CH712572B1 - Handpipettiergerät. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Handpipettiergerät (11) mit einem Gehäuse (13) und am Gehäuse einer Pipettenaufnahme (15) für eine auswechselbare Pipette (17). Im Gehäuse ist eine Überdruckquelle (23) für das Dispensieren einer aspirierten Flüssigkeit, eine wenigstens teilweise elektrisch ansteuerbare Ventileinrichtung (25), die in einer Luftleitung zwischen der Überdruckquelle (23) und der Pipettenaufnahme (15) für die Pipette (17) angeordnet ist, eine elektronische Steuerung (29) und eine Eingabevorrichtung (31) zur Eingabe eines gewünschten Dispensationsvolumens vorhanden. Erfindungsgemäss ist ein Zeitgeber (T) in der elektronischen Steuerung (29) und ein Flusswiderstand (R) in der Luftleitung (47, 49) zwischen einem Überdruckausgang (27) des elektrisch ansteuerbaren Teils (V2) der Ventileinrichtung (25) und der Pipettenaufnahme (15) für die Pipette (17) vorhanden. Zudem ist die Steuerung (29) ausgelegt, um eine Dispensationsdauer linear aus dem gewünschten Dispensationsvolumen zu errechnen und die Ventileinheit (25) derart anzusteuern, dass für die errechnete Dispensationsdauer dispensiert wird. Die Überdruckquelle (23) ist eine Pumpe (P), deren Pumpenantrieb zweckmässigerweise mit einem Sensor (S) zur Überwachung der Umdrehungszahl eines Pumpenantriebs versehen ist.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Handpipettiergerät und ein Verfahren zum Kalibrieren eines Handpipettiergeräts.

Stand der Technik [0002] Es ist ein Akku-betriebenes Handpipettiergerät der Anmelderin bekannt, das mit einer Membranpumpe ausgerüstet ist. Ein Ventil ist mit zwei Fingern einer das Pipettiergerät haltenden Hand bedienbar. Mit dem Ventil kann die Unterdruckseite oder die Überdruckseite der Pumpe mit dem Pipettierrohr verbunden werden, oder das Pipettierrohr geschlossen werden. Es kann daher ohne Änderung der Drehrichtung des Pumpenmotors eine Flüssigkeit angesaugt und ausgelassen werden.

[0003] Nachteil eines solchen Handpipettiergeräts ist, dass die zu pipettierende Menge bei jeder Pipettenaufnahme und jeder Abgabe von Flüssigkeit an der Pipette abzulesen ist. Eine Vorgabe der zu pipettierende Menge am Gerät und das wiederholte automatische Abgeben dieser vorgegebenen Menge sind nicht möglich.

[0004] Ein Handpipettiergerät mit einer elektronischen Steuerung und einer Eingabevorrichtung zur Eingabe eines gewünschten Dispensationsvolumens ist aus der EP 1 531 004 bekannt. Es besitzt ein Gehäuse, eine Pipettenaufnahme (d.h. ein Kupplungsstück) für eine auswechselbare Pipette, eine Überdruckquelle für das Dispensieren einer aspirierten Flüssigkeit, und eine wenigstens teilweise elektrisch ansteuerbare Ventileinrichtung. Die Ventileinrichtung ist in einer Luftleitung zwischen der Überdruckquelle und der Pipettenaufnahme für die Pipette angeordnet.

[0005] Dieses Handpipettiergerät ist in der Lage, wiederholt definierte Volumina einer Pipettierflüssigkeit abzugeben. Im Gehäuse ist dazu eine Überdruck- und/oder Unterdruckquelle vorhanden. Ein Ventil ist zwischen diese Quelle und das Kupplungsstück geschaltet. Mit dem Kupplungsstück ist ein Drucksensor pneumatisch verbunden. Dieser Drucksensor gibt ein Signal. Ein elektronischer Kontroller ist elektrisch verbunden mit dem Drucksensor und mit dem Ventil, um das Ventil zu steuern. Der Kontroller steuert das Ventil mit einem Regelkreis, der auf einen vom Drucksensorsignal abgeleiteten Wert abstellt. Das Signal des Drucksensors ist abhängig von der Öffnungsweite des Ventils. Aufgrund von diesem Wert und von einem Wert für die Säulenhöhe der Flüssigkeit wird das Ventil automatisch so gesteuert, dass wiederholt automatisch die im Wesentlichen vorbestimmte Menge einer Flüssigkeit aus der Pipette ausgegeben wird. Um dies zu erreichen, ist es erforderlich, dass der Kontroller eine nicht-lineare Kalkulation macht.

[0006] Nachteilig an diesem Gerät ist die Notwendigkeit, Drucksensoren vorzusehen, um die für die Kalkulation erforderlichen Parameter zu erreichen. Ferner ist für die Kalibrierung des Geräts ein vom Verwender zu errechnender Parameter einzugeben, der die Höhenlage des Verwendungsorts mit berücksichtigt. Wieder ist nachteilig, dass die Kalibrierung aufwändig ist.

Aufgabe der Erfindung [0007] Es ist Aufgabe der Erfindung, ein konstruktiv einfaches Handpipettiergerät zu schaffen, das die wiederholte, automatisierte Abgabe von vorbestimmten Volumina einer Flüssigkeit erlaubt. Es soll ferner sehr einfach kalibriert werden können.

Erfindungsgemässe Lösung der gestellten Aufgabe [0008] Die gestellte Aufgabe wird durch ein Handpipettiergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bei einem erfindungsgemässen Handpipettiergerät sind demnach wie beim Stand der Technik eine elektronische Steuerung und eine Eingabevorrichtung zur Eingabe eines gewünschten Dispensationsvolumens vorhanden. Es besitzt ein Gehäuse, eine Pipettenaufnahme für eine auswechselbare Pipette, eine Überdruckquelle für das Dispensieren einer aspirierten Flüssigkeit, und eine wenigstens teilweise elektrisch ansteuerbare Ventileinrichtung. Die Ventileinrichtung ist in einer Luftleitung zwischen der Überdruckquelle und der Pipettenaufnahme für die Pipette angeordnet. Im Unterschied zum Stand der Technik ist in der elektronischen Steuerung ein Zeitgeber vorhanden, und in der Luftleitung zwischen einem Überdruckausgang des elektrisch ansteuerbaren Teils der Ventileinrichtung und der Pipettenaufnahme für die Pipette ist ein Flusswiderstand angeordnet. Weiter ist die Steuerung ausgelegt, um eine Dispensationsdauer-vorzugsweise linear-aus dem gewünschten Dispensationsvolumen zu errechnen und die Ventileinheit derart anzusteuern, dass für die errechnete Dispensationsdauer dispensiert wird.

[0009] Dank dem Flusswiderstand ist bei praktisch konstantem Druck in Flussrichtung vor dem Flusswiderstand das durch den Flusswiderstand hindurchdringende Luftvolumen praktisch direkt proportional zur Dauer des Flusses. Abweichungen von der Proportionalität sind bedingt durch die Säulenhöhe der Pipettierflüssigkeit, das spezifische Gewicht der Pipettierflüssigkeit und der Oberflächenspannung der Pipettierflüssigkeit, bzw. von Kapillarkräften zwischen der Flüssigkeit und der Pipette. Je höher der Widerstand des Flusswiderstands ist, desto geringer fallen diese Abweichungen aus und umso genauer zutreffend ist die Annahme einer linearen Abhängigkeit zwischen Dispensationsvolumen und Dispensationsdauer.

[0010] Zweckmässigerweise hat das Ventil eine möglichst kurze Schaltzeit und im Wesentlichen lediglich zwei Zustände, nämlich offen und geschlossen. Dadurch kann die Öffnungsweite des Ventils unberücksichtigt bleiben. Ein Dreiweg-Ventil hat sich als zweckmässig ergeben.

[0011] Vorteilhaft ist die Überdruckquelle einer Pumpe, und ist ein Sensor zur Überwachung der Umdrehungszahl eines Pumpenantriebs vorhanden. Von der Umdrehungszahl des Pumpenantriebs kann direkt der mit der Pumpe generierte Druck abgeleitet werden.

[0012] Vorteilhaft ist der Sensor an die Steuerung angeschlossen und ist diese Steuerung derart ausgebildet, dass sie die Umdrehungszahl des Pumpenantriebs überwacht und die Versorgungsspannung des Pumpenantriebs so regelt, dass die Umdrehungszahl innerhalb eines definierten Arbeitsbereichs liegt. Dadurch kann von einem konstanten Druck ausgegangen werden und eine Berechnung des aktuellen Drucks der Pumpe oder eine Anpassung einer Berechnung an den aktuellen Druck ist nicht notwendig.

[0013] Der Flusswiderstand generiert zweckmässigerweise innerhalb des Arbeitsbereichs der Umdrehungszahl des Pumpenantriebs einen Differenzdruck zwischen dem Druck vor und dem Druck hinter dem Flusswiderstand von wenigstens 20 000 Pa. Bessere Druckdifferenzen liegen über 25 000 Pa oder gar über 28 000 Pa. Je höher die erreichte Druckdifferenz liegt, desto geringer ist die Streuung zwischen dem Dispensationsvolumen bei voller Pipette und dem Dispensationsvolumen bei leerer Pipette. Die Druckdifferenz ist jedoch auch dadurch beschränkt, dass eine gewisse Arbeitsgeschwindigkeit notwendig ist und die Pumpe - gerade bei einem Flandgerät - in der Leistung beschränkt ist. Grössere Pumpen sind zwar möglich, doch ist deren Betrieb dann nicht mehr über genügend lange Zeit möglich, wenn die Stromversorgung mit einem handlichen Akkumulator gewährleistet werden soll.

[0014] Bevorzugte Differenzdrücke werden mit einer Pumpe erreicht, die ca. 25 000 bis 50 000 Pa generiert, wenn eine Querschnittsfläche einer Durchflussöffnung des Flusswiderstands zwischen 0,0005 und 0.81 mm2 liegt. Bevorzugte Querschnittflächen der Durchflussöffnung liegen zwischen 0,0078 und 0,05 mm2, oder noch besser zwischen 0,012 und 0,025 mm2. Diese Abmessungen der Durchflussöffnung und Leistung der Pumpe liegen in einem wirtschaftlichen Rahmen und erlauben ein ausreichend rasches Dispensieren von zu pipettierenden Flüssigkeiten.

[0015] Damit das Handpipettiergerät auch für ein Aspirieren geeignet ist, ist mit Vorteil eine Unterdruckquelle vorhanden. Die Ventileinrichtung ist zwischen der Überdruckquelle und der Unterdruckquelle einerseits und der Pipettenaufnahme für die Pipette andererseits angeordnet. Die Ventileinrichtung erlaubt wenigstens: a) (zum Dispensieren) durch eine Betätigung erster Art die Pipettenaufnahme mit der Überdruckquelle zu verbinden, b) (zum Aspirieren) durch eine Betätigung zweiter Art die Pipettenaufnahme mit der Unterdruckquelle zu verbinden, und c) (im Ruhezustand) durch eine Betätigung dritter Art, insbesondere in einer Ruhestellung der Ventileinrichtung, die Pipettenaufnahme von der Überdruckquelle und der Unterdruckquelle zu trennen.

[0016] Für das wiederholte automatisierte Dispensieren gleicher Volumen ist beim Handpipettiergerät die Steuerung mit einer Schaltung ausgelegt, welche wiederholbar die Ventileinrichtung so ansteuert, dass die Pipettenaufnahme während der errechneten Dispensationsdauer mit der Überdruckquelle verbunden ist.

[0017] Damit das Handpipettiergerät auch für manuelles Pipettieren geeignet ist, ist die Ventileinrichtung vorteilhaft ausgerüstet mit einem manuellen Ventil. Dieses weist einen Überdruck-Ventileingang und einen Unterdruck-Ventileingang und einen Ventilausgang auf und ist mit Luftleitungen einerseits an die Überdruckquelle und die Unterdruckquelle und andererseits an die Pipettenaufnahme für die Pipette angeschlossen. Bei einer ersten Art der Betätigung des manuellen Ventils ist die Pipettenaufnahme mit dem Überdruck-Ventileingang verbunden (zum manuellen Dispensieren). Bei einer zweiten Art der Betätigung des manuellen Ventils ist die Pipettenaufnahme mit dem Unterdruck-Ventileingang verbunden (zum Aspirieren). Bei einer dritten Art der Betätigung, insbesondere in einer Ruhestellung des manuellen Ventils, ist die Pipettenaufnahme von dem Überdruck-Ventileingang und dem Unterdruck-Ventileingang getrennt, so dass die Pipette oben verschlossen ist. Dank dem Verschluss der Pipette stellt sich über der Dispensationsflüssigkeit ein leichter Unterdrück ein, der sicherstellt, dass die Flüssigkeit nicht aus der Pipette rinnt. Das Handgerät ist weiter mit einem elektrisch ansteuerbaren zweiten Ventil ausgerüstet, das mit Luftleitungen an die Überdruckquelle, den Überdruck-Ventileingang des manuellen Ventils und die Pipettenaufnahme angeschlossen ist. Dieses hat wenigstens zwei Stellungen: Bei einer ersten Art der Betätigung des elektrischen zweiten Ventils ist die Pipettenaufnahme mit der Überdruckquelle verbunden. Bei einer zweiten Art der Betätigung des zweiten Ventils, das ist in einer Grundstellung, ist der Überdruck-Ventileingang des manuellen Ventils mit der Überdruckquelle verbunden.

[0018] Es besteht die Möglichkeitvorzusehen, durch eine dritte Art der Betätigung des elektrischen zweiten Ventils das manuelle erste Ventil und die Pipettenaufnahme von der Überdruckquelle zu trennen. Da im manuellen Ventil diese Schliess-stellung vorhanden ist, ist diese Stellung im elektrisch ansteuerbaren zweiten Ventil jedoch nicht nötig.

[0019] Der Flusswiderstand ist zweckmässigerweise zwischen dem zweiten Ventil und der Pipettenaufnahme für die Pipette angeordnet.

[0020] E in Drucksensor kann zwischen der Pipettenaufnahme und dem Flusswiderstand angeordnet sein, so dass die elektronische Steuerung die Berechnung der Betätigungsdauer aufgrund eines vom Drucksensor gelieferten Signals korrigieren kann. Dadurch kann die Füllhöhe der Pipette (bzw. der Einfluss der Gravitation) korrigiert werden. Diese Ausführung ist jedoch nur dann notwendig, wenn die ohne einen solchen Drucksensor erreichte Genauigkeit der Dosierung bei einer besonderen Anwendung nicht ausreichen sollte.

[0021] Vorteilhaft ist die Druckquelle eine Membranpumpe und ist zweckmässigerweise eine sowohl Überdruck als auch Unterdrück generierenden Druckquelle. Vorteilhaft ist die Ventileinheit an die Überdruckseite und die Unterdruckseite einer gleichzeitig sowohl Überdruck als auch Unterdrück generierenden Druckquelle angeschlossen. Dadurch braucht der Antriebsmotor der Druckquelle nicht abwechselnd in die eine und andere Richtung zu drehen.

[0022] Die Erfindung betrifft auch ein Kalibrierungsverfahren für ein Handpipettiergerät. Bei diesem Verfahren wird zur Kalibrierung des Dispensationsvolumens des Handpipettiergeräts - zuerst mit einer Sollvolumen-Einstellung dispensiert, - danach das tatsächlich dispensierte Volumen gemessen, - und schliesslich das gemessene dispensierte Volumen im Handpipettiergerät als Korrekturwert eingegeben.

Die Steuerung des Handpipettiergeräts errechnet die notwendige Korrektur selbsttätig und führt die Korrektur so aus, dass bei einer nächsten Dispensation das tatsächlich dispensierte Volumen dem eingestellten Sollvolumen besser angenähert ist.

[0023] Die Steuerung korrigiert dazu lediglich die Dispensationsdauer. Die Korrektur der Dispensationsdauer geschieht linear zur Abweichung des tatsächlich dispensierten Volumens vom eingestellten Sollvolumen. Dies ist deshalb der Fall, weil der Flusswiderstand und der von der Überdruckquelle generierte Überdruck konstant sind.

[0024] Das beschriebene Handpipettiergerät hat weiter unabhängig von der als Erfindung dargestellten Ausführung die Besonderheit, dass es folgende Merkmale aufweist: Es ist mit einer Unterdruckquelle zum Aspirieren einer Flüssigkeit, und einer Überdruckquelle für das Dispensieren der aspirierten Flüssigkeit ausgestattet. Es weist ein manuelles Ventil auf, das einen Überdruck-Ventileingang und einen Unterdruck-Ventileingang und einen Ventilausgang aufweist. Dieses manuelle Ventil ist mit Luftleitungen einerseits an die Überdruckquelle und die Unterdruckquelle und andererseits an die Pipettenaufnahme für die Pipette angeschlossen. Dieses manuelle Ventil hat drei Stellungen: [0025] Bei einer ersten Art der Betätigung des manuellen Ventils ist die Pipettenaufnahme mit dem Überdruck-Ventileingang verbunden (Dispensation). (In dieser Stellung wird von der Unterdruckquelle Luft durch eine Öffnung im manuellen Ventil hindurch angesaugt.) [0026] Bei einer zweiten Art der Betätigung des manuellen Ventils ist die Pipettenaufnahme mit dem Unterdruck-Venti-leingang verbunden (Aspiration). (In dieser Stellung wird durch die Überdruckquelle Luft durch eine Öffnung im manuellen Ventil ausgeblasen.) [0027] Bei einer dritten Art der Betätigung, insbesondere in einer Ruhestellung des manuellen Ventils, ist die Pipettenaufnahme von dem Überdruck-Ventileingang und dem Unterdruck-Ventileingang getrennt (keine Aktion). Die Pumpe ist in dieser Ventilstellung vorzugsweise ausgeschaltet. (In dieser Stellung kann auch die Pumpe umwälzen, wobei sowohl eine Ansaugöffnung im manuellen Ventil mit dem Unterdruck-Ventileingang als auch eine Ausblasöffnung des manuellen Ventils mit dem Überdruck-Ventileingang verbunden ist.) [0028] Das Gerät ist mit einem elektrisch ansteuerbaren zweiten Ventil ausgerüstet, das mit Luftleitungen an die Überdruckquelle, den Überdruck-Ventileingang des manuellen Ventils und die Pipettenaufnahme angeschlossen ist. Dieses zweite Ventil hat zwei Stellungen: [0029] Bei einer ersten Art der Betätigung des elektrischen zweiten Ventils ist die Pipettenaufnahme mit der Überdruckquelle verbunden (automatisches Dispensieren).

[0030] Bei einer zweiten Art der Betätigung des elektrischen zweiten Ventils ist der Überdruck-Ventileingang des manuellen Ventils mit der Überdruckquelle verbunden (Stellung für Handbetrieb: manuelles Dispensieren, manuelles Aspirieren oder Ruhestellung des manuellen Ventils ohne Aktion).

[0031] Es ist zudem eine elektronische Steuerung zur Ansteuerung des elektrischen zweiten Ventils vorhanden. Mit diesem Gerät kann sowohl manuell als auch automatisch dispensiert werden. Die Schaltung der beiden Ventile ist dabei sehr einfach.

[0032] Für das wiederholte automatische Dispensieren von vorgegebenen Dispensationsvolumina ist das Handpipettiergerät ausgerüstet mit einer Eingabevorrichtung zur Eingabe eines gewünschten Dispensationsvolumens, einem Zeitgeber in der elektronischen Steuerung und einem Flusswiderstand in der Luftleitung zwischen einem Überdruckausgang des zweiten Ventils und der Pipettenaufnahme für die Pipette. Die Steuerung ist ausgelegt, um eine Dispensationsdauer linear aus dem gewünschten Dispensationsvolumen zu errechnen und das zweite Ventil derart anzusteuern, dass für die errechnete Dispensationsdauer dispensiert wird.

[0033] Die oben angeführte Methode zur Bemessung des Dispensationsvolumens ist in der Regel ausreichend. Sollten jedoch bei einem Anwendungsgebiet geringere Toleranzen gefordert sein, so kann mit folgenden Mitteln die Dispensationsgenauigkeit erhöht werden: [0034] Es kann ein Drucksensor vorhanden sein, der den Unterdrück in der Pipette und damit bei unbetätigten Ventilen einen der Säulenhöhe der Pipettierflüssigkeit entsprechenden Wert misst. Sind in diesem Fall die anfängliche Säulenhöhe und der Durchmesser des Pipettierrohres bekannt, so kann die Abnahme des gravitationsbedingten Einflusses auf die Pipettiermenge rechnerisch berücksichtigt und die Dispensationszeit entsprechend zunehmend verlängert werden.

[0035] Es kann weiterein Flusssensor vorhanden sein, der das dispensierte Volumen misst. Damit können die Säulenhöhe annähernd errechnet und die Dispensationszeit entsprechend angepasst werden.

[0036] Weiter kann ein Neigungssensor vorhanden sein, dessen Wert auf eine Verkürzung der Säulenhöhe infolge der Neigung umgerechnet werden kann. Entsprechend kann demnach die Dispensationszeit angepasst werden, um den Anteil der Gravitation am Dispensationsvolumen zu kompensieren.

[0037] Zur Überwachung des Geräts und der Vermeidung von fehlerhaften Dispensationsvolumina in Folge von Fehlmanipulationen beim Aspirieren kann ein Feuchtigkeitssensor vorhanden sein, der die Feuchte des Sterilfilters misst. Der Sterilfilter wird, falls zu viel Flüssigkeit angesaugt wird, von der Pipettierflüssigkeit befeuchtet. Danach ist die Genauigkeit des Geräts nicht mehr gegeben, da dieser Filter einen zu grossen Widerstand bildet und damit die Druckverhältnisse nach dem Flusswiderstand verändert. Der Feuchtigkeitssensor dient dazu, einen feuchten Filter zu erkennen und damit eine fehlerhafte Dispensation zu verhindern.

Kurzbeschreibung der Figuren [0038] Die Erfindung wird anhand des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels im Detail beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Seitenansicht eines Handpipettiergeräts mit den im Gehäuse vorhandenen Bauteilen.

Fig. 2 zeigt schematisch die funktionalen Bauteile des Handpipettiergeräts und die elektrischen Leitungen und die Luftleitungen, welche die einzelnen Bauteile miteinander verbinden.

Fig. 3 stellt den Kalibrierungszyklus dar.

Detaillierte Beschreibung der Figuren [0039] Das in Fig. 1 dargestellte Handpipettiergerät 11 besitzt ein Gehäuse 13 mit einem Display 55, einer Pipettenaufnahme 15 für eine auswechselbare Pipette 17 und verschiedene Bedienelemente 31,73, 71. Im Innern des Gehäuses 13 sind eine Energieversorgung in Form eines Akku-Pakets 53, eine Pumpe P, ein erstes manuelles Ventil V1, ein zweites elektrisch ansteuerbares Ventil V2 eine Steuerung 29 und ein Flusswiderstand R angeordnet. Mit den Drückern 71, 72 (oder einem anderen manuellen Bedienelement) wird das manuelle Ventil V1 bedient, so dass durch Betätigen der manuellen Bedienelemente 71, 72 direkt pipettiert werden kann. Das elektrische Bedienelement 31 ist hier als ein Schalter dargestellt, der gedreht und gedrückt werden kann. Alternativ könnte ein Joy-Stick-Schalter oder eine ringförmige Schal-teranordung, wie sie bei Mobiltelefonen und Fotoapparaten üblich ist, oder ähnliches vorgesehen sein. Mit diesem Schalter 31 kann die Steuerung 29 bedient werden. Die Steuerung 29 steuert und regelt die Stromversorgung der Pumpe P, die Betätigung des elektrisch ansteuerbaren zweiten Ventils V2 und das LCD-Display 55 oder eine andere Anzeigeeinheit.

[0040] Die Pipettenaufnahme 15 ist in bekannter Weise derart ausgebildet, dass Pipetten 17 unterschiedlicher Volumina einfach gewechselt werden können.

[0041] Im Innern ist das Handpipettiergerät 11 gemäss Fig. 2 aufgebaut. Ein Akku-Paket 53 versorgt das Gerät mit der notwendigen Energie. Es könnte alternativ auch eine Energieversorgung über ein Kabel vorgesehen sein.

[0042] An der Energieversorgung ist eine Membranpumpe P angeschlossen, die einen Überdruckausgang 23 und einen Unterdruckausgang 21 aufweist. Die Pumpe P (eine Membranpumpe) besitzt einen Pumpenantrieb, dessen Umdrehungszahl mit einem Sensor S überwacht ist. Durch die Steuerung 29 wird die Umdrehungszahl des Pumpenantriebs innerhalb eines Arbeitsbereichs gehalten durch eine Regelung der Versorgungsspannung. Trotz einer Abnahme der Akkuspannung im Laufe des Gebrauchs des Handpipettiergeräts 11 bleibt dadurch die Umdrehungszahl des Pumpenantriebs konstant.

[0043] Eine Alternative besteht darin, anstelle der Umdrehungszahl die Versorgungsspannung des Pumpenantriebs zu überwachen und konstant zu halten.

[0044] Dank der konstanten Umdrehungszahl des Pumpenantriebs generiert die Pumpe einen konstanten Überdruck und einen konstanten Unterdrück. Ein zweckmässiger Überdruck liegt im Bereich von 30 000 Pa. Er soll einen möglichst grossen Abstand zum pipettenseitigen Druck aufweisen.

[0045] Es sind ein manuelles Ventil V1 und ein elektrisch ansteuerbares Ventil V2 vorhanden. Eine von der Überdruckquelle 23 ausgehende Luftleitung 41 endet im zweiten Ventil V2. Das zweite Ventil V2 ist mit einer Luftleitung 47 mit dem Flusswiderstand R verbunden. Von diesem Flusswiderstand R führt eine Luftleitung 49 zur Pipettenaufnahme 15. Vom zweiten Ventil V2 führt eine Luftleitung 43 zum ersten Ventil V1. Über diese Luftleitung 43 kann das erste Ventil V1 mit der Überdruckquelle 23 verbunden sein.

[0046] Das erste Ventil V1 ist mit einer Luftleitung 45 an die Unterdruckquelle 21 angeschlossen. Eine Luftleitung 33 verbindet das erste Ventil V1 mit der Pipettenaufnahme 15. In einer Grundstellung der Ventile V1 und V2 sind Unterdruck-quelle 21 und Überdruckquelle 23 mit dem Unterdruck-Ventileingang 37 und dem Überdruck-Ventileingang 35 des ersten Ventils V1 verbunden und in diesem Ventilblock mit einer Austrittsöffnung bzw. einer Ansaugöffnung verbunden und/oder es steht die Pumpe still. Die Pumpe R sofern sie läuft, saugt in dieser Stellung Luft durch den Ventilblock des ersten Ventils V1 an und bläst sie durch denselben Ventilblock wieder aus.

[0047] Durch Betätigen des manuellen Ventils wird ein Mikroschalter 72 betätigt, der die Pumpe P einschaltet. Daher wird bei der Betätigung eines der Drücker 71 oder 73 der erforderliche Überdruck und Unterdrück erzeugt. Bei der repetitiven automatischen Dispensation von gleichen Mengen wird die Pumpe P durch die Steuerung 29 ein- und ausgeschaltet. Sie kann daher vor der ersten Dispensation angefahren werden und nach dem Dispensieren einer bestimmten Menge noch für eine vorgegebene Zeit nachlaufen, damit die Druckverhältnisse beim Flusswiderstand R für jede Dispensation möglichst gleich sind.

[0048] Zum Aspirieren ist das manuelle Ventil V1 vorgesehen. Das zweite Ventil V2 ist in die Grundstellung gestellt, in der die Überdruckquelle 23 an den Überdruck-Ventileingang 35 des ersten Ventils V1 angeschlossen ist. Durch Drücken des unteren Drückers 73 wird die Pipettenaufnahme 15 über die Luftleitung 33, den Ventilblock des ersten Ventils V1 und die Luftleitung 45 und mit der Unterdruckquelle 21 verbunden. Gleichzeitig wird der Überdruck über den Ventilblock des ersten Ventils V1 abgelassen, da die Überdruckquelle 23 beim Drücken des unteren Drückers 73 mit einer Öffnung im Ventilblock verbunden bleibt. Die in der Pipette 17 vorhandene Luft wird während des Aspirierens durch die Leitung 33, das Ventil V1 und die Leitung 45 in die Pumpe gezogen. Dabei wird die an der Spitze der in der Pipettenaufnahme 15 angeordneten Pipette 17 vorliegende Flüssigkeit in die Pipette 17 aufgezogen.

[0049] Beim manuellen Dispensieren bleibt das zweite Ventil V2 in derselben Grundstellung. Durch Drücken des oberen Drückers 71 wird die Pipettenaufnahme 15 mit dem Überdruck-Ventileingang 35 verbunden, während die Unterdruckquelle 21 mit der Ansaugöffnung im Ventilblock verbunden bleibt. Luft strömt daher von der Umgebung durch den Ansaugblock in die Pumpe P. Diese drückt die Luft mit einem Überdruck von ca. 30 000 Pa durch die Luftleitung 41, das zweite Ventil V2 und die Luftleitung 43 in das erste Ventil V1 und von dort durch die Luftleitung 33 in die Pipettenaufnahme 15 und in die Pipette 17. Die in der Pipette aspirierte Flüssigkeit wird daher ausgetrieben. Es kann an einer Skala auf der Pipette oder auf einem die dispensierte Menge empfangenden Messmittel das dispensierte Volumen abgemessen werden.

[0050] Beim Loslassen des Drückers 71 wird der Überdruck wieder durch die Auslassöffnung ausgelassen und die Pipette, bzw. die Luftleitung 33 zwischen erstem Ventil V1 und der Pipettenaufnahme 15, mit dem ersten Ventil V1 verschlossen.

[0051] Soweit ist die Bedienung des Handpipettiergeräts 11 identisch mit dem eingangs erwähnten, bekannten Handpipettiergerät der Anmelderin. Die einzige Abweichung besteht darin, dass die unter Überdruck stehende Luft beim manuellen Betreiben des Geräts durch das zweite Ventil V2 hindurch geleitet wird.

[0052] Beim automatischen Pipettieren wird ebenfalls manuell aspiriert. Das elektrisch ansteuerbare zweite Ventil V2 schaltet den Unterdrück nicht. Es lenkt lediglich den Überdruck um, und zwar entweder zum ersten Ventil V1 oder durch den Flusswiderstand Rzur Pipettenaufnahme 15. Das zweite Ventil V2 ist über die Steuerung 29 geschaltet. Die Steuerung steuert das zweite Ventil V2 so an, dass dieses den Überdruck für eine bestimmte Dauer durch die Leitungen 47 und 49 und den dazwischen angeordneten Flusswiderstand R zur Pipette 17 lenkt. Die Dauer dieser Umlenkung des Überdrucks durch den Flusswiderstand R zur Pipette ist durch das eingestellte Dispensationsvolumen und einen Umrechnungsfaktor vom Volumen zurzeit gegeben. Die dem eingestellten Volumen entsprechende Dauer wird durch den Zeitgeber T und die Steuerung 29 bemessen.

[0053] Das Soll-Dispensationsvolumen kann über einen Bedienschalter 31, im Beispiel den «rotary switch»-Schalter, eingestellt werden. Durch Drehen des Schalters 31 kann in einem Menü gefahren und durch Drücken des Schalters 31 der jeweils gegenwärtig angezeigte Menüpunkt gewählt werden. Die Steuerung 29 zeigt das Menü und die gewählten Parameter auf einem Display 55 an. In einer bestimmten Menü-Position kann durch kurzes Drücken des Schalters 31 eine Dispensation einer zuvor eingestellten Dispensationsmenge ausgelöst werden. Die Steuerung steuert für die errechnete Dauer das zweite Ventil V2 an. Dieses lässt den Überdruck durch den Flusswiderstand ab. Es wird somit ein durch die Dauer und den Wert des Flusswiderstands R bestimmtes Volumen dispensiert.

[0054] Ein erfindungsgemässes Handpipettiergerät 11 dispensiert nicht unter allen Umständen identische Volumina. Die Dispensationsvolumina pro Zeiteinheit beeinflussende Grössen sind:

Leistung der Pumpe, Widerstandswert des Flusswiderstands, Höhe des Füllstands der Pipette, spezifisches Gewicht der zu pipettierenden Flüssigkeit, Kapillarwirkung, atmosphärischer Druck.

[0055] Es ist daher notwendig, dass das Gerät kalibriert werden kann. Der Unterschied der Dispensationsvolumina abhängig vom Füllstand der Pipette 17 kann durch einen Drucksensor 51 kompensiert werden. Das Gerät ist jedoch für den Einsatzbereich auch ohne eine solche Kompensation genügend genau. Vielmehr ist in der Regel bei grossen Volumina ein grösserer Toleranzbereich akzeptabel, während bei kleinen Volumina ein geringerer Toleranzbereich gefordert ist. Dies erlaubt, für grössere Volumina einen geringeren Flusswiderstand R, und für geringere Volumina einen höheren Flusswider stand R vorzusehen. Diese Anpassung der Widerstandswerte hat zur Folge, dass die Dispensationszeiten gering bleiben für grosse Volumina und nicht empfindlich kurz werden für geringe Volumina. Für den Dispensationsvolumenbereich von 1 bis 100 ml genügt eine Toleranz von ± 0,1 ml. Angemessene Dispensationszeiten und angemessene Dispensationsgenauigkeit wird mit folgenden Parametern erreicht: Geleisteter Pumpen-Überdruck: ca. 30 000 Pa, Öffnungs-Querschnitt des Flusswiderstands: 0,018 mm2. Bei geringeren Dispensationsvolumina und entsprechend genauerer Messgenauigkeit ist die Öffnungsweite des Flusswiderstands geringer und bei grösseren Volumina und geringerer geforderter Messgenauigkeit grösser zu wählen.

[0056] In der Fig. 3 ist ein Kalibrierungsablauf dargestellt. Die Rechtecke stellen einerseits das Display und andererseits Verfahrensschritte 61 bis 69 dar. Zum Kalibrieren des Geräts wird bei dem Gerät wie folgt vorgegangen: Es wird die Pipette 17 bis etwas über die Mitte gefüllt mit der zu pipettierenden Flüssigkeit. Nun wird im Menü durch Rotieren des Schalters 31 auf «<Calibration>», Block 69, gewechselt. Mit einem Kurzklick sC wird dieser Menüpunkt gewählt (Block 61). Es erscheint «Calibration» auf dem Display. Durch erneutes kurzes Klicken (Drücken des Schalters 31) sC gelangt man zum Block 62. Auf dem Display erscheint «Set Value» und «Volume» mit einer Volumenangabe in Millilitern und Zehnteln von Millilitern. Durch Drehen des Schalters 31 werden zuerst die Milliliter (Block 62) und nach einem kurzen Klicken des Schalters 31 die Zehntel Milliliter (Block 63) eingestellt. Es wird so ein Soll-Dispensationsvolumen eingestellt. Nach dem Akzeptieren des eingestellten Soll-Volumens durch kurzes Klicken sC des Schalters 31 erscheint auf dem Display z.B. «Ready to pipette» oder «ready for sampling» (Block 64). Durch kurzes Klicken sC wird nun eine Mustermenge dispensiert (Block 65). Nun muss das tatsächlich dispensierte Volumen dieser Mustermenge gemessen werden. Dieser gemessene Wert wird nun in das Gerät eingegeben. Zuerst werden dazu wieder die Milliliter durch Drehen des Schalters 31 eingegeben (Block 66) und durch kurzes Drücken sC bestätigt. Danach werden die Zehntel-Milliliter wieder durch Drehen eingegeben (Block 67) und durch Drücken sC bestätigt. Die Steuerung 29 korrigiert nun den Umrechnungsfaktor von Volumen zu Zeit automatisch entsprechend dieser Eingabe, so dass die nach der Kalibrierung dispensierten Volumina deutlich genauer dem eingestellten Sollwert entsprechen. Auf dem Display erscheint z.B. «Calibration OK» (Block 68). Von diesem Menüpunkt kann mittels eines kurzen Klicks sC in den Menüpunkt «<Calibration>» (Block 69) gewechselt werden, von wo zu anderen Menüpunkten wie «automatisches Pipettieren» («<pipette>») oder «Einstellungen» («<settings>») gewechselt werden kann. Mittels eines langen Drückens IC (oder durch einen Doppelklick) des Schalters 31 kann von Block 68 wieder zu Block 62 gewechselt und somit mit der Kalibrierung begonnen werden.

[0057] Der normale Umrechnungsfaktor von Volumen (ml) zu Zeit (ms) ist beim Prototypen 220. Dieser Faktor wird nun bei einer Abweichung um beispielsweise 5% beim Kalibrieren um diese 5% korrigiert. Wird demnach anstatt 10 ml 10,5 ml gemessen (+ 5%), so wird der Umrechnungsfaktor von 220 auf 209 gesetzt (-5%). Umgekehrt, wenn 9 anstelle von 10 ml gemessen werden (- 10%), wird der Umrechnungsfaktor von 220 auf 242 gesetzt (+ 10%).

[0058] Die Streuung zwischen Dispensationsvolumen bei voller Pipette und bei leerer Pipette ist ausreichend klein. Die Dispensationsvolumina weichen beim Prototypen nach einer Kalibrierung in der Regel nicht mehr als 3% vom eingestellten Sollwert ab. Grundsätzlich weisen relativ kleine Dispensationsvolumen relativ grosse Abweichungen auf, wogegen relativ grosse Dispensationsvolumen eher kleine Abweichungen aufweisen.

[0059] Mit einem Prototypen des Handpipettiergeräts wurden bei den Bedingungen:

Medium: Wasser; Pipettentyp: 25 ml; Pipettenlage: Vertikal; Volumen in der Pipette zu Beginn: 25 ml (22 cm); Speisung: Netzteil 9 VDC; Spannung Pumpe: 4.48 V; Eingestelltes Volumen (Sollwert in ml): 1.00; folgende Werte gemessen:

[0060] Ein Vergleich von Messungen mit Pipetten unterschiedlicher Grösse ohne neue Kalibrierung nach dem Pipettenwechsel, hat bei den Parametern:

Dosiermenge: 2.00 ml; Medium: Wasser; Pipettenlage: Vertikal; Speisung: Netzteil 9 VDC; Spannung Pumpe: 4.48 V; Messresultate: Kalibrierung auf der 25er, Soll-Wert 2, Ist-Wert 1.9; Wassersäulenhöhe bei voller 25er Pipette 23 cm; folgende Messwerte ergeben:

Claims (17)

1. [0061] Die beiden Messreihen zeigen, dass die Abweichung der Dispensationsvolumina von der Sollmenge sowohl bei der vollen und als auch bei der leeren Pipette für die üblichen Anwendungsbereiche ausreichend klein ist, und dass ohne Einbusse der Genauigkeit und ohne Notwendigkeit einer neuen Kalibrierung von einer kleineren zu einer grösseren oder von einer grösseren zu einer kleineren Pipette gewechselt werden kann. Patentansprüche

   1. Handpipettiergerät (11) - mit einem Gehäuse (13), - mit einer Pipettenaufnahme (15) für eine auswechselbare Pipette (17) am Gehäuse, - mit einer Unterdruckquelle (21) zum Aspirieren einer Flüssigkeit, - mit einer Überdruckquelle (23) für das Dispensieren der aspirierten Flüssigkeit, - einer wenigstens teilweise elektrisch ansteuerbaren Ventileinrichtung (25), die in einer Luftleitung zwischen der Überdruckquelle (23) und der Pipettenaufnahme (15) für die Pipette (17) angeordnet ist, - mit einer elektronischen Steuerung (29) und einer Eingabevorrichtung (31) zur Eingabe eines gewünschten Dispensationsvolumens, dadurch gekennzeichnet, - dass ein Zeitgeber (T) in der elektronischen Steuerung (29) vorhanden ist, - dass ein Flusswiderstand (R) in der Luftleitung (47, 49) zwischen einem Überdruckausgang (27) des elektrisch ansteuerbaren Teils (V2) der Ventileinrichtung (25) und der Pipettenaufnahme (15) für die Pipette (17) angeordnet ist, und - dass die Steuerung (29) ausgelegt ist, um eine Dispensationsdauer aus dem gewünschten Dispensationsvolumen zu errechnen und die Ventileinheit (25) derart anzusteuern, dass für die errechnete Dispensationsdauer dispensiert wird.
2. 2. Handpipettiergerät (11) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusswiderstand der geforderten Messgenauigkeit entsprechend gewählt ist.
3. 3. Handpipettiergerät (11) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Steuerung ein Umrechnungsfaktor gespeichert ist, und die Steuerung die Dispensationsdauer linear durch Multiplikation oder Division des gewünschten Dispensationsvolumens mit dem Umrechnungsfaktor errechnet.
4. 4. Handpipettiergerät (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Überdruckquelle (23) eine Pumpe (P) ist, und dass ein Sensor (S) vorhanden ist zur Überwachung der Umdrehungszahl eines Pumpenantriebs.
5. 5. Handpipettiergerät (11) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (S) an die Steuerung (29) angeschlossen ist und diese Steuerung (29) derart ausgebildet ist, dass sie die Umdrehungszahl des Pumpenantriebs überwacht und die Versorgungsspannung des Pumpenantriebs so regelt, dass die Umdrehungszahl innerhalb eines definierten Arbeitsbereichs liegt.
6. 6. Handpipettiergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusswiderstand (R) dazu ausgebildet ist, innerhalb des Arbeitsbereichs der Umdrehungszahl des Pumpenantriebs einen Differenzdruck zwischen dem Druck vor und dem Druck hinter dem Flusswiderstand (R) von wenigstens 20 000 Pa, vorzugsweise wenigstens 25 000 Pa, besonders bevorzugt wenigstens 28 000 Pa zu generieren.
7. 7. Handpipettiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass - die Ventileinrichtung (25) zwischen der Überdruckquelle (23) und der Unterdruckquelle (21) einerseits und der Pipettenaufnahme (15) für die Pipette (17) andererseits angeordnet ist, welche Ventileinrichtung (25) wenigstens erlaubt, durch eine Betätigung erster Art die Pipettenaufnahme (15) mit der Überdruckquelle (23) zu verbinden, durch eine Betätigung zweiter Art die Pipettenaufnahme (15) mit der Unterdruckquelle (21) zu verbinden, und durch eine Betätigung dritter Art, insbesondere in einer Ruhestellung der Ventileinrichtung, die Pipettenaufnahme (15) von der Überdruckquelle (23) und der Unterdruckquelle (21) zu trennen.
8. 8. Handpipettiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (29) zum Dispensieren mit einer Schaltung (C) ausgelegt ist, welche Schaltung (C) wiederholbar die Ventileinrichtung (25) so ansteuert, dass die Pipettenaufnahme (15) während der errechneten Dispensationsdauer mit der Überdruckquelle (23) verbunden ist.
9. 9. Handpipettiergerät gemäss den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (25) ausgerüstet ist - mit einem manuellen Ventil (V1), das einen Überdruck-Ventileingang (35) und einen Unterdruck-Ventileingang (37) und einen Ventilausgang (39) aufweist und mit Luftleitungen (33, 43, 41, 45) an die Überdruckquelle (23) und die Unterdruckquelle (21) einerseits und an die Pipettenaufnahme (15) für die Pipette (17) andererseits angeschlossen ist, wobei bei einer ersten Art der Betätigung des manuellen Ventils (V1) die Pipettenaufnahme (15) mit dem Überdruck-Ventileingang (35) verbunden ist, bei einer zweiten Art der Betätigung des manuellen Ventils (V1) die Pipettenaufnahme (15) mit dem Unterdruck-Ven-tileingang (37) verbunden ist, und bei einer dritten Art der Betätigung, insbesondere in einer Ruhestellung des manuellen Ventils (V1), die Pipettenaufnahme (15) von dem Überdruck-Ventileingang (35) und dem Unterdruck-Ventileingang (37) getrennt ist, - und mit einem elektrisch ansteuerbaren zweiten Ventil (V2), das mit Luftleitungen (33, 41, 47, 49) an die Überdruckquelle (23), den Überdruck-Ventileingang (35) des manuellen Ventils (V1) und die Pipettenaufnahme (15) angeschlossen ist, wobei bei einer ersten Art der Betätigung des zweiten Ventils (V2) die Pipettenaufnahme (15) mit der Überdruckquelle (23) verbunden ist, bei einer zweiten Art der Betätigung des zweiten Ventils (V2) der Überdruck-Ventileingang (35) des manuellen Ventils (V1) mit der Überdruckquelle (23) verbunden ist.
10. 10. Handpipettiergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusswiderstand (R) zwischen dem zweiten Ventil (V2) und der Pipettenaufnahme (15) für die Pipette (17) angeordnet ist.
11. 11. Handpipettiergerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Flusswiderstand (R) eine Querschnittsfläche einer Durchflussöffnung zwischen 0,0005 und 0.81 mm2, vorzugsweise zwischen 0,0078 und 0,05 mm2, besonders bevorzugt zwischen 0,012 und 0,025 mm2 aufweist.
12. 12. Handpipettiergerät nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drucksensor (51) zwischen der Pipettenaufnahme (15) und dem Flusswiderstand (R) angeordnet ist, und dass die elektronische Steuerung (29) ausgelegt ist, um die Berechnung der Betätigungsdauer aufgrund eines vom Drucksensor (51) gelieferten Signals zu korrigieren.
13. 13. Handpipettiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Membranpumpe aufweist.
14. 14. Handpipettiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Druckquelle (P) aufweist, die dazu ausgebildet ist, gleichzeitig sowohl Überdruck als auch Unterdrück zu generieren, wobei die Druckquelle (P) eine Überdruckseite und eine Unterdruckseite aufweist und die Ventileinheit (25) an die Überdruckseite und die Unterdruckseite angeschlossen ist.
15. 15. Kalibrierungsverfahren für ein Handpipettiergerät (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem zur Kalibrierung des Dispensationsvolumens des Handpipettiergeräts (11) - zuerst mit einer Sollvolumen-Einstellung dispensiert wird, - danach das tatsächlich dispensierte Volumen gemessen wird, - und schliesslich das gemessene dispensierte Volumen im Handpipettiergerät (11) als Korrekturwert eingegeben wird, - und die Steuerung (29) des Handpipettiergeräts (11) die notwendige Korrektur selbsttätig errechnet und so ausführt, dass bei einer nächsten Dispensation das tatsächlich dispensierte Volumen genauer dem eingestellten Sollvolumen entspricht.
16. 16. Kalibrierungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung (29) die Dispensationsdauer korrigiert.
17. 17. Kalibrierungsverfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der Dispensationsdauer linear zur Abweichung des tatsächlich dispensierten Volumens vom eingestellten Sollvolumen geschieht.