie in Figur 8 gezeigt, nach unten zu drücken und so die Flüssigkeit von den Nadeln 128 in die jeweiligen Vertiefungen 142 zu drücken. Die Nadeln werden dann aus den Vertiefungen gehoben und der Fussohalter freigelassen, um die Luft aus dem Verteiler 80 in die Atmosphäre freizugeben, wie dies oben beschrieben ist.

Bs wurde gefunden, dass, wenn mit Flüssigkeit· mit verhältnismäseig geringer Viskosität gearbeitet wird, kleine Flüssigkeitsmengen vom Trog 70 an der Aussenfläche der Nadeln anhaften kann, was zur Folge hat, dass etwas ungenaue und unkontrollierbare Flitssigkeitsmengen von dem Trog abgenommen werden. Um diese Fehler zu überwinden, kann ein abgewandelter Trog 70 a benutzt werden, wie er in den Figuren 12 und 13 gezeigt ist.

Der Trog 70 a ist mit einer Vielzahl von Trennwänden 180 mit kreisförmigen seitlichen Ausnehmungen 182 versehen, wobei die sich gegenüberliegenden Ausnehmungen benachbarter Teilwände Nadeltasohen 184 bilden, die so bemessen sind, dass sie ausreichend grosser sind als der Durchmesser der Nadeln, sodass die in den Taschen erzeugte Oberflächenspannung die verdünnte Flüssigkeit von der Aussenseite der entsprechenden Nadeln ab-

zieht. Beispielsweise wurde in einem Betriebsfall mit Nadeln

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mit Aussendurohmesser von 1,65 mm (0,065") ein Taschendurchmesser von 6,35 mm (t/4") ausreichte, um effektiv überschüssige Lösung von der Aussenflache der Nadel zu entfernen.-"Aussetzern ist die Höhe der Trennwände so, dass der Flüssigkeitsspiegel im Trog 70a nicht über die Oberkanten der Taschen 184 steigen kann. Beispielsweise ist bei einer Flüssigkeitstiefe von etwa 4 mm (5/32") eine Höhe der Trennwände von etwa .9»5 mm (3/8") zufriedenstellend,

Das Gerät gemäss der Erfindung kann auch benutzt werden» um Mikromengen von Flüssigkeiten beispielsweise Antigenen reihenweise zu verdünnen. Hierzu ist eine Aufnahme- und Zuteileinrichtung 222 zu benutzen, wie sie in Figur 18 gezeigt ist und in genau dergleichen Weise aufgebaut ist, wie die Einrichtung 22 mit der Ausnahme, dass sie nur eine einzige Reihe von Nadeln 228 enthält. Der Aufnahme- und Zuteilerkopf 222 wird in geeigneter Wei>se am unteren Ende der Zahnstange 28 befestigt, sodass die Nadeln 228 in mittlerer Stellung oberhalb der Grundplatte 20 aus- j reichend vor der Stange 24 angeordnet sind, um zu ermöglichen, dass jede der Reihen von Titrationsvertiefungen 142 nacheinander mit;den Nadeln ausgerichtet werden kann, wenn die Trägerplatte und die Titrationsplatte 140 ran ihrer vorderen Stellung in ihre rückwärtige Stellung verschoben wird. Die Leitung 192 kann in geeigneter Weise mit einem mit Ventil versehenen Nippel 294. des T-Fittings 93 (siehe Figur 1?) verbunden werden, um für die Zuführung der im Betrieb benötigten DruäcLuft zu sorgen.

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In einem Reihenverdünnungsvorgang werden zunächst bei Stellung der Trägerplatte 40 in vorderer Ruhestellung die Nadeln 228 mit genauen Mikromengen von zu verdünnenden Antigenen aus dem Trog 70 oder einer getrennten Reihe von Phiolen oder Versuchsröhrchen (nicht gezeigt) beladen. Jede der Vertiefungen 142 wird mit vorher bestimmten Mengen von Lösungsmittel versehen.

Zunächst wird die Platte 40 ao weit nach rückwärts bewegt, dass die erste Reihe von Vertiefungen 142 mit den Nadeln 128 ausgerichtet ist, die dann abgesenkt werden, um die Antigene in die Vertiefungen einzuführen, wo sie durch die Düsenwirkung und durch mehrfaches Ansaugen von verdünnter Mischung und erneutes Ausstossen in die Vertiefungen innig mit dem dort vorhandenen Lösungsmittel vermischt werden. Genaue Mikromengen dieses Gemisches werden dann in die Nadeln 228 angesaugt. Die Nadeln werden dann angehoben, um die nächste Reihe von Vertiefungen mit der Nadelreihe auszurichten und in dieser Vertiefungsreihe den gleichen Verdünnungs- und Mischvorgang durchzuführen. Dieser Vorgang wird für jede aufeinanderfolgende Reihe von Vertiefungen ausgeführt, sodass das fertige Gemisch in jeder aufeinanderfolgenden Reihe von Vertiefungen stärker verdünnt ist, als in der vorhergehenden Reihe von Vertiefungen.

Wenn die letzte Reihe von Vertiefungen verdünnt worden ist, wird irgendwelche in den Nadeln 228 zurückgebliebene Menge von

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verdünntem Gemisch ausgestossen und es-werden die nadeln darauf durch mehrfaches Ansaugen und Ausstossen yon destilliertem Wasser oder irgendeiner anderen geeigneten Reinigungslösung gereinigt.

Es sei darauf hingewiesen, dass auch eine einzige von Hand zu tragende Aufnahme- und Zuteilernädel oder -pipette 250, wie in Figur 19 gezeigt, mit der gleichen Druckluftverteilungseinrichtung, | wie sie in den Figuren 7 und 8 gezeigt worden ist, benutzt werden kann, um solche Arbeitsgänge wie Verdünnen oder Zuteilen einer; einzigen Probe oder Übertragen einer einzigen Probe auf ein Mikroskop-Durchziehglas auszuführen, beispielsweise um eine genau abgemessene Mikromenge von Probenflüssigkeit in Vorbereitung für seiißologische Untersuchungen oder mikroskopische Beobachtung zu betrachten. Diese Pipette 250 kann mit einem Ventilnippel 252 eines !-Fittings über eine leitung 254 verbunden sein, um luft zum Betrieb der Pipette zuzuführen. ·

Alle in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Zeichnung₍ wiedergegebenen Merkmale des Anmeldungsgegenstandes können für sich allein oder in jeder denkbaren Kombination von wesentlicher Bedeutung für die Erfindung sein.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zum Aufnehmen und Zuteilen kleiner, genau abgemessener Flüssigkeitsmengen mit einem Flüssigkeitsaufnehmer in Art einer Hohlnadel oder eines Pipettenröhrchens, dadurch gekennzeichnet, dass der flüssigkeitsaufnehmer (188) an seinem Oberen Ende an eine zum Ansaugen einer vorher bestimmten kleinen Flüssigkeitsmenge in den Flüssigkeitsaufnehmer (128) und zum Ausstossen dieser Flüssigkeitsmenge aus dem Flüssigkeitsaufnehmer (128) ausgebildete Einrichtung (109) angeschlossen ist, und oberhalb dieser Ansaug- und Ausstosseinrichtung (109) durch eine Membran (100) abgetrennt eine die Ansaug- und Ausstosseinrichtung (109) zwischen zwei Endlagen verstellende Betätigungseinrichtung (80,82,88,250) angeordnet ist, wobei eine Druckdifferenz von beiden Seiten durch die Ansaug- und Ausstosseinrichtung (109) und die Betätigungseinrichtung (80,82,88,250) auf die Membran (100) ausgeübt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruoh 1, dadarch gekennzeichnet, dass eine pneumatische Betätigungsvorrichtung (80,82,88,250) vorgesehen ist, die ein oberhalb der Membran (100) angeordnetes Verteilergehäuse (80) mit Kanälen (82,84,88) die Druckluft auf die Oberseite der Membran (100) im Bereich oberhalb eines

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kolbehartigen Elementes (118) der Ansaug- und Ausstosseinrictitung (109) zuführen, um dieses kolbenartige Element (118) entgegen der Wirkung einer Rückstellfeder (102) in die untere Endlage zu drücken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansaug- und Ausstosseinrichtung (109) eine Gehäusebohrung (102) mit mehreren abgesetzten zylindrischen Absehnit- ^ ten (104,106,108) mit von unten nach oben jeweils grösserea Druckmesser, eine in diese Gehäusebohrung axial verschiebbar eingesetzte Buchse (110) mit einem nach unten aus der Gehäusebohrung (102) vorstehenden rohrförmigen Ansatz (112) und einem erweiterten hohlen Kopf (114), eine im mittleren Abschnitt (106) angeordnete, am Kopf (114) der Buchse (112) angreifende und diesen in abdichtende Berührung mit der Membran (100) drückende Feder (116), einen axial gleitend in der Buchse (110) geführten Kolben (118) mit einem plungerartigen schmalen, ä in der Bohrung des rohrförmigen Ansatzes (112) der Buchse (110) geführten Kolbenteil (120) und einem axial kürzeren, im erweiterten hohlen Buchsenkopf (114) geführten Kolbenkopf (122) und eine Rückstellfeder (124) für den Kolben (118) enthält, die in einer zwischen der den Kolbenkopf (122) aufnehmenden Ausnehmung des Buchsenkopfes (114) und der Bohrung des Buchsenansatzes (112) angeordneten Kammer*( 113) mittleren Durchmessers angeaxtnet ist und sich als gegen die Verformung der Membran

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(100) wirkendes Element an der Unterseite des Kolbenkopfes (122) abstützt.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein pneumatisches Steuersystem mit einer Druckluftquelle (157), Durchreguliereinrichtungen (156,172), einem elektrisch betätigten Magnetventil (160) und Druckluftleitungen (92) zur Betätigungseinrichtung (80,82,88) der Ansaug- und Ausstosseinrichtung (109), sowie mit einem in den Druckluftleitungen (92) angeordneten Strömungsbegrenzer (178,179) und einer elektrischen Steuer- und Schalteinrichtung (170) für das Magnetventil (160).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetventil (160) mit einem Entlüftungsauslass (161) versehen ist, der bei geöffnetem Ventil geschlossen und bei geschlossenem Ventil mit der zur Betätigungseinrichtung (80,82,88) führenden Druckluftleitung (92) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von aus einem Flüssigkeitsaufnehmer (128) und einer Ansaug- und Ausstosseinrichtung (109) gebildeten Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtungen zusammen mit einer gemeinsamen Betätigungseinrichtung (80,82,88)

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einer Einheit verbunden sind, dass, eine Kopfgehauseplatte (96) mit einer Vielzahl abgesetzter Bohrungen (102) vorgeae- ■ · hen ist, in jede dieser abgesetzten Bohrungen (102) eine Ansaug- und Ausstosseinriohtung (109) für je einen'"Flüssigkeitsauf nefemer (128) eingesetzt ist, aie Ansaug- und Ausstosseinriehtungen (10$) duroh eine gemeinsame Membran (100) abgedeckt sind und die Membran (.100) ein Druckluf t-Betätiger-r | gehäuse (80) gesetzt ist, das zwischen der Kopfgehäuseplatte (96) und einem darüber gesetzten Druckluft-Betätigergehäuse (80) eingepresst ist, das in seinem Boden mit den abgesetzten Bohrungen (102) der Kopfgehäuseplatte (96) ausgerichtet auf die Oberseite der Membran (100) führende DruckluftbeliEungen (88) enthält. .
7. Vorrichtung nach Anspruch 6$ dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtungen in mehre-

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ren gleichen Reihen zu einer Einheit mit rechteckigem Quer- ¹S schnitt angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7» dadurch gekennzeichnet, dass das Druokluft-Betätigergehäuse (80) mit einem Haupt-Druckluftkanal (82) in Form eine.r horizontalen, am einen Ende geschlossenen und am anderen Ende den Druckluftanschluss (90) tragenden Bohrung, mit Druckluft-Seitenkanälen (84) in Form von an beiden Enden verschlossenen und den Haupt-

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Druckluftkanal (82) rechtwinklig schneidenden horizontalen Bohrungen und mit auf der Oberseite der Membran (100) mündenden Druckluft-Zuführungskanälen (88) versehen ist, die in - Form vertikaler Bohrungen von der unteren Aussenflache des Betätigergehäuses (80) her in die Druckluft-Seitenkanäle (84) treffen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüsaigkeits-Aufnahme- und Zuteileinriohtungen in einer Reihe zu einer Einheit (222) angeordnet sind.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteiletnrichtung (128,250) oder eine Einheit (128,109,80,82,88) aus mehreren gleichzeitig betätigten Flüssigkeits-Aufnähme- und Zuteileinrichtungen vertikal verstellbaüjttber einer Grundplatte W (20) angebracht ist und auf dieser Grundplatte (20) unterhalb der Flüssigkeits-Aufnähme- und Zuteileinrichtung bzw. der Einheit von mehreren Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtungen dazu ausgerichtet ein Flüssigkeitsbehälter (70,7Oa) zum Eintauchen der Flüssigkeitsaufnehmer (128) und Ansaugen von Flüssigkeit und oberhalb des Flüssigkeitsbehälters (70,7Oa) eine Führung zum Einfahren eines Probenträgers (10) in ausge-

riohtete Stellung unterhalb der Flüssigkeits-Aufnahme und

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Zuteileinrichtung bzw. der Einheit von mehreren Flüssigkeits-Aufnahme- und Zutei!einrichtungen zjm Zuteilen der aufgenommenen Flüssigkeit zu 'den auf dem Träger angeordneten Probe "bzw. Proben angebracht sind.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einheit* (22) von mehreren gleichzeitig betätigten Flüssig- a keits-Aufnahme- und Zuteileinrichtungen und eine auf den Probentrager (40) angesetzte Mikrotitrationsplatte (HO) benutzt werden, wobei die Mikrotitrationsplatte (140) eine Vielzahl von Vertiefungen (142) aufweist, die in Anzahl und Anordnung den Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtungen gleich sind, und die Einstellung des Probenträgers (40) in seiner Betriebsstellung derart abgestimmt ist, dass jeweils eine Vertiefung (I42) der Mikrotitrationsplatte (140) unterhalb jedes Flüssigkeitsaufnehmers (128) der Flüssigkeits-Aufnahme- und

ί Zuteileinrichtungen eingestellt ist.
12« Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,. dass eine: Einheit.(222) von mehreren in einer Reihe angeordneten, gleichzeitig betätigten Flüssigkeits-Aüfnahrae- und Zuteileinrichtungen und eine auf den Probenträger (40) gesetzte Mikrotitrationsplatte (140) benutzt werden, wobei die Mikrotitrationsplatte .(HO) eine Vielzahl von in mehreren Eeihen angeordneten Vertiefungen (142), und zwar in gleicher Anzahl und

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Anordnung, wie die Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtungen in jeder Reihe aufweist und dass die Mikrotitrationspaltte (142) mittels des Trägers (40) mit jeder Reihe von Vertiefungen (142) unterhalb der Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtungen einstellbar ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch ge- W kennzeichnet, dass der Flüssigkeitsbehälter einen unter den Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtungen angeordneten Trog (70,7Oa) und einen seitlich dazu angeordneten Reservoirbehälter (66) enthält, dessen Auslass (76) zur Steuerung der in den Trog (70,70a) überführten Flüssigkeitsmenge unter Aufrechterhaltung einer konstanten Flüssigkeitsstandhöhe im Trog (70,7Oa) ausgebildet ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass ^ der Trog (70a)' eine Mehrzahl von Trennwänden (180) mit ausgerichteten, seitlichen, kreisbogenförmigen Ausbuchtungen (182) enthält, wobei je zwei sich gegenüberliegende Ausbuchtungen (182) eine Tasche (184) zum Eintauschen je eines Flüssigkeitsaufnehmers (128) bildet, deren Durchmesser derart auf den Querschnittsdurchmesser des Flüssigkeitsaufnehmers (128) abgestimmt ist, dass die innerhalb der Tasche (184) herrschende Oberflächenspannung der Flüssigkeit ausreicht,

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beim Herausheben.des Flüssigkeitsaufnehmers aus der !Flüssigkeit an seiner Aussenfläche" haftende Flüssigkeit abzuziehen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 Ms 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte hinter dem Flüssigkeitsbehälter (70,7Oa) eine Säule (24) trägt, an deren oberen !Deil eine Einrichtung (26,28) zum Heben und .!Senken, der Flüssigkeit s-Aufnähme- und Zuteileinrichtung bzw. -einrichtungen · ^ (22,222,250) angebracht ist. .
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass an der.Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtung bzw. -einrichtungen (22,220,250),dem Flüssigkeitsbehälter (70,7Oa) und dem Probenträger (40) Anschlageinrichtungen (130,65) zur genauen Höheneinstellung der Flüssigkeitsaufnehmer (128) bezüglich des Flüssigkeitsspiegels im Flüssigkeitsbehälter" (70,70a) bzw. der Probe (140,142) auf dem Probenträger (40) angebracht sind. -. '
17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (26,28) zum Heben und Senken der Flüssigkeits-Aufnahme- und Zuteileinrichtung bzw. -einrichtungen mit einer vertikal angeordneten Zahnstange (28), einem die Zahnstange (28) bewegenden Ritzel und einem das Ritzel .drehenden Handhebel (38) versehen ist.

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