DE2628640A1

DE2628640A1 - Vorrichtung zum pipettieren mit volumenkonstanten inkrementen

Info

Publication number: DE2628640A1
Application number: DE19762628640
Authority: DE
Inventors: Gerard Cuenoud; Rudolf Farkas; Georges Revillet; Manuel Dr Sanz
Original assignee: F Hoffmann La Roche AG
Current assignee: F Hoffmann La Roche AG
Priority date: 1975-06-27
Filing date: 1976-06-25
Publication date: 1977-01-13
Also published as: SE7607317L; US4150922A; CH597596A5; JPS525596A; GB1555814A; FR2315319A1; NL7606714A

Description

Vorrichtung
zum Pipettieren mit volumenkonstanten Inkrementen

Bei den Techniken zur Analyse von Flüssigkeiten, u.a. von biologischen Flüssigkeiten, geht die Tendenz zu immer kleineren Probenvolumen, die heute einige Mikroliter oder sogar einige Nanoliter betragen. Bei biologischen Flüssigkeiten tragen verschiedene technische und medizinische Faktoren zu einer Verstärkung dieses Trends bei. Die Medizin arbeitet zunehmend mit Informationen, die aus Analyseergebnissen gewonnen werden. So ist es üblich, an einer einzigen Probe eine Vielzahl von verschiedenen Analysen vorzunehmen. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, das für die Durchführung jeder Analyse benötigte Flüssigkeitsvolumen zu verringern, damit die dem Patienten entnommene Probe so klein wie möglich gehalten werden kann. Dies trifft insbesondere auf Analysen biologischer Flüssigkeiten zu, die Neugeborenen entnommen werden, oder wenn ein und demselben Patienten in kurzen Zeitabständen wiederholt Proben entnommen werden müssen. In der Praxis bedeutet die zunehmende Zahl der Analysen, daß sich Laboratorien vor Eaumprobleme gestellt sehen, und die einzige mögliche Lösung besteht darin, die Abmessungen der Instrumente und Geräte zu verkleinern.

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Wenn mit solchen Analysen weiterhin Ergebnisse erzielt werden sollen, die den für diesen Zweck gestellten sehr strengen Genauigkeitsanforderungen genügen, dann muß das Verhältnis der im Reagenzglas zusammengebrachten Flüssigkeitsvolumen einwandfrei exakt sein. Aus diesem Grund ist die Pipette eines der Elemente, die für die Analysenqualität bestimmend sind. Pipetten werden dazu benutzt, die sehr kleine zu analysierende Flüssigkeitsmenge und, im Falle von flüssigen Reagenzien, die verhältnismäßig viel größere Menge flüssigen Verdünnungsmittels und Reagenzien in Reagenzgläser zu füllen.

Es ist schwierig, eine Pipette herzustellen, die bei einem Volumenverhältnis im Bereich von 1:10 bis 1:100 oder sogar 1:200 und darüber sehr exakt arbeiten kann. Zur Lösung des Problems wurde vorgeschlagen, eine Pipette zu benutzen, die volumenkonstante Inkremente pumpt, wobei das konstante Volumen das Einheitspumpvolumen der Pipette ist (sh. US-PS 3 679 331). Selbstverständlich müssen die Inkzemsnte mit einer ziemlich hohen Frequenz wiederholt werden, wenn die Durchflußmenge der Verdünnungsmittel und Reagenzien, die häufig mehrere zehnmal größer sein kann als die Durchflußmenge des Inkrements, ein genügend rasches Pipettieren gestatten soll, denn wenn eine Probe in einem Flüssigkeitsvolumen verdünnt werden soll, das etwa das 100- bis 200faehe des Volumens des Pipetteninkrements beträgt, müssen die Inkremente in einer sehr raschen Aufeinanderfolge abgegeben werden, wenn der Vorgang nicht langer als einige Sekunden dauern soll. Auch ist es wichtig, daß die (Trägheit der Antriebsvorrichtung für die Pipette sehr niedrig ist, um sicherzustellen, daß sich die Pipette ohne Verzögerung ein- und ausschaltet.

Das Volumen des die Arbeitseinheit der Pipette bildenden Inkrements muß unabhängig von der Viskosität der verpumpten Flüssigkeit, der Umgebungstemperatur und dem Alters- oder Abnutzungszustand der pumpenden Bauteile exakt wiederholbar sein. Diese Forderungen werden bei Pipetten häufig gestellt; es kann beispielsweise gefordert sein, daß eine Pipette zu

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Analyse zwecken einige Iskremente einer Probe aufnimmt und dann zur Verdiinnung eine große Zahl von Inkrementen abgibt.

Die bekannten Pumpvorrichtungen, insbesondere diejenigen mit Antrieb durch. Rotationsaotoren (sh. US-PS 3 679 331), erfüllen alle vorstehend genannten Forderungen nicht, da die Trägheit bei durch solche Motoren angetriebenen Systemen zu groß ist, als daß diese in der Lage wären, zwischen zwei Inkrementen ohne Verzögerung ein- und auszusehalten. Sie brauchen einige Zeit, Ms sie ihre normale Betriebsgeschwindigkeit erreicht haben, und benötigen weitere Zeit zum Anhalten. Es ist für eine solche Vorrichtung praktisch unmöglich, sich einzuschalten, dann am Ende eines einzigen verpumpten Inkrements auszuschalten und dann anschließend und ohne Übergang von Aufnahme auf Abgabe umzuschalten.

Es ist eine elektromagnetisch betätigte Pumpvorrichtung vorgeschlagen worden (sh. US-PS 3 819 305). Elektromagnetische Betätigung ist für einen Ein-/Ausschalt-Vorgang, beispielsweise zum Öffnen und Sehließen von Ventilen geeignet, ein exaktes Steuern der wechselnden Veränderung des Volumens einer Pumpkammer läßt sich jedoch wegen der der Bewegung des beweglichen Bauteils eines Elektromagneten inhärenten Amplitudensehwankungen damit nicht erreichen. Nun muß aber die Bewegungsamplitude, die mit der Größe der Inkremente direkt verknüpft ist, innerhalb + 1$ genau sein, was einer Genauigkeit von etwa + 0,1 mm entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mit volumenkonstantem Inkrement arbeitende Pipette zu schaffen, welche alle vorstehend erwähnten Forderungen erfüllt.

Bei einer Vorrichtung zum Pipettieren mit volumenkonstanten Inkrementen, mit einer Pumpvorrichtung, bei der eine Leitung an ihren Enden an eine von zwei Einlaßöffnungen je eines ersten und eines zweiten Ventils angeschlossen ist und die Leitungswand wenigstens einen beweglichen Abschnitt hat, um

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eine voltunenveränderliche Pipettierkammer zu bilden, wobei die zweite Einlaßöffnung bei dem einen Ventil die Einlaßöffnung für von der Vorrichtung zu pipettierende Flüssigkeit und beim anderen Ventil die Abgabeöffnung für pipettierte Flüssigkeit bildet, ferner mit drei hin- und herbewegbaren Verstellgliedern, die je an eines der Ventile und an den beweglichen Abschnitt der Leitungswand angeschlossen sind, und mit einer Folgesteuervorrichtung für die Verstellglieder, ist erfindungsgemäß die Folgesteuervorrichtung für das an den bewegliehen Abschnitt der Leitungswand angeschlossene Verstellglied ein Elektromagnet, der durch einenperiodisehen Strom erregbar ist, und mit dem Verstellglied ist eine Vorrichtung verbunden, welche die Hubamplitude des Ankers des Elektromagneten und dadurch die Wegamplitude des Verstellgliedes so steuert, daß das Flüssigkeitsvolumen, welches durch die Bewegung des beweglichen Abschnittes der Leitung, die ihrerseits durch die gesteuerte Bewegung des Verstellgliedes erzeugt worden ist, verdrängt worden ist, dem für das pipettierte Inkrement geforderten Volumen entspricht,* unabhängig davon, wie sich vom Verstellglied zu überwindende Widerstände verändern.

Die !Trägheit einer solchen Vorrichtung ist sehr klein. Dazu kommt, daß das Verstellglied, das den beweglichen Abschnitt der Pipettierkammer antreibt, sieh aus einer ersten axialen Stellung in eine zweite axiale Stellung bewegt, wobei der Unterschied zwischen den beiden Stellungen dem Volumen des geforderten Inkrements entspricht, so daß Genauigkeit unabhängig von geglichen störenden Einflüssen gewährleistet ist. Dies ist wichtig, da sich die Bewegung des beweglichen Kerns oder Ankers eines Elektromagneten oder Solenoids bei einer seine Wicklung erregenden gegebenen Spannung abhängig vom angetroffenen mechanischen Widerstand verändert, was mit den oben beschriebenen Erfordernissen nicht vereinbar ist.

Ausführungsbeispiele einer Pipettiervorrichtung nach der Erfindung werden im folgenden anhand sehematischer Zeichnungen erläutert. Es zeigts

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Pig. 1 eine Seitenansicht der Vorrichtung nach der Erfindung, "bei der einige Teile weggekrochen sind,

Pig. 2 den Schnitt H-II in Pig. 1,

Pig. 3 eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Darstellung des Pumpengehäuses,

Pig. 4 ein Blockschaltbild der elektrischen Steuerschaltung für die Vorrichtung,

Pig. 5 eine Einzelheit aus dem Blockschaltbild in Pig. 4,

Pig. 6a bis 6g grafische Darstellungen charakteristischer Signale, die von verschiedenen Bauelementen der in Pig. 4 und 5 dargestellten Steuerschaltung erzeugt werden,

Pig. 7 eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Einzelheit der in Pig. 1 dargestellten Vorrichtung,

Pig. 8 bis 10 perspektivische Ansichten von zwei anderen Ausführungsformen des Pumpengehäuses,

Pig. 11 eine perspektivische Ansicht einer anderen mechanischen Anordnung der Verstellstangen, Pederbänder und Weicheisen-Stücke der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung und

Pig. 12 eine perspektivische Ansicht in auseinandergezogener Darstellung der in Pig. 11 gezeigten Anordnung.

Die in Pig. 1 und 2 dargestellte Pipettiervorrichtung weist drei getrennte Baugruppen auf, nämlich ein Pumpengehäuse 1 in Gestalt eines Blockes von überwiegender Längsausdehnung aus einem durchsichtigen Werkstoff, beispielsweise aus Glas, eine Steuervorrichtung 2 für die Pumpenbetätigungsglieder,

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und einen elektrischen Anschluß 3 zum Verbinden der Steuervorrichtung 2 mit einer in den Blockschaltbildern der Pig. 4 und 5 darge stellten elektrischenSteiierschaltung.

Wie in Pig. 1 und 3 zu erkennen, ist eine durch das Pumpengehäuse 1 verlaufende Leitung 4 in vier Abschnitte unterteilt: in zwei Endabschnitte 4a und 4d, die an zwei einander abgewandten Flächen des Pumpengehäuses 1 munden, und in zwei Zwischenabschnitte 4b und 4c Der Endabsehnitt 4a endet in einem Anschlußrohr 5, der Endab schnitt 4d in einem Anschlußrohr 6, das an einen in Pig. 3 gezeichneten Flüssigkeitsbehälter 6a anschließbar ist. Die Zwischenabschnitte 4 b und 4c verbinden drei Gefäße 7» 8 und 9 miteinander, die in die der Steuervorrichtung 2 zugewandte Fläche 10 des Pumpengehäuses 1 eingearbeitet sind. Der Endabsehnitt 4a fuhrt zum Gefäß 7, der Endabsehnitt 4d zum Gefäß 9. Wie in Fig. 3 zu erkennen, hat jedes der Gefäße 7 und 9 einen ringförmigen Vorsprung 7a bzw. 9a, dessen Scheitel sich auf dem Hiveau der Fläche 10 des Pumpengehäuses 1 erstreckt. Der Vorsprung 7a trennt die an das Gefäß 7 angeschlossenen Enden des Endabschnittes 4a und des Zwischenabschnittes 4b der Leitung 4 voneinander, währerdder Vorsprung 9a die an das Gefäß 9 angeschlossenen Enden des Zwischenabschnittes 4c und des Endabschnittes 4d der Leitung 4 voneinander trennt.

Konzentrisch zu den Gefäßen 7, 8 und 9 sind an die Fläche drei kreisrunde Membranen 11, 12 und 13 durch, mit Außengewinde versehene Klemmringe 14, 15 und 16 (Fig. 1 und 2) mit Zwischenschaltung von Dichtringen 17, 18 und 19 aus Kunststoff angepreßt. Der Durchmesser der Membranen 11, 12 und 13 ist größer als derjenige der zugehörigen Gefäße 7» 8 und 9» so daß die Klemmringe 14, 15 und 16 die Membranen 11, 12 und 13 in den die Gefäße 7, 8 und 9 umgebenden Bereichen der Fläche 10 zusammendrücken, wobei sie das Zentrum jeder der Membranen 11, 12 und I3 frei lassen. Mit dem Zentrum der Außenfläche jeder Membran 11, 12 oder I3, die ein Formling aus Polyäthylen ist, ist ein zugehöriger Zapfen 11a, 12a

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bzw. 13a oder ein !Finger o.dgl. einstückig verbunden, der mit einem Gewinde in ein Innengewinde einer zugehörigen Verstellstange 20, 21 bzw. 22 eingeschraubt ist. Der Durchmesser der Zapfen 11a, 12a und 13a ist mit demjenigen der ringförmigen Vorsprünge 7a und 9a der Gefäße 7 und 9 im wesentlichen gleich.

An ihren anderen Enden tragen die Verstellstangen 20, 21 und 22 je ein trapezförmiges Weicheisen-Stück 20a, 21a bzw. 22a, das in den zugehörigen Luftspalt eines von drei Elektromagneten 23» 24 und 25 eindringt und dessen beweglichen Anker bildet. Me Verstellstangen 20, 21 und 22 sind mit dem Vorrichtungsgestell, das von zwei Platten 26 und 27 (Fig. 2) gebildet ist, über elastische Lager in Gestalt von Pederbändern 28, 29 und 30 verbunden, deren Enden an den Platten 26 und 27 mit beiderseits der zugehörigen Verstellstange 20, 21 oder 22 angeordneten Stiften 31 befestigt sind. Die Verstellstangen erstrecken sich durch zu den Mittelachsen der Pederbänder 28, 29 und 30 zentrierte Öffnungen. Die Federbänder 28, 29 und 30 sind an die Weicheisen-Stücke 20a, 21a und 22a angenietet. Wenn kein Strom durch die Elektromagnete 23 und 25 fließt, halten die Federbänder und 30 die Membranen 11 und 13 an den ringförmigen Vorsprüngen 7a und 9a in Anlage. Wenn die Membranen 11 und die vorstehend beschriebene Stellung einnehmen, sind die zum Gefäß 7 führenden Enden des Endabschnittes 4a und des Zwischenabschnittes 4b der Leitung 4 ebenso wie die zum Gefäß 9 sich erstreckenden Enden des Zwishenabsehnittes 4c und des Endabschnittes 4d voneinander getrennt. Polglich bilden die Gefäße 7 und 9 und die zugehörigen Merabranen und 13 zwei Ventile an der Leitung 4.

Dagegen können das Gefäß 8 und die zugehörige Membran 12 die Zwischenabschnitte 4b und 4c der Leitung 4 nicht voneinander trennen, da das Gefäß 8 keine den Vorsprüngen 7a und 9a der Gefäße 7 und 9 ähnliche ringförmige Vorsprünge hat. Das Gefäß 3 und die Membran 12 bilden das Pumpaggregat der

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Pipette, wobei das Pumpvolumen durch die sich aus dem axialen Verstellen der Verstellstange 21 zwischen ihren Endstellungen ergebende Volumenänderung des Raumes zwischen der Wand des Gefäßes 8 und der Membran 12 bestimmt ist.

Eine interessante andere Anordnung der Verstellglieder, Federbänder und Weicheisen-Stüeke der in Pig. 1 dargestellten Vorrichtung zeigen Fig. 11 und 12 am Beispiel nur der Verstellstange 20, da diese Anordnung für die Verstellstange 21 oder 22 gleich ist. Die Verstellstange 20 ist am Weicheisen-Stück 20a mit einer seitliehen Schraube 20c angebracht und geht frei durch das Federband 28 und einen Querstift 2Od, der am Federband 28 anliegt. Beide Enden des Federbandes sind am Gehäuse der Pipettier-Vorrichtung angebracht, ihr mittlerer Abschnitt stützt sich am Querstift 2Od ab. Diese Anordnung unterscheidet sich von der oben beschriebenen dadurch, daß das Federband 28 nicht an das Weicheisen-Stück 20a angenietet ist, welches mit dem Querstift 2Od einen Bügel bildet, an dem sich das Federband 28 abstützt. Bei dieser Ausführungsform hat das Federband 28 eine große Bewegungsfreiheit, die eine verbesserte mechanische Funktion und dadurch eine größere Genauigkeit der Pipettier-Vorrichtung ermöglicht.

Da die beschriebene Vorrichtung für eine Inkremental-Pipette bestimmt ist, muß das Pumpvolumen selbstverständlich genau sein und ihre Genauigkeit muß unabhängig vom Widerstand, auf den die Verstellstange 21 trifft, siehergestellt sein, da sonst die die beschriebene Vorrichtung aufweisende Pumpen-Baugruppe nur eine gewöhnliche Pumpe wäre.

Die Verstellstange 21 trägt daher eine Platte 21b, die aus

magnetischer

einem Weichferrit mit schwaeher/Remanenz-Charakteristik hergestellt und zwischen zwei Abtastwicklungen 32 und 33 eines Bewegungsdetektors angeordnet ist. Die Abtastwicklungen 32 und 33 sind ü?eil einer elektronischen Steuerschaltung, die nachfolgend in Verbindung mit Fig. 4, 5 und 6a bis 6g beschrieben wird.

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Die in Pig. 4 dargestellte Steuerschaltung für die Gesamtheit der Pipettier-Vorrichtung weist eine Zeifbasis CL auf, die mit einer sechsfach höheren Frequenz als die Pumpfrequenz beim gezeigten Beispiel 198 Hz - periodische Signale wie in Pig. 6a gezeigt abgibt. Der Ausgang der Zeitbasis CL ist mit dem Eingang eines Steuersignal-Generators GS verbunden, der auch an den Ausgang eines Programmierers PR angeschlossen ist. Dieser dient dazu, das Pumpprogramm, u.a. die Zahl der zu verpumpenden Inkremente und die Betriebsart - Aufnahme oder Abgabe - zu bestimmen und das Startsignal für das Arbeitsspiel zu geben. In einer verbesserten Ausführungsform ist eine Zeitbasis CL verwendet, die periodische Signale mit einer Frequenz von 120 Hz abgibt.

Der Steuersignal-Generator GS ist vorzugsweise von einem Schieberegister gebildet, das drei Kippstufen aufweist. Diese sind so geschaltet, daß sich eine Folge von sechs Zuständen ergibt, so daß an jedem der drei Ausgänge des Steuersignal-Generators GS ein Signal erzeugt wird, nämlich ein Signal CS für die Ventilsteuerung, ein Signal AS, durch das das Signal CS jedem der Elektromagnete 23 und 25 zugeleitet wird, und ein Signal CP zum Steuern des Pumpvorganges. Die Signale CS, AS und CP sind in Pig. 6b, 6c und 6d dargestellt.

Der Steuersignal-Generator GS erzeugt Rechteck-Signale, Würden diese als solche den Wicklungen der Elektromagnete 23, 24 und 25 zugeführt, würden die zugehörigen Verstellstangen 20, 21 und 22 abrupte Bewegungen ausführen und es bestünde die Gefahr der Blasenbildung in der Flüssigkeit, was sich auf die Genauigkeit der Pipette nachteilig auswirken würde. Das Signal CS muß daher einen Anstiegsbegrenzer LP und das Signal CP einen Positionsbezugs-Generator GR durchlaufen.

Die Aufgabe des Anstiegsbegrenzers LP besteht darin, die Geschwindigkeit des Stromanstiegs in den Wicklungen der Elektromagnete 23 und 25 zu begrenzen und auf diese Weise

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die Bewegungen der Ventile weniger abrupt zu machen. Fig. 6e und 6g zeigen die aus dem Signal CS sich ergebenden Erregersignale für die Elektr©magnete 23 und 25, Fig. 6f das Erregersignal für den Elektromagneten 24. Bevor auf weitere Einzelheiten der Punktion des Bezugssignal-Generators GR eingegangen wird, der das in Fig. 6f dargestellte Signal abgibt, soll die Wählschaltung beschrieben werden, die das selektive Zuführen des Signals CS zu den Elektromagneten und 25 ermöglicht.

Die Wählschaltung hat zwei exklusive ODER-Glieder 0U1 und 0U2. Bei jedem von ihnen sind die beiden Eingänge A und B je mit einem Ausgang des Programmierers PR verbunden, der dazu dient, in herkömmlicher Weise ein Signal nur dann abzugeben, wenn die Pipette aufnehmen soll, und an den zweiten Ausgang des Steuersignal-Generators GS angeschlossen, an dessen Ausgang das Leitsignal AS (Fig. 6e) erscheint. Zwischen den zweiten Ausgang des Steuersignal-Generators GS und das ODER-Glied 0U1 ist ein Inverter IV zwischengeschaltet. Die Ausgänge X1 und X2 der ODER-Glieder OU1 und OU2 steuern je einen elektronischen Schalter S1 bzw. S2 zum selektiven Verbinden des Anstiegsbegrenzers LP mit Leistungsverstärkern AP1 und AP 2 über je einen Amplitudeneins teller A1 und A2. Die Ausgänge der Leistungsverstärker AP1 und AP2 sind mit den Wicklungen der zugehörigen Elekt ro magnete 23 und 25 verbunden.

Es sei daran erinnert, daß die Arbeitsweise von exklusiven ODER-Gliedern auf der Beziehung
X = Αφ B = Α.! + X.B
beruht. Es ergibt sich folgende Beziehung:

D B

A	B	X = A
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

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Wegen des Vorhandenseins des Inverters IV bleibt das ODER-Glied OU1, wenn am Eingang A kein Signal steht,während der ersten Hälfte des Signals AS (Fig. 6c) geschlossen, während

seinem Eingang B sich das ODER-Glied 0U2, das die erste Hälfte des Signals AS an/ erhält, öffnet. In der zweiten Hälfte des gleichen Signals AS kehren sich die Verhältnisse um. Bei Aufnahme-Betrieb ändert das gleichzeitige Erseheinen eines Signals an den Α-Eingängen der ODER-Glieder 0TJ1 und OU2 deren Öffnungsreihenfolge und daher die Betätigungsreihenfolge der Elektromagnete 23 und 25» wobei die Schaltreihenfolge des vom Anstiegsbegrenzer LP verarbeiteten Signals CS umgekehrt wird, weil die Schalter S1 und S2 in der umgekehrten Reihenfolge betätigt werden.

Das den Pumpvorgang steuernde Signal CP, welches am dritten Ausgang des Steuersignal-Generators GS erscheint, wird im Positionsbezugssignal-Generator GR verarbeitet, mit dem sich die Amplitude und die Plankensteilheit des Signals VRx (Fig. 6f) festlegen lassen. Derjenige Ausgang des Posiüonsbezugssignal-Generators GR, an dem das Signal VRx erscheint, ist mit einem Eingang eines Reglers RE verbunden, dessen zweiter Eingang an den Ausgang Vx eines Synchrondemodulators DS angeschlossen ist.

Bevor weiter auf das Verarbeiten der Signale VRx und Vx im Regler RE eingegangen wird, soll anhand Pig. 5 beschrieben werden, wie das Signal Vx aufbereitet wird.

In Pig. 5 sind die mit dem Gefäß 8 verbundene Membran 12, die Verstellstange 21 mit der Weichferrit-Platte 21b und dem beweglichen Anker in Gestalt des Weicheisen-Stücks 21a, der Elektromagnet 24 und die Abtast-Wicklungen 32 und 33 zu erkennen, die beiderseits der Weiehferrit-Platte 21b angeordnet sind und als Bewegungsabtaster dienen. Mit je einem Ende der AWast-Wicklungen 32 und 33 und dem Eingang des Synchrondemodulators DS ist ein 40-kHz-Oszillator Os verbunden. In einer verbesserten Ausführungsform ist ein

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20-kHz-Oszillator verwendet. Die Abtast-Wicklungen 32 und sind auch, über ein mit ihnen eine Wheatstone-Brüeke bildendes ITullstell-Potentiometer PA und einen Vorverstärker PRE an den Synchrondemodulator DS angeschlossen. Der Vorverstärker PEE verstärkt die Spannung über der Brüekendiagonale, die abhängig ist von den Induktivitäten der Abtast-Wicklungen 32 und 33» welche sieh ihrerseits zueinander entgegengesetzt verändern, wenn sich die Weichferrit-Platte 21b entlang der Längsachse der Verstellstange 21 bewegt.

Der Synchrondemodulator DS, der vom Vorverstärker PEE ein mit der Frequenz des Oszillators OS moduliertes Signal SM erhält, ist eine Abtast- und Halteschaltung, die die Spitzenwerte der durch den Detektor modulierten Spannung abzutasten und zu halten vermag, so daß er die Stellung der Verstellstange 21 während ihrer Verstellung anzuzeigen vermag und dabei an seinem mit dem Eingang des Eeglers EE verbundenen Ausgang das Signal Vx bereitstellt. Der Regler EE erzeugt ein Positionsfehlersignal, indem er die Signale VEx und Vx miteinander vergleicht und wandelt das Positionsfehlersignal in ein Steuersignal für den Elektromagnetstrom um, das von einem Leistungsverstärker AP verstärkt wird. Das letztgenannte Signal hat das Bestreben, den Unterschied zwischen VEx und Vx so zu verringern, daß die Verstellung der Verstellstange 21 tatsächlich dem vom Positionsbezugssignal-Generator GE festgelegten Signal VEx entspricht.

Wie in Fig. 4 zu erkennen, ist mit dem dritten Ausgang CP des Steuersignal-Generators GS eine Zähl- und Vergleichsschaltung CO verbunden, die die Inkremente zählt und an ihrem zweiten Eingang an einen Volumenwähler SV zum Einstellen der Inkrementenzahl angeschlossen ist. Der Ausgang der Zähl- und Vergleichsschaltung CC ist mit dem Programmierer PE verbunden und übermittelt diesem ein Stoppsignal, sobald die Zahl der gezählten Inkremente der am Volumenwähler SV gesetzten Inkrementenzahl gleich ist.

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Pig. 7 zeigt von einer abgewandelten Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung nur die Betätigungsvorrichtung für die das Volumen des gepumpten Incrementes bestimmende Membran 12. Die Verstellstange ist zweiteilig mit zwei Stangenabschnitten 21' und 21" ausgeführt, zwischen denen eine Feder 34 zusammengedrückt ist. Am Vorrichtungsgestell stützt sieh über eine Abstützung 37 eine zweite Feder 29' ab, die das Bestreben hat, den Stangenabschnitt 21" und den beweglichen Anker 21 "a des Elektromagneten 24 in axialem Abstand vom Elektromagneten 24 zu halten. Dasjenige Ende des Stangenabschnittes 21", das dem mit dem Anker 21"a verbundenen Ende abgewandt ist, endet in einer Steuerkurve 21"c, die von zwei zylindrischen Abschnitten 21 "c.j und 21 "Cg gebildet ist. Diese haben untereinander verschiedene Durchmesser und sind durch einen konischen Abschnitt 21 ^Mc, miteinander verbunden. Die Kurve 21"c betätigt zwei Hebel 35 und 36, die um zwei parallele Schwenkstifte 35a und 36a schwenkbar sind und sich an einem ihrer Enden an der Steuerkurve 21 "c abstützen, während ihre anderen Enden an einer mit dem Stangenabschnitt 21· starr verbundenen Scheibe 21'd anliegen. Die Feder 34 dient dazu, Spiel zwischen den Hebeln 35 und 36 und den beiden Stangenabschnitten 21* und 21" auszugleichen.

Sobald der Elektromagnet 24 erregt wird, zieht er den Stangenabschnitt 21" an und die Hebel 35 und 36 wandern vom kleineren Abschnitt 21 "c. zum größeren Abschnitt 21 "Cp. Die Hebel 35 und 36 schwenken in den mit Pfeilen F1 und F2 angegebenen Richtungen um einen Winkel, der durch den Unterschied zwischen den Durchmessern der Abschnitte 21"C₁ und 21"Cp bestimmt ist. Der Schwenkwinkel der Hebel 35 und 36 bestimmt die Wegamplitude des Verstellstangenabschnittes 21*. Die sich aus der Verformung der Membran 12 ergebende Volumenänderung ist daher von der Bewegung des Stangenabschnittes 21" unabhängig und nur durch den Unterschied zwischen den Durchmessern der beiden zylindrischen Abschnitte 21"c- und 21"c₂ der Steuerkurve 21"c bestimmt. Selbstverständlich muß die kleinste Wegamplitude des Verstellstangenabschnittes 21"

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ausreichend sein, um die Hebel 35 und 36 vom Abschnitt 21¹¹C₁ zum Abschnitt 21 "Cp der Steuerkurve 21 "c wandern zu lassen.

Ein weiteres sehr wichtiges und nützliches Merkmal der Vorrichtung nach der Erfindung ist insbesondere in Pig. 2 zu erkennen und besteht darin, daß am Pumpengehäuse 1, das aus einem durchsichtigen Werkstoff, beispielsweise aus Glas hergestellt ist, eine Fläche 10a, die zur der Steuervorrichtung 2 zugewandten Fläche 10 parallel verläuft, im Bereich zwischen den Platten 26 und 27 als Inspektionsfenster dient, durch das die gesamte Leitung 4 und die Gefäße 7» 8 und 9 beobachtet werden können. Diese eingebaute Möglichkeit zur Beobachtung der Leitung 4 und der Ventile der Pipette ist in der Praxis von beträchtlicher Wichtigkeit, da sie das Feststellen von Luftblasen ermöglicht. Selbstverständlich machen Luftblasen ein exaktes Pipettieren unmöglich. Die Beobachtung kann weiter verbessert werden, wenn das Pumpengehäuse 1 vom entsprechend Fig. 1 rechten oder linken Ende her beleuchtet wird.

Weiterhin sind in Fig. 2 die sehr gedrängte Anordnung der Pipetten-Bauteile, die geringe Dicke der Pipette und auch die Möglichkeit zu erkennen, die Pipette an einer Unterlage anzuordnen und von dieser wegzunehmen, was durch den Verbinder 3 möglich gemacht ist, der zum Verbinden der Vorrichtung mit der in Fig. 4 und 5 dargestellten Steuerschaltung in ein nicht gezeichnetes Gegenstück eingesetzt werden kann. Durch die sehr flache Ausbildung der Pipette ist es möglich, eine Mehrzahl ähnlicher Pipetten nebeneinander auf sehr kleinem Raum anzuordnen. Auch kann eine Pipette durch eine andere Pipette, die beispielsweise ein verschiedenes Reagenz enthält, durch einfaches Umstecken ersetzt werden. Um das Ausscheiden von Luftblasen zu erleichtern, wird die Pipette vorzugsweise mit vertikal orientiertem Pumpengehäuse 1 angeordnet.

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Wie oben angegeben, ist das Pumpengehäuse 1 bevorzugt aus Glas hergestellt. Ein derartiges Pumpengehäuse läßt sich einfacher herstellen, wenn es, wie bei der in Fig. 8 dargestellten Ausführungsform, in zwei aneinander anpreßbaren Gehäuseteilen 1a und 1b ausgebildet ist. Die Gefäße 7, 8 und 9 sind in diejenige Fläche des Gehäuseteils 1a eingearbeitet, die zu der dem Gehäuseteil 1 b benachbarten Fläche parallel verläuft. Durch den Gehäuseteil 1a erstrecken sich senkrecht zu den beiden parallelen Flächen vier Leitungen 4'b, 4"b, 4'c und 4"c Die Leitungen 4*b und 4*c erstrecken sich/zu^sden Gefäßen 7 und 9 hin, die Leitungen 4"b und 4"c/SuS Gefäß 8. Die anderen Enden der Leitungen 4'b, 4"b und 4"e und 4'c sind paarweise je durch eine Leitung 4^xb und 4*c miteinander verbunden, die aus der dem Gehäuseteil 1b benachbarten Fläche des Gehäuseteils 1a herausgearbeitet sind. Die Gefäße 7 und mit der Außenseite des Pumpengehäuses verbindende Leitungen 4'a und 4'd sind je von einer Aussparung gebildet, die zur zugehörigen Fläche, bis zu der sie sieh erstreckt, senkrecht verläuft.

Bei einer in Fig. 9 und 10 dargestellten weiteren abgewandelten Ausführungsform ist das Pumpengehäuse von zwei blockförmigen Gehäuseteilen 1A und 1B gebildet und in die dem Gehäuseteil 1B benachbarte Fläche des Gehäuseteils 1A sind Leitungen 4A, 4B, 4C und 4D eingearbeitet. Die Leitungen 4A, 4B, 4C und 4D werden durch Ultraschallbearbeitung ausgebildet, wonach die beiden Gehäuseteile 1A und 1B durch Verschmelzen in der in Fig. 10 gezeigten Weise zusammengefügt werden. Danach werden die Gefäße 7» 8 und 9 maschinell eingearbeitet.

Selbstverständlich kann das in Fig. 3, 8 oder 9 und 10 dargestellte Pumpengehäuse auch in einer Pipettier-Vorrichtung verwendet werden, die in ihrer konstruktiven Gestaltung von der beschriebenen Vorrichtung abweicht. Die beschriebene Vorrichtung könnte auch in Verbindung mit einem anderen als dem in den genannten Figuren dargestellten Pumpengehäuse verwendet werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1J Vorrichtung zum Pipettieren mit volumenkonstanten Inkrementen, mit einer Pumpvorrichtung, bei der eine leitung an ihren Enden an eine von zwei Einlaßöffnungen je eines ersten und eines zweiten Ventils angeschlossen ist und die Leitungswand wenigstens einen beweglichen Abschnitt hat, um eine volumenveränderliche Pipettierkammer zu bilden, wobei die zweite Einlaßöffnung bei dem einen Ventil die Einlaß-Öffnung für von der Vorrichtung zu pipettierende Flüssigkeit und beim anderen Ventil die Abgabeöffnung für pipe'ttierte Flüssigkeit bildet, ferner mit drei hin- und herbewegbaren Verstellgliedern, die je an eines der Ventile und an den beweglichen Abschnitt der Leitungswand angeschlossen sind, und mit einer Folgesteuervorrichtung für die Verstellglieder, dadurch gekennzeichnet , daß die Folgesteuervorrichtung für das an den beweglichen Abschnitt der Leitungswand angeschlossene Verstellglied (Verstellstange 21) ein Elektromagnet (24) ist, der durch einenperiodisehen strom erregbar ist, und daß mit dem Verstellglied (Verstellstange 21) eine Vorrichtung verbunden ist, welche die Hubamplitude des Ankers (21a) des Elektromagneten (24) und dadurch die Wegamplitude des Verstellgliedes (Verstellstange 21) so steuert, daß das Flüssigkeitsvolumen, welches durch die Bewegung des beweglichen Abschnittes der Leitung (4) verdrängt worden ist, welche ihrerseits durch die gesteuerte Bewegung des Verstellgliedes (Verstellstange 21) erzeugt worden ist, dem für das pipettierte Inkrement geforderten Volumen entspricht, unabhängig davon, wie sieh vom Verstellglied (Verstellstange 21) zu überwindende Widerstände verändern.

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2. Vorrichtung nach. Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Leitung (4) starr ist.
3. Verrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (4) in einem starren Gehäuse (1) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Leitung (4) in einem starren, durchsichtigen Gehäuse (1) ausgebildet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der jedes Ventil ein Gefäß hat, von dessen Grund eine Rippe vorspringt, die das Gefäß in zwei voneinander unabhängige Räume unterteilt, wobei der Scheitel der Rippe in einer Ebene mit dem Rand des zugehörigen Gefäßes liegt und die eine der Einlaßöffnungen in dem mit dem ersten der beiden Räume verbundenen Wandteil des Gefäßes und die andere in dem zum zweiten Raum gehörenden Wandteil des Gefäßes ausgebildet ist, und eine mit einem solchen Gefäß verbundene Membran, die eine genügende Ausdehnung hat, um das Gefäß durch abdichtendes Anliegen ihres Umfangsteils am Rand des Gefäßes zu verschließen, und mit einem Verstellglied starr verbunden ist, das sie in zwei verschiedene Stellungen zu verstellen vermag, wobei sie in der einen am Scheitel der Rippe anliegt und sich in der anderen im Abstand davon befindet, dadurch gekennzeichnet, daß die Gefäße (7,9) der Ventile in die Fläche (10) des Pumpengehäuses (1) eingearbeitet sind, und daß die Leitung (4) ein in die Fläche (10) des Gehäuses (1) eingearbeitetes drittes Gefäß (8) aufweist, eine mit diesem verbundene dritte Membran (12) von genügender Ausdehnung, um das Gefäß (8) durch abdichtendes Anliegen ihres Umfangsteils am Gefäßrand zu verschließen, wobei die dritte Membran (12) der bewegliche Abschnitt der Umschließungswand ist und an dem mit diesem beweglichen Abschnitt verbundenen Verstellglied (Verstellstange 21) starr befestigt ist, und wobei in die Begrenzungswand des Gefäßes (8) zwei Öffnungen gebohrt

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sind, und zwei rohxförmige Kanäle (Leitungsabschnitte 4b,4c), die in das Pumpengehäuse (1) eingearbeitet und je mit einem Ende an die erste bzw. die zweite dieser Öffnungen und am anderen Ende an die erste Einlaßöffnung des einen Ventils bzw. an die entsprechende Einlaßöffnung des anderen Ventils angeschlossen sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Pumpengehäuse (1) ein Block von überwiegender Längsausdehnung ist, und daß die drei Gefäße (7,8,9) in dieselbe Fläche (10) des Pumpengehäuses (1) eingearbeitet sind, daß die Verstellglieder parallele Stangen (20,21,22) sind, die sich senkrecht zur Fläche (10) des Blockes erstrecken, und daß die dem Block benachbarten Stangenenden mit einem Abschnitt (Zapfen 11a, 12a, 13a) der zugehörigen Membran (11, 12, 13) verbunden sind, der an derjenigen Fläche der Membran (11, 12, I3) starr befestigt ist, die der Fläche abgewandt ist, mit der die Membran (11, 12, 13) das zugehörige Gefäß (7,8,9) verschließt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das andere Ende jeder Ventil-Verstellstange (20,21,22) mit dem beweglichen Anker (20a, 21a,22a) eines der betreffenden Verstellstange (20, 21, 22) zugeordneten Elektromagneten (23, 24, 25) starr verbunden ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zum Steuern der Hubamplitude des beweglichen Ankers (21a) einen Bewegungsdetektor aufweist, der den bewegliehen Wandabsehnitt der Leitung (4) zugeordnet ist und ein der Bewegung der Verstellstange (21) proportionales Signal erzeugt, und einen Regler (IE), der abhängig vom festgestellten Fehler zwischen einem solchen Signal und dem sich aus der periodischen Spannung ergebenden Signal ein Signal liefert, das den Erregerstrom des Elektromagneten (24) so steuert, daß die Hubamplitude des Ankers (21a) derjenigen entspricht, die für das angestrebte Volumen des Pipetteninkrements kennzeichnend ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß an der Verstellstange (Stangenabschnitte 21', 21"), die mit der den verformbaren Wandabschnitt der Leitung (4) bildenden Membran (12) verbunden ist, eine zu ihr gleichachsige Scheibe (21 *d) befestigt ist, auf die ein elastisches Glied (Feder 34), das sich an der der Membran (12) abgewandten Scheibenfläche abstützt, und wenigstens ein Hebel (35,36), der mit einem seiner beiden Arme an der anderen Scheibenfläche anliegt, gegmarinnig wirkende Kräfte auftragen, wobei der zweite Arm des Hebels (35,36) einen !Fühler bildet, der durch das elastische Glied (Feder 34) an einer Steuerkurve (21"c) in Anlage gehalten ist, die mit dem bewegliehen Anker (2i"a) des Elektromagneten (24) starr verbunden ist und deren Kurvenprofil so gestaltet ist, daß der Hebel (35,36) bei entsprechenden Stellungen der Steuerkurve (21"c) zwei verschiedene Endstellungen einnehmen kann, wobei die Steuerkurve (21"c) in einer ihrer Stellungen dazu neigt, durch ein elastisches Glied (Feder 29¹) festgehalten zu sein, und durch den Elektromagneten (24) unter Überwindung des elastischen Gliedes (Feder 29*) in eine andere Stellung bewegbar ist, und wobei der Winkelabstand zwischen den Hebelendstellungen für die Wegamplitude des Verstellgliedes (Stangenabschnitte 21^f, 21") kennzeichnend ist.

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