CN110167672A - 用于改进的脉冲式液体移取的移液装置 - Google Patents

Abstract

一种移液装置(10)，所述移液装置用于借助于压力可变的工作气体(34)从在所述移液装置(10)中所提供的较大的计量液体量(32)中脉冲式地分配不多于1μl的小的计量液体剂量(36)，其中所述移液装置(10)包括：‑至少部分地用工作气体(34)填充的移液通道(11)；‑用于改变所述工作气体(34)的压力的压力改变装置(14，22)；和‑用于操控所述压力改变装置(14，22)的控制装置(24)，其中所述控制装置(24)构成用于，——基于在所述移液通道(11)中的保持基准压力，所述保持基准压力对于不移动地保持所述计量液体量(32)是需要的——操控所述压力改变装置(14，22)，以在不多于40ms的脉冲持续时间之内在所述移液通道(11)中产生过压脉冲。根据本发明，所述控制装置(24)还构成用于，在关于所述保持基准压力在所述移液通道(11)中产生所述过压脉冲之前操控所述压力改变装置(14，22)以产生负压。

Description

用于改进的脉冲式液体移取的移液装置

技术领域

本发明涉及一种移液装置，所述移液装置用于借助于压力可变的工作气体从在所述移液装置中提供的较大的计量液体量中脉冲式地分配不多于1μl的小的计量液体剂量，其中所述移液装置包括：

-至少部分地用工作气体填充的移液通道；

-用于改变所述工作气体的压力的压力改变装置；和

-用于操控所述压力改变装置的控制装置，

其中所述控制装置构成用于，——关于在所述移液通道中的保持基准压力，所述保持基准压力对于不移动地保持所述计量液体量是需要的——操控所述压力改变装置，以随着不多于40ms的脉冲持续时间在移液通道中产生过压脉冲。

本发明还涉及一种用于从针对单独的分配过程具有不多于1μl的分配体积的移液尖端中脉冲式地分配容纳在移液尖端中的计量液体的方法，所述方法包括在工作气体中产生过压脉冲的步骤，所述工作气体在背离移液开口的一侧上以传输压力的方式与所容纳的计量液体连通，以便由此在计量液体的朝向所述移液开口的侧上将液滴所述计量液体中释放出来并且使所述液滴加速远离计量液体。

背景技术

在此，用“过压脉冲”或“脉冲式”分配来表示整个脉冲持续时间不超过40ms的过压脉冲。过压脉冲的持续时间在此是在离开保持基准压力和重新返回所述保持基准压力之间的时间段。在此，通常在过压脉冲之后跟随着绝对值较小的负压脉冲，使得工作气体的压力第一次返回到保持基准压力的水平是经过保持基准压力的水平的一次经过。在实际中在产生过压脉冲之后在工作气体中最常预期到的发生压力振荡的情况下，在上文中“重新返回”到保持基准压力是指在可能的多次返回中的第一次返回。优选地，过压脉冲和随后的负压脉冲都位于所给出的40ms的时间窗之内。也在第一次经过保持基准压力水平到负压侧和第一次返回到保持基准压力水平之间测量紧接着过压脉冲的负压脉冲的持续时间。

用“脉冲式”的分配表示与传统已知的移液运行不同的分配，其中通过工作气体的过压脉冲将工作气体的压力冲击施加到容纳在移液装置中的计量液体量的背离计量开口的一侧上，使得所述压力冲击通过不可压缩的计量液体量传播至所容纳的计量液体量的靠近移液开口的弯月面，并且在该处引起计量液滴的抛出。

以这种方式和方法能够以高的重复精度计量和甚至等分小于1μl的或者优选小于600nl的非常小的液体量。

与此相反，在传统的分配中，通过提高工作气体中的压力推出移液装置所容纳的计量液体，直至液滴从移液开口脱离或者穿过移液开口将计量液体计量到被计量液体润湿的基板上或者已经存在的液体中，移液开口在输出预定的计量量之后从所述基板或从所述液体处抬起。

也就是说，在传统的分配中，工作气体中的压力改变进而移液活塞的运动，与计量液体通过移液装置的移液开口的输出同步或准同步地进行，而本发明所基于的脉冲式分配在此方面是不同步的，也就是说，基于在工作气体中脉冲式地、突然地产生过压脉冲，计量液体的液滴通常在过压脉冲消退或至少逐渐消退之后才从所容纳的计量液体量中抛出。因此，计量液滴的输出不与移液活塞的运动同步进行。

在脉冲式分配中，要计量的液体量作为液滴通常以如下加速度从容纳在移液装置中的计量液体量中输出，所述加速度超过通过地球的重力场产生的重力加速度。这表示：在脉冲式分配时通过移液装置从所容纳的计量液体量脱离的计量液滴在分配时沿着重力作用方向与仅在远离移液装置自由下落的情况下相比更快地运动。

通常在移液装置的同步运行模式中移取大量的计量液体，即多于1μl的量，其中计量液体在移液尖端中，更准确地说在其指向活塞的弯月面中同步地跟随所述活塞的计量侧的端面。这表示：当活塞在作为移液方向的分配方向上运动时，所述弯月面与活塞的计量侧的端面一起朝向移液装置的移液开口运动，而当活塞在作为移液方向的抽取方向上运动时，所述弯月面与活塞的计量侧的端面一起远离移液装置的移液开口运动。在活塞的计量侧的端面的运动和计量液体的弯月面之间产生微小的时间偏差，因为存在于活塞和计量液体之间的工作气体首先仅必须通过活塞运动被置于如下压力水平上，在所述压力水平上能够进行期望的移液过程。这在抽取时是相对于环境压力的负压，使得计量液体以通过工作气体的压力和环境压力之间的压力差驱动的方式从计量液体储备流入移液尖端中，其中移液尖端的移液开口浸入所述计量液体储备中。这在分配时是相对于环境压力的过压，使得容纳在移液尖端中的计量液体以通过工作气体的压力和环境压力之间的压力差驱动的方式通过移液尖端的移液开口流出。因此，可压缩的工作气体如气体弹簧一样起作用。由于活塞运动和计量液体的弯月面在移液尖端中的运动之间的小的、但是存在的时间偏差，下面将传统的移取计量液体称为准同步的运行模式。

在传统的分配中在活塞和计量液体准同步运动时，利用惯性力引起要分配的计量液体从移液尖端的离开。所述活塞沿着分配方向运动预定的时间并且当期望从移液尖端向外挤出的计量液体离开时，尽可能突然地停止。已经挤出的由于之前的活塞运动尚处于分配运动中的计量液体的质量惯性于是引起计量液体在移液开口处的夹断并且最终引起所述计量液体的离开。在活塞运动和借助于工作气体挤出的计量液体之间的关联关系通常根据经验对于不同的液体类别来确定并且存储在移液装置的数据存储器中。在这种准同步的运行模式中，在活塞沿着移液方向运动期间，计量侧的活塞面所覆盖的体积(通常为移液体积，或者根据活塞的运动方向为抽取体积或分配体积)通常不超过计量液体的实际移液的体积的5％。移液体积与实际移取的计量液体体积的比值因此通常不大于1.05。

由于惯性诱导引起的在移液开口处的液体离开，有时，计量液体不期望地保持粘附在位于移液开口的区域中的移液尖端之外。为了避免这种粘附的液体量完全或部分地不受控地滴落，所述活塞在液体离开之后沿着抽取方向运动一小段，以便在外部粘附的计量液体通过移液开口向回抽吸到移液尖端中。

利用惯性力这样分配计量液体根据相应的计量液体对于小于3μl至5μl的单计量体积不再可靠地起作用，因为随后由于小的质量，可实现的惯性力不再能够足够可靠地克服其它力影响，尤其来自表面应力的其它力影响，以至于无法确保如此小的计量液体量的可靠的、可重复的脱离。

与之前提及的移液装置的区别是所谓的“配料器”或“分配器”，其通常仅分配计量液体，然而不能够抽取所述计量液体。分配器通常经由输送通道从储备中获得要分配的计量液体，所述储备与分配器的可通过活塞改变的计量腔流体连通。

与之前提及的移液装置的进一步的区别是下述移液装置，其中活塞的计量侧的端面与要移取的计量液体直接接触。于是在活塞和计量液体之间不存在工作气体。

由于在这种移液装置中的活塞和计量液体的直接运动耦合，在本领域中将其移液类型用英语术语“Positive Displacement，正位移”表示。省去可压缩的工作气体虽然提高了理论上可实现的移液精度，然而实际上导致在其它方面的困难。一方面，不能完全可靠地排除在抽取时在移液体积中的气体夹杂物，使得即使在正位移移液时在所抽取的计量液体中也会产生气泡或空气泡，这对可实现的移液精度产生不利的影响。另一方面，当计量液体倾向于发泡时，在正位移移液时可实现的移液精度是极其低的。此外，由于移液活塞被计量液体润湿，当应更换要移取的计量液体时，不仅必须更换移液尖端，而且也必须与所述移液尖端一起更换移液活塞，这意味着巨大的安装耗费和由此引起的巨大的成本。

与此相反，在本领域中将在活塞和计量液体之间具有工作气体的这种移液装置的移液类型称为“Air Displacement，气位移”，尽管如此所述工作气体不一定必须的是空气，而是也能够是惰性气体或准惰性气体，例如氮气。在这种移液类型中，移液活塞与计量液体通过气体柱，尤其通过空气柱持久和完全地分开。

当前的根据本发明的移液装置也与将***液体的柱用作为活塞的移液装置不同。由于这种***液体存在一定程度的污染风险，因为有时不能被排除：***液体，即仿佛液态的活塞的一部分进入要移取的计量液体中。本发明的移液装置的活塞至少部段地、为了避免污染风险而优选完全地构成为固体。在仅部段地构成为固体的情况下，所述活塞的至少指向计量液体的计量侧的端面构成为固体，以便防止液体间的传输。

就本发明而言，脉冲式分配从US 2001/0016358 A1中已知。然而，在该处没有通过工作气体引起的过压脉冲的媒介，而是通过压电执行器直接将物理冲击输出到在移液装置中所提供的计量液体的远离移液开口的弯月面上，进而在所提供的计量液体柱的相反的纵向端部处从离移液开口较近的弯月面抛出液体。

这种已知的方法的缺点显而易见：由于通过压电执行器与计量液体进行接触增加污染风险。

这种移液装置以及这种方法在申请本发明的时间点未公开的德国专利申请102015 214 566.2中描述。

在脉冲式分配小的计量液体剂量时可能与所选择的计量液体相关地，例如与其粘度、密度和/或表面应力相关地以及还与过压脉冲和可能紧随随后的负压脉冲的参数相关地产生不期望的副作用。例如，代替在进行输出的移液开口附近的弯月面处的仅一个唯一的期望的计量液滴，可能因伴随着不期望的卫星液滴的计量液滴而出现计量液体的雾化或计量液体的输出，这与可实现的计量精度的不期望的减小相关联。

发明内容

因此，本发明的目的是，提出一种技术教导，所述技术教导能够实现以高的可再现的精度脉冲式地分配小的液体量。

所述目的根据本发明通过开始提及类型的移液装置来实现，其中控制装置还构成用于，在关于保持基准压力在移液通道中产生过压脉冲之前操控压力改变装置以产生负压。

通过控制装置的所描述的构成方案，移液装置原则上能够在产生过压脉冲之前，将容纳在移液装置中的计量液体量远离移液开口运动到移液装置中一段，其中所述计量液体量通常作为计量液体柱存在。由此，在移液装置的移液开口和在移液装置中所提供的计量液体量的离移液开口较近的弯月面之间能够提供气体体积。

与移液开口以何种方式在移液装置上提供无关，所期望的气体体积始终能够通过控制装置的所描述的构成方案产生。

在试验中已经证实，脉冲式地分配所期望的计量液体体积的液滴从计量液体量的在移液装置的容纳体积之内与移液开口间隔开的位于移液开口附近的弯月面起对于构成所限定的计量液滴是有利的。

在移液装置中所提供的计量液体量远离移液开口缩回到移液开口的容纳腔中的效果在技术上尚未完全清楚，然而在现象学上是可再现的。

可能有利的是，计量液体量或至少在移液装置中所提供的计量液体柱的位于移液开口附近的进行输出的弯月面，在形成液滴和输出液滴的持续时间内引导穿过侧壁。因此，由于在工作气体中的过压脉冲甚至在流体机械方面限定的环境中发生整个计量液体柱的最小程度的运动。

而如果进行输出的弯月面直接处于移液开口上，那么其造型，例如其拱曲部或弯曲部是不明确的，并且其可能因过压脉冲引起的变形与在当前所提出的根据本发明的移液装置中相比是不太明确的。

虽然原则上，如果进行输出的弯月面直接处于移液开口上并且例如润湿移液开口的边缘，那么脉冲式分配计量液体也是可行的，然而，于是在移液装置上对于所提供的计量液体待设定用于实现输出所期望的小的计量液体剂量的运行参数，需在更窄的范围内选择。换言之，通过将在移液装置中所提供的计量液体的进行输出的弯月面在移液装置的容纳腔中与移液开口间隔开的设置，与进行输出的弯月面直接位于移液开口上相比，脉冲式的分配过程相对于外部影响和运行参数的改变不那么敏感。

另一正面影响可能在于，通过操控压力改变装置以产生负压和与此关联地远离移液开口移置位于移液开口附近的进行输出的弯月面，下部的弯月面缩回到移液装置的之前被计量液体润湿的区域中，当下部的弯月面以不可预测的造型直接处于移液开口上时，这在抽取计量液体量以将其在移液装置中提供后下一刻不一定是这种情况。由于下部的弯月面或所提供的计量液体量进一步缩回到移液装置中，进行输出的弯月面通常以可预测地明确的造型存在，所述造型显著改进脉冲式分配的和其分配结果的可重复性。

同样地，开始提及的目的通过开始提及的类型的方法实现，所述方法在产生过压脉冲之前包括下述步骤：

-关于移液通道中对于不移动地保持计量液体量所需要的保持基准压力：在工作气体中产生负压，进而将所容纳的计量液体远离移液开口运动，以在计量液体和移液开口之间形成或增大气体体积。

关于根据本发明的方法的优点和效果参考对根据本发明的移液装置的说明，所述说明描述了可借助根据本发明的移液装置执行的用于脉冲式分配计量液体的方法。

本发明的优点尤其在于以高的重复精度等分液体剂量的可行性。因此，在移液装置中例如能够容纳有30μl至80μl，例如大致40μl的计量液体量，从所述计量液体量中随着每次过压脉冲大致将500nl作为计量液滴抛出。在试验中，在此将所容纳的40μl的甘油作为计量液体的情况下在室温下相继脉冲式地分配20滴计量液滴，分别具有448nl的目标计量体积，其中在20次分配内的计量液滴体积的不准确度小于3％。

为了即使在等分时也确保本发明的优点，因此根据本发明的一个改进方案能够提出，控制装置构成用于，在产生两个过压脉冲之间操控压力改变装置，以产生保持基准压力进而产生负压，所述过压脉冲分别与两个直接相继的脉冲式分配过程中的另一个相关联。相应的内容适用于根据本发明的移液方法，所述移液方法在产生与两个不同的、然而与直接相继的脉冲式分配过程相关联的过压脉冲之间能够分别包括下述步骤：首先产生保持基准压力，所述保持基准压力对于将容纳在移液装置中的计量液体量不移动地保持在移液装置中是需要的；并且随后关于保持基准压力在工作气体中产生负压；进而将所提供的计量液体的位于移液开口附近的弯月面远离移液开口移置到移液装置中，以形成在计量液体和移液开口之间的气体体积。

要补充的是，在脉冲式分配计量液体时上述优点借助从移液开口缩回的位于移液开口附近的弯月面不仅在朝向移液开口锥形地渐缩的移液通道中而且在具有恒定的横截面的朝向移液开口柱形延伸的移液通道中可实现。因此，移液通道在移液开口的区域中的造型不重要或者不特别重要。

为了实现进行输出的弯月面的尽可能明确的造型，此外有利的是，上文提及的产生负压包括：产生第一负压，此后产生绝对值比第一负压更高的压力，并且此后产生第二负压。优选的是，在第一和第二负压之间的较高的压力高于保持基准压力，使得通过所描述的交替地改变工作气体压力，在移液装置中所提供的计量液体量能够沿着移液通道的一个部段来回运动。由此，移液通道的至少一个部段能够多次被计量液体润湿。

与此相应地，根据本发明的一个有利的改进方案的所述方法在产生负压之后，但是在产生过压脉冲之前能够包括下述另外的步骤：

-提高工作气体中的压力，进而使所容纳的计量液体朝向移液开口运动。

同样地，所述方法在提高工作气体中的压力之后，但是在产生过压脉冲之前能够包括下述另外的步骤：

-在工作气体中产生第二负压，进而使所容纳的计量液体远离移液开口运动，以形成或增大在计量液体和移液开口之间的气体体积。

通过产生上述第二负压，确保：如果产生过压脉冲，那么位于移液开口附近的进行输出的弯月面在移液装置的内部中与移液开口间隔开地设置。

第二负压不一定必须产生，然而这对于确保进行输出的弯月面的所期望的与移液开口间隔开的位置是有利的。然而这也足以使第一负压作为唯一的负压与后续的提高的压力相比更长时间地产生，和/或使所述第一负压与后续的提高的压力相比距保持参考电压绝对值更大的间距产生。因此也能够确保：在工作气体的作为准备的压力操纵结束时在产生脉冲式地进行分配的过压脉冲之前，进行输出的弯月面在移液装置的内部中与移液开口间隔开。

即使在产生第一负压后下一刻、在产生更高的压力后下一刻或者在产生第二压力后下一刻能够产生脉冲式地进行分配的过压脉冲，然而可能有利的是，首先让在移液装置中所提供的计量液体量在脉冲式分配之前静止。因此，根据本发明的移液装置的控制装置能够构成用于，在产生负压之后并且在产生过压脉冲之前操控所述压力改变装置，以产生保持基准压力。相应的改进方案适用于根据本发明的方法。

因为工作气体的压力通常必须补偿在移液装置中所提供的计量液体量的重力，必要时减去在润湿的移液通道壁处的摩擦效应或/和毛细管效应，所以恰好在等分时，其中在等分时在移液装置中所提供的计量液体量随着每次脉冲式的分配过程而减小，对于进行输出的弯月面在移液装置中的尽可能准确的定位而言有利的似乎，移液装置具有用于检测工作气体的压力的压力传感器时，其中压力传感器为了传输其检测信息在信号传输方面与控制装置连接，其中控制装置根据压力传感器的检测信息操控压力改变装置。

因此，根据一个相应的改进方案的所述方法包括检测工作气体的压力，其中根据所检测到的工作气体的压力或/和根据所容纳的被提供的计量液体量，至少一次地产生出自负压、提高的压力、保持基准压力的压力和过压脉冲以及可能紧随随后的负压脉冲。所容纳的被提供的计量液体量例如能够从已知的初始的计量液体量开始通过减去各个脉冲式的分配过程的与自提供初始的计量液体量起所进行的脉冲式的分配过程的次数相乘的剂量量来确定，例如通过控制装置来确定。

原则上，移液装置能够具有固定安装的移液通道，所述移液通道带有移液开口，在移液装置中所提供的计量液体穿过所述移液开口被分配。然而，这出于卫生原因不太有利。优选的是，移液装置构成用于，容纳可更换的移液尖端作为移液通道的一部分。与此相应地，根据本发明的一个有利的改进方案提出，移液装置具有被移液通道贯穿的耦联组成，以临时耦联上移液尖端。如果移液尖端耦联到耦联组成上，那么移液尖端延长装置自身的移液通道并且临时地、即在其耦联的持续时间期间是移液装置的移液通道的一部分。移液尖端优选是所谓的“disposable，一次性用品”，即一次性或可丢弃移液尖端，所述移液尖端在一次分配或等分之后被丢弃。

优选的是，移液装置不仅构成用于脉冲式分配，而且也构成用于传统的抽吸，使得在移液装置中提供计量液体，尤其在容纳于其上的移液尖端中提供计量液体，能够通过使计量液体穿过移液装置的移液开口准同步抽取到移液装置的容纳腔中进行。优选的是，移液装置不仅在不同步运行中构成用于脉冲式分配而且在准同步运行中构成用于传统的分配，使得借助根据本发明的移液装置，可重复精确地分配小于1μl的，例如大致直至几十纳升的小的计量液体量，以及几百微升的大的液体量。在不同步的和准同步运行之间的转换非常简单地借助于通过控制装置设定移液活塞速度来进行。在活塞加速度和活塞运动足够缓慢的情况下也如抽取那样准同步进行分配。对于活塞加速度和/或活塞速度的待设定的值能够在无需大的耗费的情况下对于不同的液体类别通过试验确定。

例如，用于实现准同步的移液运行的控制装置能够构成用于，使活塞以不大于1000μl/s的峰值速度运动，以移取多于1μl的预定的单计量体积。在给出活塞的不大于1000μl/s的最大速度的情况下，计量液体——必要时以小的时间偏差——以相同定向的运动跟随所述活塞。被活塞覆盖的移液体积基本上对应于实际移取的计量液体体积。通过活塞面给定的上述活塞变量再次被认为是优选的。

借助既能够在同步或准同步的移液运行中也能够在不同步的移液运行中运行根据本发明的移液装置的可行性，根据本发明的同一移液装置能够构成用于，将可选择的在100nl至100μl，优选100nl至1000μl的计量体积范围中的单计量体积以相对于作为额定体积的预定的单计量体积不多于2％的体积偏差可再现地移液。因此，根据本发明的移液装置能够将10000倍的最小的移液体积作为最大的移液体积进行移液。在此，显然不应排除，例如仍能够低于所提及的100nl的下限。对于所提及的移液体积区域，在任何情况下确保移液装置的功能性。

出于所提及的原因，有利的是，移液装置具有移液尖端，所述移液尖端具有用于与耦联组成可松开地耦联接合的耦联配合组成和具有在抽取过程期间和在分配过程期间作为用于计量液体的穿通开口的移液开口。在该情况下，计量液体，必要时在抽取过程之后，在移液尖端中提供。抽取过程非脉冲式地进行，而是作为准同步的抽取过程进行，也就是说，在工作气体中产生进行抽取的负压，并且由此引起的计量液体穿过移液开口流入到移液装置中或者移液尖端中，在时间上绝大部分重合。

根据本发明的移液装置以及根据本发明的分配方法的大的优势之一在于，能够使用标准的移液尖端，其具有如下额定移液腔体积，所述额定移液腔体积显著大于在唯一的脉冲式分配过程中所输出的计量液体剂量。优选的是，移液尖端的额定容纳体积或额定移液腔体积优选大于唯一的脉冲式分配的或可分配的液体剂量的最小可能的体积的80倍、特别优选300倍、最多优选500倍。由此，在剂量体积的重复精度非常高的同时，能够实现具有大量相继的脉冲式分配的等分过程。

例如，在试验中，具有300μl的额定容纳体积的标准移液尖端已经暂时耦联到移液装置上。在该移液尖端中抽取40μl的计量液体，例如甘油。通过根据本发明的移液装置的构成方案或者通过使用根据本发明的方法，在进行输出的弯月面和移液开口之间设置4μl至5μl的气体体积。在该情况下，甘油作为计量液体以448ml的单计量体积连续等分20次，其中单次输出的计量体积相差不超过2.96％。

从在移液装置中所提供的40μl的储备中将甘油作为相对高粘度的液体以可再现的、小于450nl的计量体积多次输出在很大程度是不寻常的。

这种精度决定性地通过在产生过压脉冲之前在计量液体的进行输出的弯月面和移液开口之间所提供的气体体积来实现，因为在没有气体体积的情况下的试验，即在进行输出的弯月面直接贴靠在移液开口上的情况下的试验，不允许以小于450nl重复精确地、脉冲式地分配甘油。在移液开口和进行输出的弯月面之间没有气体体积的情况下，甘油的最小的可再现的分配体积更确切地说位于2μl的数量级中，即大于借助气体体积实现的值数倍。迄今为止所执行的试验表明，恰好在高粘度的计量液体，如甘油等中，通过使用本发明，在从移液装置中的较大的储备中进行等分的情况下实现重复精确的、小的计量量时，可获得显著的进展。

在移液开口和进行输出的弯月面之间的气体体积优选至少为要脉冲式分配的预期的计量液体体积的大致两倍至四倍。气体体积另一方面应根据可能性不大于设置用于进行脉冲式分配的计量液体体积的25倍，优选20倍。

恰好在朝向移液开口锥形地渐缩的移液通道和移液尖端中，进行输出的弯月面距移液开口的逐渐增大的间距引起所述弯月面的变得越来越大的面积。当气泡通过下部的弯月面进入在移液通道中所提供的计量液体中时，出现位于移液开口附近的弯月面的表面增大的极限情况。显然应避免该情况。

在结构上，使用传统上大的、具有100、200、300或更多微升的额定容纳体积的移液尖端通过如下方式是可行的：压力改变装置能够具有磁性活塞和与所述磁性活塞共同作用以使其沿着移液通道运动的可通电的线圈。磁性活塞优选是固体活塞，其具有至少一个或优选多个固体-永磁体，所述固体-永磁体优选在其纵向端部处相对于可移动地容纳所述活塞的移液通道充分密封，例如通过相应的端盖密封。提供可通过电磁场驱动的磁性活塞能够实现活塞在移液通道中的高度动态的运动过程进而产生在时间上短暂的冲击式的过压脉冲，该过压脉冲能够通过同样在时间上短暂的负压脉冲突然停止其效果。

借助磁性活塞能够实现在移液通道中的活塞加速度，所述活塞加速度无法借助移液活塞的传统的机械的运动驱动器来实现。

如果压力改变装置如作为优选的那样包括磁性的移液活塞和可通电的线圈，那么控制装置优选构成用于，控制线圈的通电。上文提及的产生负压于是包括：沿着第一方向，通常沿着远离在移液装置中所提供的计量液体量的方向移置磁性活塞。

同样地，产生过压脉冲包括：沿着与第一方向相反的第二方向并且紧接着沿着第一方向移置活塞。

优选地，在移液活塞和在移液通道中所提供的计量液体量之间仅存在工作气体并且不存在其它***流体或计量流体。

然而，替选地或附加地，压力改变装置也能够通过不同的工作气体蓄压器实现，所述工作气体蓄压器中的每个都能够经由至少一个阀与移液通道以传输压力的方式连接。在此，工作气体蓄压器是过压蓄压器，并且相应另一工作气体蓄压器是负压蓄压器。压力，即过压和负压，应关于基准压力，例如在所预期的保持基准压力范围中的压力来理解，其通过通常在移液通道中所提供的计量液体量来确定。

在最后提到的应用情况中，控制装置于是构成用于，控制相应的阀的打开和关闭，其中产生负压包括负压阀的打开和关闭，并且其中，产生过压脉冲包括负压阀的打开和关闭以及过压阀的打开和关闭。

在优选使用具有移液活塞的压力改变装置时，活塞的冲击式的可运动性优选通过如下方式实现：控制装置构成用于，为了分配小于1μl的预定的单计量体积，将运动驱动器运行为，使得所述活塞沿着分配方向运动，并且在此其计量侧的端面覆盖如下分配体积，所述分配体积大单计量体积不小于1.4倍，并且所述活塞随后沿着与分配方向相反的抽取方向运动，并且在此其计量侧的端面覆盖抽取提及，其中在控制装置的用于沿着分配方向驱动活塞的控制信号开始和用于沿着抽取方向驱动活塞的控制信号结束之间，经过不大于40ms，优选不大于30ms。

该方面基于控制活塞运动的控制信号，活塞由于质量惯性、摩擦和这一类外部影响通常在有时间偏差和活塞实际运动与通过控制信号预设的期望运动有一定偏差的情况下跟随所述控制信号。对足够精确地跟随期望运动的活塞的操控已经得到随后将详细描述的根据本发明的成果并且实现借助本发明力求实现的效果。

基于实际的活塞运动，活塞的冲击式的运动能够通过如下方式实现：控制装置构成用于，为了移取至少小于1μl的预定的单计量体积而将运动驱动器运行为，使得活塞从起始位置开始沿着分配方向运动，并且在此其计量侧的端面覆盖如下分配体积，所述分配体积大单计量体积不小于1.4倍，并且活塞随后从运动方向反转地点开始沿着与分配方向相反的抽取方向运动，并且在此其计量侧的端面覆盖抽取体积，其中在如下时间点之间，经过不大于50ms，优选不大于30ms(“半程时间”或“半程距离”)，在所述时间点中活塞沿着分配方向和沿着抽取方向分别达到与在活塞起始位置和活塞反转地点之间的一半路程对应的地点。

半程距离的第二方面与在预定的时间内使用的用于操控活塞的控制信号的第一方面原则上无关。所述第一和第二方面也能够共同地以组合的方式在移液装置上实现。

对如下时间的考虑确保抑制活塞实际运动与活塞期望运动的对分配过程不重要的偏差，所述偏差大致可能在活塞运动将近结束时在返回到静止位置中的情况下以超调的形式出现，其中所述时间是活塞为了从“半程距离”的地点开始，即从在活塞起始位置和具有从分配方向转向到抽取方向中的运动方向反转的死点(运动方向反转地点)之间的路段的中点开始到达死点并且返回半程距离的地点所需要的时间。可能出现的超调会使在脉冲式分配过程结束时确定实际的活塞静止状态变难。然而，因为超调根据至今为止所执行的试验对所分配的计量液体的量没有任何影响，所以不对活塞在运动结束时的运动特性进行深入的讨论。对于通过冲击式的活塞运动实现的分配结果决定性的刚好是在上文中提到的时间段，活塞需要所述时间段以在其沿着分配方向运动期间从半程距离的地点开始到达其运动的死点，并且随后在其沿着抽取方向运动期间再次到达半程距离的地点。

活塞的运动能够根据活塞上的任意基准点检测，例如根据计量侧的活塞面检测。

活塞的根据本发明提出的运动过程对计量液体的影响尚未完全清楚。然而阐述模型基于，借助于使活塞沿着移液方向运动超过要移取的预定的单计量体积，将激发或分离能量传输到要移取的计量液体上，所述激发或分离能量对于克服计量液体的惯性力、表面应力、黏附力和内聚力使其沿着期望的分配方向开始运动是必要的。

借助于活塞沿着与分配方向相反的抽取方向的运动，将计量液体的之前激发的分配运动再次“去激发”，在所述运动中，活塞通常再次覆盖与实际要移取的单计量体积不同的、优选更大的体积。

因此，将非常短的、尖锐的压力脉冲从活塞经由工作气体传输到计量液体上。

令人惊讶的是，由活塞在其运动时覆盖的体积，即分配体积和抽取体积能够是同样大的。活塞因此能够在分配过程结束时再次处于起始位置中。尽管如此仍移取单计量体积。

因此，根据本发明，活塞的“移置平衡(Verlagerungssaldo)”不重要。更确切地说，试验已经证实的是，实际移取的计量液体体积与根据时间积分的活塞期望运动相关。活塞期望运动例如能够以在相应的期望时间点活塞沿着通道路径的期望地点的形式来说明，即通过期望地点-时间曲线说明。因为活塞期望运动与控制装置的控制信号相关，所以实际移取的计量液体体积能够与控制信号的根据时间积分的时间相关的变化曲线相关。同样地，实际移取的计量液体体积能够与根据时间积分的活塞实际运动相关。活塞实际运动能够再次以在相应的实际时间点活塞沿着通道路径的实际地点的形式来说明，即以实际地点-时间曲线的形式说明。在使用活塞实际运动时的积分界限是活塞经过半程距离的地点的两次经过。

也就是说，如果将所提到的随时间变化的变量，即活塞期望运动、控制信号、活塞实际运动中的一个绘制为根据时间的曲线图，那么在运动开始和运动结束之间处于曲线图之下的面积是用于实际移取的计量液体体积的量度。在考虑活塞实际运动作为用于被分配的计量液体体积的评估变量的情况下，重要的运动开始是第一次经过半程距离的地点，并且重要的运动结束是第二次经过所述地点。

在此，由活塞或由其计量侧的端面覆盖的体积在端面的造型在移取期间不改变的合理的前提下是计量侧的端面到与通道路径正交的投影平面上的投影的面积乘以活塞行程。因为优选至少活塞的计量侧的端面构成为固体，所以所述假设是可实现的。

用“分配方向”表示活塞的如下运动方向，所述运动方向引起将计量液体从移液装置的计量液体容纳腔中，例如从移液尖端中推出。用“抽取方向”表示活塞的如下运动方向，所述运动方向引起将计量液体吸入移液装置的计量液体容纳腔中。

就本申请而言，当为了分配具体已知的计量体积进行分配过程时，单计量体积始终是预定的。单计量体积能够通过在移液装置上的手动输入或通过将数据传输给移液装置来预定或通过根据手动输入的或/和在存储器装置中保存的用于移液装置的数据进行计算来预定。

由活塞的计量侧的端面首先覆盖的分配体积不仅能够与预定的单计量体积相关，而且附加地能够与分别要移取的计量液体的参数或/和与在计量侧的活塞面和计量液体之间的工作气体的体积相关。原则上适用的是：计量液体的黏度越大(在20℃的室温下在1013.25hPa的大气压下借助于旋转式黏度计测量)，分配体积与单计量体积的比值就越大。同样适用的是：工作气体的体积越大，分配体积与单计量体积的比值就越大。在移液尖端优选可更换的情况下，在活塞和计量体积之间的受结构类型决定的工作气体体积通常能够不低于180μl并且不超过3000μl。优选地，工作气体体积在180μl和1000μl之间，尤其优选在200μl和800μl之间。

因此，分配体积例如能够不小于单计量体积的1.5倍。然而，所述分配体积也能够明显大于单计量体积。因此，所述分配体积在如下情况下例如能够是单计量体积的五倍：低的激发能量足以将计量液体加速至流动穿过通常狭窄的移液开口。不那么好激发以进行运动的计量液体能够借助沿着分配方向的活塞运动和借助不小于单计量体积的十倍的在此由计量侧的端面覆盖的分配体积激发以进行运动。因为活塞运动优选以高于每单位时间由计量侧的端面覆盖的体积的体积速度执行，所以随着分配体积增加，移取小于1μl的非常小的单计量体积的重复精度升高。因此，分配体积优选能够不小于单计量体积的二十五倍。

试验已经证实：特别是对于要频繁移取的这类含水液体——这就本申请而言是黏度在0.8mPas至10mPas的范围中的液体，所述黏度在20℃的室温下在1013.25hPa的大气压下借助于旋转式黏度仪测量——在单计量体积的十倍和六十倍之间、优选在十倍和二十五倍之间的分配体积引起出色的计量结果。在单计量体积的十倍和二十五倍之间的分配体积即使针对位于上文提及的黏度范围之外的计量液体也提供了出色的计量结果。

分配体积的上限是如下分配体积，在所述分配体积中，由于如下大的持续时间，使多于单计量体积的体积运动穿过移液开口，其中所述持续时间是活塞需要通过其计量侧的端面覆盖分配体积的持续时间。测试已经证实：超过100倍的分配体积不再允许有效地分配小于1μl的计量体积。

在这一点上要澄清的是，根据本发明构成的移液装置尽管在分配时存在之前描述的大的活塞运动，但是仅使预定的单计量体积的计量液体运动穿过其移液开口。不存在沿着抽取方向之后进行修正的任何过度计量或过度分配。计量液体在分配过程期间根据本发明仅沿着期望的分配方向运动。就本发明而言，当沿着抽取方向的活塞运动结束时，分配过程结束。

由活塞在其运动期间覆盖的抽取体积能够与分配体积一样大，甚至在等分时也如此。然而，于是随着在等分运行中分配过程的数量增加，位于移液开口附近的弯月面越来越向移液装置的计量液体容纳腔迁移，这会损害进一步的分配过程的精度。

因此，抽取体积与分配体积相比能够小了单计量体积。因此能够确保，虽然多次执行分配过程，但所容纳的计量液体的位于移液开口附近的弯月面保留在尽可能恒定的地点中。因此，根据之前的说明，抽取体积也能够明显大于单计量体积。

然而，活塞首先也能够在产生过压脉冲即将结束时沿着抽取方向移回到其在分配过程开始时的活塞起始位置中，并且随后再次沿着分配方向由单计量体积跟踪。于是跟踪运动能够比在脉冲式分配过程期间的活塞运动明显更慢地进行，并且不再属于分配过程。

对于分配小的计量液体量的分配过程正确地待由活塞覆盖的分配体积和抽取体积能够在预设单计量体积的情况下简单地通过试验确定。

因此，根据本发明，与之前结合现有技术描述的准同步的移液运行相反地，利用不同步的移液运行，其中活塞运动的本质性阶段不与计量液体的运动关联。在之前描述的准同步的移液运行中仅在活塞和计量液体的同向的运动之间存在小的时间偏差，而在当前描述的不同步的移液运行中，在同一时间点或在同一时间段中出现活塞和计量液体的彼此相反取向的运动，或者在活塞已经结束其沿着抽取方向的运动并且再次处于静止状态之后，才能够开始计量液体穿过移液开口的运动。

替代如迄今为止通过相当慢的活塞运动来吸入和/或输出计量液体，在当前的移液装置中，通过快速的活塞运动，在可压缩的工作气体中产生压力脉冲，所述压力脉冲被传输到不可压缩的计量液体上并且在那里能够引起小的单计量体积从较大的计量液体量中分离出来。由于沿着分配方向和沿着抽取方向的活塞运动，所述压力脉冲与周围大气相比具有上升沿和下降沿。在抽取时，脉冲下降沿沿通常在时间上前于脉冲上升沿，而在分配时刚好相反。

然而，与在分配过程中单计量体积的计量液体何时开始运动穿过移液开口无关，大多数分配过程的共同之处在于：在分配时，操控活塞进行运动方向反转，并且通常活塞的运动方向实际上在预定的液体体积从移液开口脱离之前就转向。由此，在喷射模式中能够实现小于1μl的预定的单计量体积的分配。

根据一个有利的实施方式，所述实施方式构成用于在喷射模式中分配小于1μl的单计量体积，控制装置能够构成用于，在预定的液体体积从移液开口脱离之前，操控运动驱动器以使活塞进行从分配方向到抽取方向中的运动方向反转。于是，预定的液体体积从移液开口抛出。这也是冲击式的活塞运动的表现。

在活塞运动足够快的情况下，甚至会出现，在期望的单计量体积的计量液体完全地运动穿过移液开口之前，沿着分配方向和沿着抽取方向的活塞运动完全结束。活塞速度因此同样能够是重要的影响因素。

因此，在根据本发明的移液装置中活塞的冲击式的可运动性通过如下方式引起：运动驱动器包括线性马达，并且控制装置和运动驱动器为了移取小于1μl的预定的单计量体积而构成用于，活塞以至少5000μl/s、优选至少10000μl/s、并且不大于25000μl/s的峰值速度运动。

活塞的运动速度同样表征冲击式的活塞运动。在此，活塞的体积速度，即由活塞的计量侧的端面每单位时间覆盖的体积，与活塞或活塞杆的线性的运动速度相比更为重要。虽然在具有较大的活塞面的活塞中较小的行程足以覆盖相同的体积，但是对于所述体积而言，具有较小的活塞面的活塞需要较大的行程。因此，为了实现加快的体积速度，与具有较小的活塞面的活塞相比，能够简单地使具有较大的活塞面的活塞沿着通道路径运动。然而，对于起动活塞运动所需的起动力，例如为了克服静摩擦，随活塞大小明显提高，使得具有越来越大的活塞面的活塞，对于分配小于1μl的单计量体积而言，越来越难以控制。

本发明优选涉及如下移液装置，所述移液装置的活塞具有在3mm²和80mm²之间的活塞面，即所述移液装置在圆形的活塞面的情况下具有在2mm和大约10mm之间的直径。为了能够将多个移液通道以格栅宽度尽可能小的行状和列状的格栅设置，本发明特别优选地涉及如下移液装置，所述移液装置的活塞具有在3mm²和20mm²之间的活塞面，这在圆形的活塞面的情况下对应于在2mm和大约5mm之间的直径。

在以例如大于25000μl/s的过高的最大活塞速度进行分配的情况下，虽然始终出现离开计量液体容纳腔的液体运动，然而单计量体积于是通常以***或雾化成多个子体积的方式输出，这对于高精度地分配在此讨论的小于1μl的小的单计量体积是不可接受的。原则上，能够确定，随着活塞速度增大，预定的计量液体量不期望地以多个子量来移取的趋势上升。根据当前的知识水平，至少对于含水的计量液体，如其在上文中限定的那样，在大约10000μl/s的最大活塞速度的情况下，关于所移取的液体量的精度和可重复性获得非常出色的结果。

为了给出活塞速度的印象：优选地，活塞为了其沿着分配方向并且紧接着沿着抽取方向从半程距离的地点直至重新达到所述半程距离的运动，需要小于30ms，优选小于20ms，最优选甚至小于16ms。甚至能够考虑在个位数的毫秒范围中的运动时间。相应内容适用于控制信号的从沿着分配方向驱动活塞的控制信号开始直至沿着抽取方向驱动活塞的控制信号结束的持续时间。对于控制信号，直至1ms的信号持续时间是可行的，以便移取特别小的单计量体积。

沿着分配方向和抽取方向的完整的活塞运动能够借助具有圆形的活塞面和4.3mm的直径的活塞毫无问题地在例如15ms中进行，借助所述活塞运动，在由计量侧的端面覆盖的移液体积为30μl并且所覆盖的配合移液体积为29.05μl的情况下，含水的计量液体的单计量体积为950nl。

然而，冲击式的活塞运动的运动学方面不仅基于可实现的最大的活塞速度，而且也基于如下时间段，运动驱动器需要所述时间段将活塞加速到期望的活塞速度或/和从期望的活塞速度开始减速。优选地，因此控制装置和运动驱动器构成用于，以至少2×10⁶μl/s²、优选至少6×10⁶μl/s²、特别优选甚至至少8×10⁶μl/s²和不大于5×10⁷μl/s²的加速度加速或/或减速活塞，以进行沿着通道路径的运动。上文中对通过活塞面来说明的优选的活塞变量的说明是适用的。

完全令人意想不到，此外已经证实的是，计量液体、尤其含水的计量液体的移取借助在此提出的根据本发明的移液装置与分别使用的移液尖端无关。在移液参数相同的情况下，对于同一计量液体，在具有不同的移液尖端的同一移液装置上始终可重复地实现相同的移液结果。尤其地，移液结果与分别耦联到移液装置上的移液尖端的额定移液腔体积无关。

附图说明

下面根据附图来详细阐述本发明。附图示出：

图1示出根据本发明的移液装置，在所述移液装置中，在抽取预定量的计量液体后的下一刻进行根据本发明的脉冲式分配方法，

图2a示出在工作气体中关于图1的保持基准压力产生第一负压以形成在移液开口和被抽取的计量液体之间的气体体积之后图1的移液装置，

图2b示出在移液活塞和被抽取的计量液体之间提高工作气体的压力以将靠近移液开口的弯月面朝向移液开口移置之后图2a的移液装置，

图2c示出在工作气体中关于图1的保持基准压力产生第二负压以形成在移液开口和被抽取的计量液体之间的气体体积之后图2b的移液装置，

图3a示出图2c的移液装置，所述移液装置仅为了概览而重复地在第三附图页上示出，

图3b示出在突然产生过压脉冲期间图3a的移液装置，

图3c示出在完全结束用于分配450μl的单计量体积的冲击式的活塞运动之后图3b的移液装置，

图4示出图3a至图3c的移液过程的控制信号和借助其引起的活塞运动的时间变化曲线的粗略示意性的曲线图，

图5示出图4的仅具有控制信号的视图，和

图6示出图4的仅具有活塞的地点-时间曲线的视图。

具体实施方式

在图1至图3c中，根据本发明的移液装置普遍用10表示。所述移液装置包括移液通道11，所述移液通道包括柱体12，所述柱体沿着构成为直线的通道轴线的通道路径K延伸。活塞14沿着通道路径K可运动地容纳在所述移液通道11中。

活塞14包括两个端盖16(出于概览性的原因仅图1至3c中的靠下者设有附图标记)，在所述端盖之间容纳有多个永磁体18(在本实例中为三个永磁体18)。为了实现沿着通道路径K分隔清晰的磁场，永磁体18沿着通道轴线K极化并且以同名磁极彼此相向的方式成对地设置。从所述设置中得到从活塞14开始的磁场，所述磁场围绕通道轴线K是尽可能相同形状的，即基本上关于通道轴线K是旋转对称的，并且所述磁场沿着通道轴线K具有磁场强度的高的梯度，使得不同名的极化区分隔清晰地沿着通道路径K交替地更替。借此，例如通过霍尔传感器(未示出)能够在沿着通道轴线K进行活塞14的位置检测时实现高的位置分辨率，并且能够实现外部磁场非常有效地耦合到活塞14上。

端盖16优选由低摩擦的、包括石墨的材料形成，如已知的那样，例如(美国)康乃迪克州，诺瓦克的公司Airport Corporation的市售的活塞。为了能够尽可能完全地充分利用由所述材料提供的小的摩擦，移液通道11优选包括由玻璃制成的柱体12，使得在活塞14沿着通道轴线K运动时，包括石墨的材料极其低摩擦地在玻璃面上滑动。

活塞14因此形成线性马达20的转子，所述线性马达的定子由包围移液通道11的线圈22(在此示例性地仅示出四个线圈)形成。

应明确指出的是，图1至图3c仅示出根据本发明的移液装置10的粗略示意性的纵剖图，所述移液装置无论如何都不理解成是符合比例的。此外，多数构件通过任意的构件数量，如例如三个永磁体18和四个线圈22示出。实际上，不仅永磁体18的数量而且还有线圈22的数量都能够大于或也小于所示出的数量。

线性马达20、更确切地说其线圈22，经由控制装置24操控，所述控制装置以传输信号的方式与线圈22连接。作为信号也适用的是传输电流，以给线圈通电进而通过所述线圈产生磁场。

在柱体12的计量侧的端部12a上以本身已知的方式可拆开地安置有移液尖端26。移液尖端26与柱体12的计量侧的纵向端部12a的连接同样仅粗略示意性地示出。

移液尖端26限定其内部的移液腔28，所述移液腔在脱离耦合的纵向端部26a上仅可通过移液开口30接近。移液尖端26在其耦联到柱体12上期间将所述移液通道11延长直至移液开口30。

在移液装置10的在图1中示出的实例中，在结束通过同一移液装置10的准同步的移液运行的常规的抽取过程后下一刻，在移液腔28中——进而在移液装置10中——容纳一定量的计量液体32。

在活塞14和计量液体32之间持续地存在工作气体34，所述工作气体用作为在活塞14和计量液体32之间的力传送器(Kraftvermittler)。优选地，在活塞14和计量液体32之间仅存在工作气体34，可能在其化学组分方面由于吸收了来自计量液体32的挥发性的成分以可忽略不计的方式改变。

工作气体34即使在移液尖端26完全排空的情况下也设置在活塞14和计量液体32之间，因为移液尖端26为了抽取计量液体32而浸入到相应的计量液体储备中，使得在该状态下至少在移液开口30处存在计量液体32的弯月面。因此，工作气体34在移液装置10的每个对于移液过程重要的状态中持续地完全位于活塞14和计量液体32之间，并且将其彼此分离。

更确切地说，工作气体34处于活塞14的计量侧的端面14a和作为液体柱容纳在移液腔28中的计量液体32的离移液开口较远的弯月面32a之间，所述端面在本实例中通过端盖16的沿轴向方向——关于通道路径K——朝向计量开口30的端面形成。

从在图1a中示出的状态开始，下面描述根据本发明的移液装置10的对脉冲式分配过程的准备以及脉冲式分配过程本身：

参考图2a至2c描述了移液装置10的准备，借助所述准备能够显著提高脉冲式分配过程的精度，所述脉冲式分配过程在图3b和3c中示出。这基本上表示：与不具有相应的准备的情况相比，能够以高的重复精度来输出更小的最小分配剂量。

自移液装置10的所述状态起，在将预定的计量液体量32抽取到移液尖端26中后下一刻(参见图1)，控制装置24给线圈22通电，使得移液活塞14按照工作液体34中产生(第一)负压而运动，这意味着运动远离移液开口30运动。

由此，在移液装置10中，更确切地说在移液尖端26的移液容纳腔28中所提供的计量液体量32沿着通道轴线K远离移液开口30移置到移液装置10中，更确切地说移置到移液尖端26中。所提供的计量液体32朝向移液活塞14通过远离移液开口30的弯月面32a限界，而朝向移液开口30通过移液开口附近的弯月面32b限界。通过将计量液体32远离移液开口30移置，在移液开口30和移液开口附近的弯月面32b之间形成气体体积35。

在40μl的示例性容纳的计量液体量32中，在触发脉冲式地进行分配的过压脉冲前一刻，气体体积35优选为4μl至10μl，特别优选为4μl至6μl。

通过将移液开口附近的进而输出之后的计量液滴的弯月面移置远离移液开口30，在抽取之后以不明确的造型，尤其不明确的拱曲部存在于移液开口30上的弯月面32b获得更明确的造型。尽管在根据图2a产生气体体积35之后，移液开口附近的弯月面32b的造型不是完全明确的，然而其造型仅以小的程度围绕通常预期的造型波动。

移液开口附近的弯月面32b的造型例如与计量液体32的表面应力、其密度、其粘度和移液尖端26的壁部的可润湿性相关。

根据图2b，控制装置24随后能够根据驱动线圈22，以使移液活塞14按照工作气体34中的压力提高来运动，也就是说，使移液活塞14朝向移液开口30移置。由此，在移液尖端26中所提供的计量液体32再次朝向移液开口30回移，然而不超出所述移液开口。在移液开口30和移液开口附近的弯月面32b之间的气体体积35因此变得更小或者甚至完全消失。

控制装置24还能够重新驱动线圈22，以使移液活塞14按照降低工作气体34的压力来运动，也就是说，就抽取而言远离移液开口30运动，由此重新形成和/或增大在移液开口30和计量液体32的位于移液开口附近的弯月面32b之间的气体体积35。通过计量液体32在移液尖端26中的来回运动，如在图2a至2c中所示出的那样，对于同一计量液体32在结束根据图2c产生第二负压时形成始终相同地构造的弯月面32b，这对于随后的如在图3a至3c中示出和描述的脉冲式分配过程是有利的。优点在于减少最小可分配的液体量以及在等分时其可实现的可重复性。

图3a在单独的附图页上示出图2c的移液装置10，以便能够更好地比较在产生过压脉冲前一刻和在产生过压脉冲期间移液装置10的不同状态的对比。

本申请的创造性的构思的中心点是活塞14的冲击式的运动。所述冲击式的运动以各种表现方式表达。

由于所提供的优选的线性马达20，活塞14能够以极大的运动动态沿着通道轴线K运动。为了分配小的液体量、例如0.5μl的计量液体32，首先将活塞14快速地按照在工作气体34中产生压力提高(在此：分配方向)朝向计量开口30运动。控制装置24控制线性马达20的线圈22，使得活塞14执行这样大的行程P：活塞14的计量侧的端面14a沿着行程P覆盖预定的单计量体积36的多倍，例如40倍(参见图3c)。活塞随后在图3b中示出的位置中处于其沿着分配方向的运动的下死点处，于是活塞14被驱动以沿着抽取方向进行相反的运动，即按照减小工作气体34的压力(参见箭头G)来运动。

活塞沿着分配方向的运动持续小于10ms。当活塞14到达其下死点时，计量液体32的任何部分都尚未从移液尖端26脱离。移液开口附近的弯月面32b以准备进行液滴输出的造型示出。弯月面32b的造型仅出于图解说明目的来选择，以便表明：即将输出计量液滴36(参见图3b)。离移液开口较远的弯月面32a凹形弯曲地示出，以便显示过压脉冲对计量液体32的作用。

活塞在分配方向上例如以大约10000μl/s的最大速度运动，并且对此以直至8×10⁶μl/s²的加速度加速，并且再次减速。然而，最大速度仅短暂地出现。这意味着，在所提到的情况下，即，其计量侧的端面14a在分配运动过程中覆盖例如为单计量体积36的40倍的体积，也就是说，大约20μl/s的体积，活塞为了所述分配运动需要大约6ms至8ms。

计量液体32在此是过于缓慢的以至于无法跟随这种活塞运动。替代于此，由活塞14将升压脉冲经由工作气体34传输至移液尖端26中的计量液体32。从在图3b中示出的视图开始，现在活塞14尽可能立即地向回沿着抽取方向加速，其中沿着抽取方向的运动行程G在该情况下小于沿着分配方向的运动的行程P，这是因为端侧的活塞面14a在沿着抽取方向进行运动的过程中覆盖如下抽取体积，所述抽取体积比被覆盖的分配体积小了单计量体积36。

当然不一定必须如此。抽取体积也能够与分配体积完全一样大。然而，减少了单计量体积36的抽取体积具有如下优点：移液开口附近的弯月面的方位在移取之后不改变，这尤其在等分运行中是有利的。

在移液装置10的在脉冲式分配过程结束之后在图3c中示出的最终位置中，计量侧的端面14a与图3a的初始位置相距所产生的行程H，其中在所示出的实例中，活塞14的活塞面积乘以所产生的行程H对应于单计量体积36。

沿着抽取方向的运动以所提到的最大速度进行，使得所述运动也需要大约6ms至8ms。借助在下死点处由于克服静摩擦极限而可能形成的附加的停留时间，以及在包含活塞14围绕其期望位置的可能出现的运动超调的情况下，在大约14ms至30ms中进行整个活塞运动，直至到达最终位置，如在图3c中所示出的那样。

在活塞运动从抽取方向反转到分配方向之后，才将限定的单计量体积36以液滴的形式从移液开口30抛出。所述液滴沿着延长地假想的通道路径K朝向安置移液开口30之下的计量目标例如容器或凹陷部(Well)运动。移液开口附近的弯月面32b能够在抛出计量液滴36之后仍短时地减幅振荡(nachschwingen)。

移液尖端26能够具有明显超过单计量体积的额定移液腔体积，例如200μl至400μl，优选300μl。

活塞14沿着抽取方向的运动再次这样快地进行：从计量侧的端面14a朝向移液腔28中的计量液体32传输降压脉冲。

沿着分配方向的活塞运动的升压脉冲形成过压脉冲的陡峭的上升沿，所述过压脉冲的陡峭的下降沿形成沿着抽取方向的活塞运动的降压脉冲。各个活塞运动的时间越短，与其相关联的压力改变脉冲的边沿就越陡峭。这两个在相反的意义上作用的压力改变脉冲因此能够限定具有陡峭的边沿的“剧烈的”过压脉冲。

这样形成的“剧烈的”过压脉冲的出现引起可极其精确地重复的分配结果。

令人意想不到地，在此提出的分配过程与所选择的移液尖端26的大小无关。相同的在上文中描述的活塞运动即使在例如50μl的额定移液腔体积的移液尖端明显更小的情况下也会精确地引起相同的结果，前提条件是，在分配参数不变的情况下还使用相同的工作气体和相同的计量液体。

因此，当前的根据本发明的移液装置和所提出的根据本发明的移液方法出色地适合于从甚至大程度地容纳在移液尖端26中的计量液体32的储备中等分液体。经过多个等分周期，移液装置10的分配特性在其他条件相同的情况下也不改变。根据本发明的移液装置10的分配特性因此也与耦合到柱体12上的移液尖端26的填充程度无关，只要所述移液尖端对于脉冲式分配是充分填充的。

在图3c中表明，压力传感器38能够检测在移液通道11的内部中的压力，即在计量液体32和活塞14的计量侧的端面14a之间的工作气体34的压力，并且能够经由信号线路传输给控制装置24。因此，在使用相应快的压力传感器38的情况下，甚至活塞的与工作气体34的压力相关的运动调节都可以用于执行如在上文中描述的冲击式的活塞运动。

活塞运动由于质量惯性可能不能完全精确地跟随基于运动的控制信号。在大的动态力的部位上——尤其在运动方向从分配方向反转到抽取方向中时，但是也在活塞停止时——活塞会倾向于超调。因此，如有疑问决定性的是基于运动的控制信号，所述控制信号是期望运动的反映。

在图4中粗略示意性地并且仅示例性地示意示出控制信号的时间变化曲线40(实线)和活塞14的运动的时间变化曲线42(虚线)，如可能在图3a至图3c的分配过程中所存在的那样。

在分配过程开始时的当前的活塞位置，即在图3a中示出的活塞位置在图4中选择成零点线。

图4的视图的横坐标示出以毫秒为单位的时间，其中选择各10ms的扫描。

纵坐标示出以微升为单位的体积，其中参照活塞14的地点-时间曲线42说明由活塞14的计量侧的端面14a覆盖的体积。

虽然曲线图40的控制信号是电信号，然而所述控制信号能够理解成活塞14的期望-地点-时间曲线，进而同样以微升为单位按照由活塞14的计量侧的端面14a覆盖的期望体积予以说明。

控制信号40是矩形信号，所述矩形信号在时间t＝0ms从0μl跳至20μl，即单计量体积36的40倍。负号从运动方向中得出：在活塞14的计量侧的端面14a朝向移液开口30运动时被覆盖的体积(分配体积)是负的，在远离移液开口运动时覆盖的体积(抽取体积)是正的。所述符号约定不仅适用于控制信号40，而且也适用于活塞14的实际运动42。

在5ms之后，矩形的控制信号40回跳至0.5μl，使得控制信号40——如之前结合图3a至图3c所描述的那样——表示20μl的期望分配体积和19.5μl的期望抽取体积，所述期望分配体积和期望抽取体积要在5ms之内被覆盖。

活塞40自然不能精确地跟随矩形的控制信号40，因为矩形的控制信号会要求近似无穷快的运动，以便跟随控制信号40的下降沿(所述下降沿表示分配体积)和上升沿(所述上升沿表示抽取体积)。

由于要克服的摩擦力以及同样要克服的质量惯性和其它附加的影响，例如要对工作气体做的功，活塞14尽管在控制信号在0ms处开始之后大约1ms进入运动，但是需要大约另外4ms，以便到达其下死点，在所述下死点处活塞14立即将其运动方向反转。

这意味着，当控制信号40跳到其最终值-0.5μl时，活塞14大致到达其下死点。

由于质量惯性，沿着移液方向的活塞运动会略微过冲，使得计量侧的端面14a并非仅能够覆盖由控制信号40实际指示的-20μl，而是实际上能够覆盖大致-22.5μl，直至其开始运动方向反转。

如在图2的曲线42中所看到的那样，活塞14在大约8ms处到达其目标位置，然而明显超调并且实际上在控制信号开始之后大致29ms才在其期望最终位置中达到静止状态。

然而，在沿着抽取方向的活塞运动将近结束时示出的超调对实际分配的计量液体体积没有影响。

在图5中仅重新示出控制信号曲线40。关于从引起沿着分配方向的活塞运动的控制信号(部段)开始直至引起沿着抽取方向的活塞运动的控制信号(部段)结束的时间对控制信号40求积分是对实际在这样操控的脉冲式分配过程中所分配的计量液体体积的度量。这样描述的积分对应于由控制信号40在所述的时间边界中限定的面。所述面在图5中作为面44以划阴影的方式示出。该面伸展至体积的零线，控制信号40从该零线出发。因此，，控制信号实际上是返回零线的方式结束还是沿着分配方向移动了单计量体积36的方式结束并不重要。

在由控制信号40限定的面44和借此实际上分配的计量液体体积之间的准确的关联关系能够针对不同的液体类别非常简单地按照经验确定并且保存在数据存储器中。

在图6中在没有控制曲线40的情况下单独示出活塞14的地点-时间曲线42。用于46和48表示活塞14在其在0μl处的起始位置和其在大约-22.5μl处的运动方向的转向点之间的“半程距离”的地点。半程距离因此大约为-11.25μl。

活塞14的地点-时间曲线——例如通过作为活塞14的基准点的计量侧的活塞面14a地点-时间曲线表示——在沿着分配方向运动时对半程距离的地点的经过和在其沿着抽取方向运动期间对所述地点的重新经过之间的时间积分，是对借助活塞运动实际脉冲式分配的单计量体积36的度量。通过所述积分形成的面在图4中作为面50用阴影示出。面50的面积与图3中的面44的面积同样都是对实际移取的单计量体积36的度量。然而，在面50的面积和实际移取的单计量体积36之间的关联关系能够不同于面44的面积和单计量体积36之间的关联关系。所述关联关系也能够针对不同的液体类别简单地根据经验确定并且保存在移液装置的数据存储器中。

因此，能够最大程度重复精确地借助相同的移液装置10脉冲式地分配1μl或者更小的非常小的单计量体积36，借助所述移液装置也能够在传统的准同步移液运行中移取数百μl的大的移液体积。

Claims (11)

1.一种移液装置(10)，所述移液装置用于借助于压力可变的工作气体(34)从在所述移液装置(10)中所提供的较大的计量液体量(32)中脉冲式地分配不多于1μl的小的计量液体剂量(36)，其中所述移液装置(10)包括：

-至少部分地用工作气体(34)填充的移液通道(11)；

-用于改变所述工作气体(34)的压力的压力改变装置(14，22)；和

-用于操控所述压力改变装置(14，22)的控制装置(24)，

其中所述控制装置(24)构成用于，——关于在所述移液通道(11)中的保持基准压力，所述保持基准压力对于不移动地保持所述计量液体量(32)是需要的——操控所述压力改变装置(14，22)，以通过不多于40ms的脉冲持续时间在所述移液通道(11)中产生过压脉冲，

其特征在于，

所述控制装置(14，22)还构成用于，在关于所述保持基准压力在所述移液通道(11)中产生所述过压脉冲之前操控所述压力改变装置(14，22)以产生负压。

2.根据权利要求1所述的移液装置(10)，其特征在于，所述控制装置(14，22)构成用于，在产生两个过压脉冲之间操控所述压力改变装置(14，22)以产生所述保持基准压力并且在此之后产生所述负压，所述过压脉冲分别与两个直接相继的脉冲式分配过程中的另一个相关联。

3.根据权利要求2所述的移液装置(10)，其特征在于，产生所述负压包括：产生第一负压，此后产生绝对值比所述第一负压更高的压力，并且此后产生第二负压。

4.根据上述权利要求中任一项所述的移液装置(10)，其特征在于，所述控制装置(24)构成用于，在产生所述负压之后并且在产生所述过压脉冲之前操控所述压力改变装置(14，22)以产生所述保持基准压力。

5.根据上述权利要求中任一项所述的移液装置(10)，其特征在于，所述移液装置具有用于检测所述工作气体(34)的压力的压力传感器(38)，其中所述压力传感器(38)为了传输其检测信息而信号传输适度地与所述控制装置(24)连接，其中所述控制装置根据所述压力传感器(38)的检测信息操控所述压力改变装置(14，22)。

6.根据上述权利要求中任一项所述的移液装置(10)，其特征在于，所述移液装置具有被所述移液通道(11)贯穿的耦联组成，所述耦联组成用于临时耦联移液尖端(26)。

7.根据权利要求6所述的移液装置(10)，其特征在于，所述移液装置具有移液尖端(26)，所述移液尖端具有用于与所述耦联组成可松开地耦联接合的耦联配合组成并且具有在抽取过程期间和在分配过程期间作为用于计量液体(32)的穿通开口的移液开口(30)。

8.根据上述权利要求中任一项所述的移液装置(10)，其特征在于，所述压力改变装置(14，22)包括磁性活塞(14)和可通电的线圈(22)，其中所述控制装置(24)构成用于，控制所述线圈(22)的通电，其中产生负压包括：沿着第一方向移置所述活塞(14)，并且其中所述产生过压脉冲包括：仅沿着与所述第一方向相反的第二方向并且紧接着沿着所述第一方向移置所述活塞(14)，或者

两个不同的工作气体蓄压器，其中一个关于基准压力具有过压，而另一个具有负压，其中所述工作气体蓄压器中的每个都可经由阀与所述移液通道(11)以传输压力的方式连接，其中控制装置构成用于，控制所述阀的打开和关闭，其中产生负压包括：打开和关闭负压阀，并且其中产生过压脉冲包括：打开和关闭所述负压阀以及打开和关闭过压阀。

9.一种用于从针对单独的分配过程具有不多于1μl的分配体积的移液尖端(26)中脉冲式地分配容纳在所述移液尖端(26)中的计量液体(32)的方法，尤其用于运行在包含权利要求7的情况下根据上述权利要求中任一项所述的移液装置(10)，所述方法包括在工作气体(34)中产生过压脉冲的步骤，所述工作气体在背离移液开口(30)的一侧上以传输压力的方式与所容纳的计量液体(32)连通，以便由此在所述计量液体(32)的朝向所述移液开口(30)的一侧上使液滴(36)从所述计量液体(32)中脱离并且使所述液滴加速远离所述计量液体(32)，

其特征在于，所述方法在产生所述过压脉冲之前包括下述步骤：

-关于在所述移液通道(11)中的对于不移动地保持所述计量液体量(32)而言所需要的保持基准压力：在所述工作气体(34)中产生负压并且此后使所容纳的所述计量液体(32)运动远离所述移液开口(30)，以在所述计量液体(32)和所述移液开口(30)之间形成或增大气体体积(35)。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法在产生所述负压之后，但是在产生所述过压脉冲之前包括下述步骤：

-提高所述工作气体(34)中的压力，进而使所容纳的所述计量液体(32)朝向所述移液开口(30)运动。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法在提高所述工作气体(34)中的压力之后，但是在产生所述过压脉冲之前包括下述步骤：

-关于保持基准压力在所述工作气体(34)中产生第二负压，进而使所容纳的所述计量液体(32)运动远离所述移液开口(30)，以在所述计量液体(32)和所述移液开口(30)之间形成气体体积(35)。