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Die
Erfindung betrifft eine Pipettiereinheit und einen Pipettor mit
wenigstens einer solchen Pipettiereinheit. Die Pipettoren sind sogenannte
Luftpolsterpipettoren und können in Einkanal- und Mehrkanalpipettoren
unterschieden werden. Sie können sowohl manuell oder als
auch elektromotorisch betrieben werden. Eine gattungsgemäße
Pipettiereinheit als auch ein gattungsgemäßer
Pipettor sind aus der
JP
08117618 A bekannt.
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Die
meisten aus dem Stand der Technik bekannten Pipettoren umfassen
pro in der Bezeichnung des Pipettors angegebenen Kanal jeweils eine Pumpkammer
und einen darin geführten Kolben, wobei die Pumpkammer
an eine Aufnahmeeinrichtung angrenzt, durch die sich ein Verbindungskanal
erstreckt, über welchen die Pumpkammer mit einer an der
Aufnahmeeinrichtung befestigten Pipettenspitze in Verbindung steht.
Nachfolgend soll der vom Verbindungskanal umschlossene Raum, der
seitens der Pipettenspitze durch eine äußere Öffnung
an der Aufnahmeeinrichtung begrenzt ist, als zur Pumpkammer zugehörig
verstanden werden.
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Der
Kolben kann mit einer zur Pipette gehörenden Antriebs-
und Steuereinrichtung in Verbindung stehen und somit motorisch über
einen vorgegebenen Kolbenhub gehoben bzw. abgesenkt werden, womit,
durch Erzeugung eines Unterdrucks bzw. Überdrucks innerhalb
der Pumpkammer, über die Pipettenspitze Flüssigkeit
aufgenommen bzw. abgegeben werden kann. Der Kolbenhub kann aber
auch manuell bewirkt werden.
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Für
vorbenannte Pipettoren entspricht die in der Bezeichnung des Pipettors
angegebene Kanalanzahl sowohl der Anzahl der Pumpkammern als auch
der Anzahl der Pipettenspitzen, die zeitgleich an dem Pipettor befestigt
werden können. Wie an späterer Stelle gezeigt
werden wird, gibt es allerdings im Stand der Technik auch Pipettoren,
bei denen die Kanalanzahl nicht mit der Anzahl der Pumpkammern übereinstimmt,
da mehrere Pumpkammern mit jeweils einer Pipettenspitze oder auch
eine Pumpkammer über einen Verteiler mit mehreren Pipettenspitzen
in Verbindung stehen.
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Die
Kanalanzahl stimmt jedoch immer mit der Anzahl der Pipettenspitzen überein,
die zeitgleich an dem Pipettor befestigt werden können.
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In
der Fachliteratur hat sich die Unterscheidung von Pipettoren anhand
einer Kanalanzahl durchgesetzt, obwohl genaugenommen die Pipettenspitzenanzahl
gemeint ist. Die Angabe dieser Anzahl dient der Information darüber,
wieviele Gefäße oder Vertiefungen einer Probenplatte
gleichzeitig befüllt werden können, was zwingend
durch die Anzahl der Pipettenspitzen, nicht aber zwingend durch
die Kanalanzahl bestimmt ist.
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In
diesem Sinne soll auch nachfolgend die Verwendung der Begriffe Einkanal-
und Mehrkanalpipettor verstanden werden.
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Ein
Einkanalpipettor umfasst entsprechend eine Pipettiereinheit bestehend
aus einer Aufnahmeeinrichtung, an der zeitgleich nur eine Pipettenspitze befestigt
werden kann, sowie alle mit der einen Aufnahmeeinrichtung verbundenen
Pumpkammern mit den darin geführten Kolben.
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Eine
Mehrkanalpipettor besteht entsprechend aus einer Anzahl von Pipettiereinheiten
gleich der angegebenen Kanalanzahl.
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Bedingt
durch die unterschiedlichen zu übertragenden Volumina und
Mehrfachgefäßsysteme, für die Pipettoren
heutzutage eingesetzt werden, gibt es beispielsweise 1-Kanal, 4-Kanal-,
8-Kanal-, 96-Kanal-, 384-Kanal- und 1536-Kanal-Pipettoren, die gemeinsam
mit handelsüblichen Probenplatten oder Gefäßanordnungen
Verwendung finden.
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Handelsübliche
Probenplatten weisen hierzu passend 8 × 12 (gleich 96),
16 × 24 (gleich 384) oder inzwischen auch 32 × 48
(gleich 1536) Vertiefungen auf. Ihre Außenmaße
sind gleich, um kompatibel zu Laborgeräten und Handlingseinrichtungen
zu sein. Daraus ergibt sich, dass die Mittenabstände zwischen
den Vertiefungen mit zunehmender Anzahl der Vertiefungen auf einer
Probenplatte geringer werden. Folglich müssen auch die
Durchmesser und damit das mögliche Aufnahmevolumen der
Vertiefungen geringer werden.
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Mit
zunehmend geringer werdenden Mittenabständen der Vertiefungen
wird in horizontaler Richtung auch der mögliche Bauraum
für die Pipettiereinheiten eines Mehrkanalpipettors geringer,
die einen Achsabstand gleich den Mittenabständen haben müssen,
damit für eine definierte Aufnahme und Abgabe der Flüssigkeit
aus den Probenplatten die Achsen der Pipettiereinheiten auf die
Mittelpunkte der Vertiefungen auftreffen.
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Eine
Pipettenspitze stellt einen meist rotationssymmetrischen Hohlkörper
dar, mit einer Abgabeöffnung, über welche eine
Flüssigkeit aufgenommen und abgegeben werden kann, und
einer Aufnahmeöffnung, über welche der vom Hohlkörper
umschlossene Hohlraum über die Aufnahmeeinrichtung mit
der Pumpkammer in Verbindung gebracht wird.
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Zum
Pipettieren wird eine an einer Pipettiereinheit befestigte Pipettenspitze
mit der Abgabeöffnung in die zu übertragende Flüssigkeit
eingetaucht und durch Erzeugen eines Unterdrucks in der mit der Pipettenspitze
verbundenen Pumpkammer wird ein bestimmtes Volumen von Flüssigkeit
in die Pipettenspitze aufgenommen (Aufnahmevolumen). Das maximal
mögliche Aufnahmevolumen ist durch den maximalen Kolbenhub
begrenzt. Praktisch soll jedoch nur solch ein Volumen aufgenommen
werden, wie es dem Fassungsvermögen der Pipettenspitze
entspricht, um eine Kontamination der Pipettiereinheit zu vermeiden.
Die Pipettenspitzen sind in der Regel als Wegwerfartikel, auch Einwegartikel
genannt, ausgeführt und werden nach Gebrauch ausgetauscht.
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Zu
diesem Zweck wird die Pipettenspitze über eine schnell
lösbare, kraftschlüssige Verbindung an der Aufnahmeeinrichtung
befestigt.
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Die
Aufnahmeeinheit von aus dem Stand der Technik bekannten Pipettiereinheiten
ist oft so ausgelegt, dass an ihr nur Pipettenspitzen gleicher Anschlussgeometerie
und Anschlussmaße befestigt werden können.
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Es
gibt mehrere verschiedene Prinzipien, eine Pipettenspitze an einer
Aufnahmeeinrichtung zu befestigen.
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Nach
einem Prinzip wird eine um die Aufnahmeöffnung der Pipettenspitze
ausgebildete Stirnfläche mit einer an der Aufnahmeeinrichtung
ausgebildeten Stirnfläche kraftschlüssig verbunden.
Auf diese Befestigungsmöglichkeit soll nachfolgend nicht
näher eingegangen werden, da sie im Zusammenhang mit der
Erfindung keine Verwendung findet und bislang nur für 96er
und 384er Systeme genutzt wird.
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Nach
einem anderen Prinzip kann das kraftschlüssige Befestigen
der Pipettenspitze durch ein Aufschieben auf die als Aufnahmeschaft
ausgebildete Aufnahmeinrichtung erfolgen, an der zu diesem Zweck
eine Aufnahmefläche in Form eines Außenkonus oder
eines Außenzylinders ausgebildet ist. Mit dem Aufbringen
einer entsprechend hohen Gegenkraft mittels eines vorhandenen Abwerfmechanismus (Abwerfer)
kann die Pipettenspitze automatisch von der Aufnahmeeinrichtung
gelöst werden.
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Die
Pipettenspitzen sind hierzu passend in einem an die Aufnahmeöffnung
angrenzenden Bereich, nachfolgend Pipettenkragen genannt, in Form eines
gleich großen oder geringfügig kleiner dimensionierten
Innenkonus oder Innenzylinders ausgebildet.
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Aber
auch das Einschieben von Pipettenspitzen mit konischem Außendurchmesser
in zylindrische Löcher von Halteplatten ist im Zusammenhang mit
den zuvor genannten 96er und 384er Systemen auf dem Markt verfügbar
(
US 6,622,578 ).
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Bedingt
durch die unterschiedlich großen zu übertragenden
Volumina werden auch Pipettenspitzen unterschiedlicher Größe,
das heißt mit einem unterschiedlichen Fassungsvermögen
verwendet. Sie unterscheiden sich über ihre unterschiedlichen
Längen und Innendurchmesser. Üblicherweise wird
der Innendurchmesser zur Abgabeöffnung hin kleiner. Je geringer
das Innenvolumen der Pipettenspitze ist, desto geringer ist auch
das Fassungsvermögen und desto feinfühliger kann
ein Flüssigkeitsvolumen abgegeben werden.
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Durch
die konkrete Dimensionierung der Aufnahmefläche am Aufnahmeschaft
kann eine Pipettiereinheit nur mit Pipettenspitzen verwendet werden,
die einen hierzu passenden Pipettenkragen, mit einer zur Aufnahmefläche
passenden Anschlussgeometrie und passenden Anschlussmaßen,
aufweisen.
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Zwar
gibt es Pipettenspitzen, die bei einem gleich dimensionierten Pipettenkragen
aufgrund unterschiedlicher Innenvolumina ein unterschiedliches Fassungsvermögen
haben, wodurch der Bereich des möglichen Übertragungsvolumens
(Dynamikbereich) einer Pipettiereinheit durch einfachen Spitzenwechsel
erhöht werden kann, jedoch reicht ein so vergrößerter
Dynamikbereich oft nicht aus, um alle Anwendungsabsichten des Anwenders
verwirklichen zu können. Darüber hinaus sinkt
die Genauigkeit der Volumenabgabe (Pipettiergenauigkeit) mit kleinerem Abgabevolumen,
da die Größe der Pumpkammer für das größte
Abgabevolumen ausreichend groß sein muss und damit für
ein sehr kleines Abgabevolumen überdimensioniert ist.
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Eine
Entscheidung für die durchaus kostenintensive Anschaffung
eines bestimmten Pipettors trifft der Anwender in Abhängigkeit
vom Verwendungszweck.
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Er
wird in der Regel nicht eine Entscheidung für ein Pipettor
treffen, der für größere Übertragungsvolumina
pro Pipettiereinheit optimiert ist, als er beabsichtigt pro Pipettierschritt
zu pipettieren, da hierfür großvolumige Pipettenspitzen
vorgesehen sind, die eine genaue Abgabe eines kleineren Volumens
nicht zulassen.
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Grundsätzlich
ist er daher mit seiner Entscheidung für einen speziellen
Pipettor auf die Übertragung von Volumina innerhalb des
vorbestimmten Volumenbereiches beschränkt, für
die die Pipettiereinheiten in Verbindung mit den zugehörigen
Pipettenspitzen optimiert sind.
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Sollen
größere oder kleinere Volumina übertragen
werden, muss ein anderer Pipettor verwendet werden.
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Das
heißt, dass letztendlich ein Anwender, der für
verschiedene Anwendungen unterschiedlichste Volumina übertragen
will, mit nur einem Pipettor allein nicht auskommt.
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Dieses
Problem erkennend wurden zwei grundsätzlich verschiedene
Lösungswege im Stand der Technik beschritten, um den Dynamikbereich
einer Pipettiereinheit zu vergrößern.
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Zum
einen wurden für Mehrkanalpipettoren Lösungen
vorgeschlagen, bei denen mehrere Pipettiereinheiten mit einer Pipettenspitze
verbunden werden.
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Zum
anderen sind Lösungen bekannt, bei denen an eine Pipettiereinheit
alternativ Pipettenspitzen mit einem unterschiedlichen Pipettenkragen
angebracht werden können.
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Zu
den erstgenannten Lösungen gehört eine Mehrkanalpipettor,
wie er in der Patentschrift
US 6,841,130
B2 offenbart ist.
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Die
freien Enden der in einem festen Raster zueinander angeordneten
Kanäle werden über eine Adapterplatte gruppenweise
zusammengefasst, sodass sie jeweils über eine Pipettenspitze
mit der aufzunehmenden Flüssigkeit in Verbindung stehen.
So kann z. B. ein Mehrkanalpipettor, mit 384 Kanälen mit einer
Adapterplatte, die jeweils 4 Kanäle mit einer Pipettenspitze
verbindet, zur Verwendung auf eine Probenplatte mit 96 Vertiefungen
angepasst werden. Gleichzeitig kann durch die Vervierfachung des
wirksam werdenden Hubraumes und die Verwendung einer Pipettenspitze
mit einem größeren inneren Durchmesser und damit
vergrößertem Aufnahmevolumen das maximale Übertragungsvolumen
vergrößert werden und somit der mögliche
Bereich des Übertragungsvolumens, was auch als Dynamikbereich
bezeichnet wird, erheblich vergrößert werden.
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Den
genannten Vorteilen steht entgegen, dass pro Pipettiervorgang, das
heißt dem gleichzeitigen, einmaligen Abgeben eines Flüssigkeitsvolumens,
anstelle einer Probenplatte mit 384 Vertiefungen nur eine Probenplatte
mit 96 Vertiefungen befüllt werden kann. Ein Mehrkanalpipettor,
der eigentlich für einen hohen zeitlichen Durchsatz von
384 Befüllungen pro Pipettierschritt ausgelegt ist, wird
in seiner Effizienz auf ein viertel reduziert. Nachteilig ist auch, dass
mit dem Anbringen der Adapterplatte alle Kanäle in entsprechenden
Gruppen zusammengefasst werden. Das heißt der Mehrkanalpipettor
kann entweder nur ohne Adapterplatte zum Befüllen von z.
B. 384 Vertiefungen mit kleineren Volumina oder mit Adapterplatte
zum Befüllen von z. B. 96 Vertiefungen mit größeren
Volumina verwendet werden.
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Im
Sinne der Erfindung bilden die beispielsweise vier zusammengefassten
Kanäle und der mit ihnen in Verbindung stehende Teil der
Adapterplatte, an der eine Pipettenspitze befestigt werden kann, eine
Pipettiereinheit.
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Der
zuletzt genannte Nachteil soll mit einem Pipettieraufsatz gemäß der
Europäischen Patentanmeldung
EP 2 006 021 A1 gelöst werden.
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Der
hier beschriebene Pipettieraufsatz stellt einen Adapter zwischen
4 Kanälen eines Mehrkanalpipettors und einer Spitze (Pipettenspitze)
dar. Er weist auf einer Stirnseite vier zueinander fest angeordnete
Aufsteckhülsen (Pipettenkragen) auf, mit denen der Adapter
an die freien Enden der Kanäle aufgesetzt wird, und an
der anderen Stirnseite einen Anschlussstutzen zum Anbringen einer
Spitze. Die Achse der Spitze verläuft durch den Mittelpunkt
der durch die vier Kanäle gebildeten Anordnung.
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Diese
Lösung weist die gleichen Vorteile auf wie der zuvor gewürdigte
Stand der Technik gemäß der
US 6,841,130 B2 . Darüber
hinaus können die Pipettieraufsätze theoretisch
ganz nach Bedarf verwendet werden, das heißt es kann ein
Teil der Kanäle gruppenweise über jeweils einen
Pipettieraufsatz zusammengefasst zum Pipettieren größerer Übertragungsvolumina
verwendet werden, während ein anderer Teil der Kanäle,
wie herkömmlich üblich, jeweils mit einer Pipettenspitze
versehen, zum Pipettieren kleinerer Volumina verwendet wird. Ob
diese Flexibilität praktisch auch genutzt wird ist zu bezweifeln,
da die Pipettenspitzen dann unterschiedliche Mittenabstände
zueinander haben, wodurch handelsübliche Probenplatten,
die einen gleichen Mittenabstand der Vertiefungen zueinander haben,
nicht verwendbar sind. Auch bei dieser Lösung bilden die
jeweils vier im Adapter zusammengefassten Kanäle eine Pipettiereinheit
im Sinne der Erfindung.
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Zu
den zweitgenannten Lösungen gehört ein Flüssigkeitshandlinggerät,
wie es in der japanischen Offenlegungsschrift
JP 08117618 A offenbart
ist.
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Dieses
Flüssigkeitshandlinggerät (Pipettor) kann wie
gattungsgleiche Pipettiereinheiten einzeln oder in einer Vielzahl
in einem Einkanal- oder einem Mehrkanalpipettor verwendet werden.
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Es
arbeitet ebenfalls auf dem Prinzip von luftverdrängenden
Kolbenhubpipettoren, auch Luftpolsterpipettoren genannt, wie alle
anderen in der Beschreibung des Standes der Technik genannten Lösungen.
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Die
Besonderheit des hier offenbarten Flüssigkeitshandlinggerätes
besteht darin, dass es einen Aufnahmeadapter, im Sinne der Erfindung
einen Aufnahmeschaft, aufweist, der zwei Aufnahmeflächen zum
Anstecken von Pipettenspitzen aufweist. Die Aufnahmeflächen
sind als Außenkonen ausgebildet. Wie aus der Zusammenfassung
und den Zeichnungen zu erkennen ist, sind innerhalb des Flüssigkeitshandlinggerätes
zwei zylinderförmige Pumpkammern mit einem unterschiedlich
großen Durchmesser ausgebildet, in denen jeweils ein Kolben
geführt ist. Die beiden Außenkonen sind jeweils
koaxial um eine der beiden Pumpkammern, mit dieser verbunden, angeordnet.
Die Pumpkammern sind für eine unterschiedlich große
Volumenaufnahme ausgelegt und auf Pipettenspitzen unterschiedlicher
Größe optimiert, um alternativ über beide
Pipettenspitzen mit hoher Genauigkeit Pipettieren zu können.
Die Kolben sind mit einer gemeinsamen Antriebs- und Steuereinrichtung
verbunden, sodass immer beide Kolben gleichzeitig bewegt werden.
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Der
Vorteil eines Pipettors, umfassend die hier beschriebenen Flüssigkeitshandlinggeräte,
im Vergleich zu den vorher beschriebenen Lösungen des Standes
der Technik, wird neben einer höheren Pipettiergenauigkeit
darin gesehen, dass, egal ob das Flüssigkeitshandlinggerät
für eine kleinere Volumenaufnahme mit einer kleineren Pipettenspitze oder
für eine größere Volumenaufnahme mit
einer größeren Pipettenspitze arbeitet, in die
gleichen Probenplatten pipettiert werden kann, da die Pipettenspitzen
zueinander mit einem gleichen Mittenabstand angeordnet sind.
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Als
nachteilig wird gesehen, dass sich der notwendige Bauraum in horizontaler
Richtung im Bereich der Aufnahmeflächen zum Aufsetzen der
Pipettenspitzen vergleichsweise verdoppelt. Auch das Aufstecken
von Pipettenspitzen stellt sich als schwierig dar, da die jeweils
ungenutzten Außenkonen hinderlich sein können.
Darüber hinaus muss in automatischen Abläufen
auch immer für den zweiten Kanal mit einem Offset gegenüber
dem Koordinatensystem gerechnet werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Pipettiereinheit mit
einem hohen Dynamikbereich zur Verwendung mit verschiedenen Pipettenspitzen
zu schaffen, die im Bereich der Aufnahmeflächen zum Anstecken
der Pipettenspitzen einen nur geringen horizontalen Bauraum benötigt,
insbesondere um aus einer Vielzahl solcher Pipettiereinheiten einen
Mehrkanalpipettor zu bilden, bei dem die Mittenabstände
von angesteckten Pipettenspitzen zueinander gering sind.
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Vorteilhaft
soll durch die Erhöhung des Dynamikbereiches die Pipettiergenauigkeit
nicht beeinträchtigt werden.
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Aufgabe
der Erfindung ist es auch einen Pipettor, nämlich einen
Einkanalpipettor oder einen Mehrkanalpipettor mit wenigstens einer
Pipettiereinheit mit einem hohen Dynamikbereich zur Verwendung mit
verschiedenen Pipettenspitzen zu schaffen, die im Bereich der Aufnahmeflächen
der Pipettiereinheit zum Anstecken der Pipettenspitzen einen nur
geringen horizontalen Bauraum benötigt.
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Darüber
hinaus soll eine Pipettenspitze geschaffen werden, die mit einem
aus wenigstens einer solchen Pipettiereinheit gebildeten Pipettor
verwendet und durch einen Abwerfer abgeworfen werden kann.
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Die
erste Aufgabe der Erfindung wird durch eine Pipettiereinheit zur
Verwendung mit verschiedenen Pipettenspitzen mit wenigstens einer
Pumpkammer, in der ein Kolben geführt ist, und einem Aufnahmeschaft
mit wenigstens einer äußeren Öffnung,
in die die wenigstens eine Pumpkammer mündet, wobei der
Aufnahmeschaft wenigstens zwei rotationssymmetrische Aufnahmeflächen
zum dichtenden Anstecken von unterschiedlichen Pipettenspitzen aufweist,
gelöst, indem die Aufnahmeflächen zueinander koaxial
angeordnet sind und einen nach außen hin größer
werdenden senkrechten Abstand zu einer Symmetrieachse aufweisen.
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Vorteilhaft
ist eine erste Aufnahmefläche durch einen am Aufnahmeschaft
ausgebildeten Innenzylinder und wenigstens eine zweite Aufnahmefläche
durch einen am Aufnahmeschaft ausgebildeten Außenzylinder
oder Außenkonus gebildet.
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Alternativ
hierzu können vorteilhaft alle Aufnahmeflächen
durch am Aufnahmeschaft ausgebildete Außenzylinder oder
Außenkonen gebildet sein, die in Richtung der Symmetrieachse übereinander angeordnet
sind, wodurch nur eine Art von Pipettenspitzen verwendet werden
muss.
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Die
Aufnahmeflächen, ausgebildet als Außenzylinder
und Außenkonen weisen in ihrer Anordnung nach außen
hin zunehmend größer werdende Durchmesser auf,
wodurch Pipettenspitzen größerer Anschlussmaße
aufgesteckt werden können, die im Regelfall dann auch ein
größeres Fassungsvermögen haben.
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Besonders
vorteilhaft für eine gleichbleibende Pipettiergenauigkeit,
bei sich vergrößerndem Dynamikbereich, weist die
Pipettiereinheit eine gleiche Anzahl von Pumpkammern auf, wie Aufnahmeflächen
am Aufnahmeschaft ausgebildet sind und die jeweils in eine andere Öffnung
münden. Dabei ist eine mittige äußere Öffnung
vorhanden, die auf der Symmetrieachse liegt und zwischen zwei Aufnahmeflächen
ist jeweils eine außermittige äußere Öffnung vorgesehen.
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Eine
Pipettenspitze, die auf die innerste, erste Aufnahmefläche
gesteckt ist, steht demnach mit nur einer Pumpkammer in Verbindung.
Eine auf der nach außen hin nächsten, zweiten
Aufnahmefläche gesteckte Pipettenspitze steht mit zwei
Pumpkammern in Verbindung und so weiter. Das heißt mit
anderen Worten, dass eine Pipettenspitze, die auf der x-ten Aufnahmefläche
von innen nach außen gezählt sitzt, ist auch mit
x Pumpkammern verbunden. Die Summe der Pumpkammervolumina der Pumpkammern,
die mit einer Pipettenspitze verbunden sind, kann somit auf das
Fassungsvermögen dieser Spitze optimiert werden, wenn die
Pipettenspitzen so dimensioniert sind, dass sie mit größerer
Aufnahmeöffnung und damit größeren Anschlussmaßen,
was heißt, dass sie an weiter außen angeordnete
Aufnahmeflächen gesteckt werden, auch ein größeres
Fassungsvermögen haben.
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Wie
bereits anhand des Standes der Technik erläutert wurde,
können Pipettenspitzen unterschiedlichen Fassungsvermögens
mit gleichen Anschlussmaßen hergestellt werden. Das heißt
anstelle der x verschiedenen Pipettenspitzen, die sich durch ihr Fassungsvermögen
und ihre Anschlussmaße so unterscheiden, dass jeder Aufnahmefläche
am Aufnahmeschaft durch die hierzu korrelierenden Anschlussmaße
nur Pipettenspitzen eines vorgegebenen Fassungsvermögens
zugeordnet werden können, könnten auch alle Pipettenspitzen
unabhängig vom Fassungsvermögen mit Anschlussmaßen
versehen sein, wie sie z. B. an die x-te Aufnahmefläche
passen. Der Aufnahmeschaft müsste dann nicht mit mehreren
unterschiedlichen Aufnahmeflächen versehen sein.
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Um
dann die Pipettenspitzen in Abhängigkeit von ihrem Fassungsvermögen
nur mit ausgewählten Pumpkammern zu verbinden, muss eine
Auswahlmechanik zum wahlweise Betätigen der einzelnen Kolben
und einzeln ansteuerbare Ventile vorgesehen sein, um die Öffnungen, über
die die Pipettenspitze mit jeweils einer Pumpkammer in Verbindung
steht, freizugeben oder zu verschließen. Es können
auf diese Weise jeweils mit einer aufgesteckten Spitze unterschiedliche
Pumpkammern oder auch eine unterschiedliche Anzahl von Pumpkammern
verbunden werden. Die Notwendigkeit der Ventile sowie der Ansteuerung
hierfür und der Auswahlmechanik machen die Pipettiereinheit
jedoch teurer und störanfälliger.
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Bei
einer erfindungsgemäßen Lösung hingegen,
bei der die Pipettenspitzen unterschiedlicher Fassungsvermögen
auf unterschiedliche Aufnahmeflächen gesteckt werden, sind
weder Ventile noch eine Auswahlmechanik erforderlich. Vorteilhaft
sind hier alle Kolben untereinander verbunden und werden über
eine Mechanik gehoben und gesenkt, unabhängig davon, ob
die jeweils zugeordneten Pumpkammern mit einer Pipettenspitze in
Verbindung stehen und damit zur Wirkung kommen oder nicht, wodurch
ihr Hub ohne Wirkung bleibt.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung wird mit einem Einkanalpipettor umfassend
eine erfindungsgemäße Pipettiereinheit oder mit
einem Mehrkanalpipettor umfassend eine Vielzahl von Pipettiereinheiten,
von denen wenigstens eine Pipettiereinheit eine erfindungsgemäße
Pipettiereinheit ist, gelöst.
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So
kann z. B. ein Mehrkanalpipettor acht Pipettiereinheiten umfassen,
an die gemäß dem Stand der Technik jeweils nur
eine zugehörige Pipettenspitze angebracht werden kann und
die entsprechend einen verhältnismäßig
kleinen Dynamikbereich aufweisen, während eine zusätzlich
erfindungsgemäße Pipettiereinheit durch ein alternatives
Benutzen mit verschiedenen Pipettenspitzen einen vergrößerten
Dynamikbereich mit hoher Pipettiergenauigkeit aufweist.
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Vorteilhaft
weist ein erfindungsgemäßer Einkanalpipettor oder
ein erfindungsgemäßer Mehrkanalpipettor einen
Abwerfer auf, mit dem eine an einen Aufnahmeschaft angesteckte Pipettenspitze
von diesem abgestreift werden kann.
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Für
eine Pipettenspitze mit einer Aufnahmeöffnung und einer
Abgabeöffnung, zur Verwendung mit einem erfindungsgemäßen
Einkanal- oder Mehrkanalpipettor, der mit einem Abwerfer ausgestattet ist,
wird die Aufgabe der Erfindung gelöst, indem um die Aufnahmeöffnung
ein Außenzylinder ausgebildet ist, der in einen am Aufnahmeschaft
ausgebildeten Innenzylinder eingesteckt werden kann, sowie eine an
den Außenzylinder angrenzende Auskragung mit einer zur
Aufnahmeöffnung zugewandten planen Stirnfläche
vorgesehen ist, an der der Abwerfer angelegt werden kann.
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Die
Auskragung kann vorteilhaft eine plattenförmige oder eine
topfförmige Auskragung sein.
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Anhand
der Zeichnung wird die Pipettiereinheit im Folgenden beispielhaft
näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1a eine
Prinzipskizze einer Pipettiereinheit vorgesehen für eine
wahlweise Aufnahme von zwei verschiedenartigen Pipettenspitzen und
einer Pumpkammer
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1b eine
Pipettiereinheit gemäß 1a, an
der eine Pipettenspitze erster Art in einer ersten Ausführung
befestigt ist
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1c eine
Pipettiereinheit gemäß 1a, an
der eine Pipettenspitze zweiter Art befestigt ist
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2a eine
Prinzipskizze einer Pipettiereinheit mit zwei Pumpkammern, an der
eine Pipettenspitze zweiter Art befestigt ist
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2b Draufsicht
auf einen Aufnahmeschaft einer Pipettiereinheit gemäß 2a
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3a eine
Ausführung eines Aufnahmeschaftes für eine Pipettiereinheit
vorgesehen für die wahlweise Aufnahme von drei Pipettenspitzen,
an der eine Pipettenspitze zweiter Art befestigt ist
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3b eine
weitere Ausführung eines Aufnahmeschaftes für
die wahlweise Aufnahme von drei Pipettenspitzen
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4a ein
Aufnahmeschaft, an dem eine Pipettenspitze zweiter Art befestigt
ist und ein hierzu angeordneter Abwerfer
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4b ein
Aufnahmeschaft, an dem eine Pipettenspitze erster Art in einer zweiten
Ausführung befestigt ist und ein hierzu angeordneter Abwerfer
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4c ein
Aufnahmeschaft, an dem eine Pipettenspitze erster Art in einer dritten
Ausführung befestigt ist und ein hierzu angeordneter Abwerfer
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5a eine
Prinzipskizze für einen Einkanalpipettor
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5b eine
Prinzipskizze für einen Mehrkanalpipettor
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In
den 1a–1c ist
ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Pipettiereinheit sowie an ihr angebrachte, verschiedene Pipettenspitzen 7 gezeigt.
Unter verschiedenen Pipettenspitzen 7 sollen hier solche
verstanden werden, die eine unterschiedliche Anschlussgeometrie und/oder
unterschiedliche Anschlussmaße zum Befestigen der Pipettenspitze 7 an
einen Aufnahmeschaft 3 haben.
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Die
mit einer erfindungsgemäßen Pipettiereinheit verwendbaren
Pipettenspitzen 7 werden nachfolgend aufgrund ihrer unterschiedlichen
Anschlussgeometrie in Pipettenspitzen der ersten Art 7.1 und
Pipettenspitzen der zweiten Art 7.2 unterschieden.
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Die
Pipettenspitzen der ersten Art 7.1 und der zweiten Art 7.2 können
unterschiedliche Anschlussmaße und sonstige unterschiedliche
Maße, wie unterschiedliche Innendurchmesser und unterschiedliche
Längen aufweisen, je nachdem für welche Bereiche
von Abgabevolumina sie optimiert sind. Das Verhältnis von
den sich addierenden Volumina der Pumpkammer 1 und der
verwendeten Pipettenspitze 7 zum Kolbenhub bestimmt das
kleinstmöglich abgebbare Flüssigkeitsvolumen und
dessen Genauigkeit. Die höchste Pipettiergenauigkeit wird
theoretisch erzielt, wenn das Volumen der Pumpkammer 1 (bei
maximal ausgefahrenem Kolben 2) gleich dem Fassungsvermögen
der Pipettenspitze 7 ist.
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An
einer Pipettenspitze der ersten Art 7.1 ist um die Aufnahmeöffnung 11,
das heißt am Ende, an dem die Pipettenspitze 7.1 am
Aufnahmeschaft 3 befestigt wird, eine als Fügefläche
ausgebildete Außenfläche vorhanden, insbesondere
eine zylindrische/konische Außenfläche, mit der
die Pipettenspitze 7.1 in einen am Aufnahmeschaft 3 ausgebildeten Innenzylinder/Innenkonus
eingesteckt werden kann.
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Bei
einer Pipettenspitze der zweiten Art 7.2 ist um die Aufnahmeöffnung 11 eine
als Fügefläche ausgebildete Innenfläche
vorhanden, insbesondere eine konische oder zylindrische Innenfläche,
mit der die Pipettenspitze 7.2 auf einen am Aufnahmeschaft 3 ausgebildeten
Außenkonus oder Außenzylinder aufgesteckt werden
kann.
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Der
Bereich der Fügeflächen an den Pipettenspitzen 7 soll
nachfolgend als Pipettenkragen bezeichnet werden. Es ist also genau
dieser Pipettenkragen, der eine zur zugeordneten Aufnahmefläche 6 passende
Anschlussgeometrie und passende Anschlussmaße aufweist.
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Aus
rein geometrischen Betrachtungen folgt, dass Pipettenspitzen der
ersten Art 7.1 deutlich kleinere Volumina als die der zweiten
Art 7.2 aufnehmen können.
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Eine
Pipettiereinheit, wie in 1a gezeigt, umfasst
als erfindungswesentliche Merkmale eine Pumpkammer 1, einen
Kolben 2 und einen Aufnahmeschaft 3.
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Die
Pumpkammer 1 wird von einer zylindrischen Kammer, in welcher
der Kolben 2 zur Kammerwand hin abgedichtet angehoben und
abgesenkt werden kann, sowie einem Verbindungskanal zwischen der
Kammer und einer an dem Aufnahmeschaft 3 ausgebildeten
mittigen äußeren Öffnung 4.1 gebildet.
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Vergleichbar
mit Aufnahmeschäften, wie sie von gattungsgleichen Pipettiereinheiten
aus dem Stand der Technik bekannt sind, weist der Aufnahmeschaft 3 eine äußere
Aufnahmefläche 6.2 für darauf aufsteckbare
Pipettenspitzen zweiter Art 7.2 auf, die als ein Außenkonus
ausgebildet ist. Diese äußere Aufnahmefläche 6.2 schließt
einen kleinen Konuswinkel α mit der Symmetrieachse 5 des
Aufnahmeschafts 3 ein, der im Extremfall bis zu Null werden kann,
wodurch der Außenkonus in einen Außenzylinder übergeht.
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Auf
eine derartige äußere Aufnahmefläche 6.2 können
Pipettenspitzen zweiter Art 7.2, wie in 1c dargestellt
und wie sie handelsüblich erhältlich sind, durch
Krafteinwirkung in Richtung der Symmetrieachse 5 aufgeschoben
werden. Üblicherweise wird hierzu die Pipettiereinheit
auf eine Pipettenspitze zweiter Art 7.2 aufgesetzt, die
senkrecht in einer Vorratsbox hängt, wobei der Aufnahmeschaft 3 in
die Aufnahmeöffnung 11 der Pipettenspitze zweiter
Art 7.2 eingeführt wird.
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Dabei
wird die Pipettenspitze zweiter Art 7.2 in radialer Richtung
leicht gedehnt und eine Rückstellkraft im Material der
Pipettenspitze zweiter Art 7.2 gespeichert, die für
eine Abdichtung gegenüber der äußeren
Aufnahmefläche 6.2 sorgt. Zusätzlich kann
zur Abdichtung ein Dichtgummi (O-Ring am Schaft) vorgesehen sein.
Die Pipettenspitzenachse und die Symmetrieachse 5 des Aufnahmeschafts 3 fallen
nach der Montage der Pipettenspitze zusammen.
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Neu
im Vergleich zum Stand der Technik ist, dass der Aufnahmeschaft 3 weitere
koaxiale Aufnahmeflächen 6 aufweist, die für
die weiteren Erläuterungen beginnend von der achsnächsten
Aufnahmefläche 6.1 durchnummeriert werden. Die
soeben beschriebene äußere Aufnahmefläche 6.2,
wie sie im Stand der Technik üblich ist, wird daher als
eine zweite Aufnahmefläche 6.2 bezeichnet.
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Gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel weist der Aufnahmeschaft 3 zwei
Aufnahmeflächen 6 auf. Die erste und damit achsnächste
Aufnahmefläche 6.1 wird durch ein Endstück
des Verbindungskanals gebildet, welcher durch den Aufnahmeschaft 3 verläuft
und in der mittigen äußeren Öffnung 4.1 endet.
Das Endstück stellt einen Innenzylinder dar mit einem ausreichend
großen Durchmesser, um eine Pipettenspitze erster Art 7.1 einstecken
zu können. Ein Einstecken erfolgt wie ein bereits beschriebenes Aufstecken
mit dem Unterschied, dass eine Pipettenspitze der ersten Art 7.1 beim
Einstecken radial leicht zusammengedrückt wird.
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Eine
Pipettiereinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
ermöglicht ein alternatives Betreiben der Pipettiereinheit
mit Pipettenspitzen 7, die für zwei unterschiedliche
Bereiche von Abgabevolumina vorgesehen sind.
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Besonders
vorteilhaft lassen sich aus solchen Pipettiereinheiten, durch Anordnung
mehrerer dieser Pipettiereinheiten mit einem Mittenabstand gleich
oder einem Vielfachen des Mittenabstandes von Vertiefungen handelsüblicher
Probenplatten, Mehrkanalpipettoren bilden.
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Da
die Aufnahmeflächen 6 zueinander koaxial um die
Symmetrieachse 5 des Aufnahmeschafts 3 liegen,
kann die Relativanordnung eines Einkanalpipettors oder eines Mehrkanalpipettors
zu einer Probenplatte, in welche pipettiert wird, auch nach Größenwechsel
der Pipettenspitzen 7 beibehalten werden.
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Das
heißt insbesondere, dass in Verbindung mit automatisierten
Pipettoren verwendete Handlingsysteme wie Transporteinrichtungen,
Ausheber oder Greifer unverändert und mit gleicher Ansteuerung benutzt
werden können, unabhängig davon, mit welchen der
Pipettenspitzen 7 gearbeitet wird.
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Gemäß dem
ersten Ausführungsbeispiel stehen die beiden ansteckbaren
Pipettenspitzen 7.1, 7.2 alternativ jeweils mit
der gleichen Pumpkammer 1 in Verbindung. Um alternativ
beide Pipettenspitzen 7.1, 7.2, die ein unterschiedliches
Fassungsvermögen aufweisen, für eine effiziente
Arbeitsweise maximal befüllen zu können, muss
das mögliche Verdrängungsvolumen der Pumpkammer 1 auf
das Aufnahmevolumen der größeren Pipettenspitze
ausgelegt sein, wodurch die Genauigkeit der Flüssigkeitsabgabe über
die kleinere Pipettenspitze 7.1 beeinträchtigt wird.
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Nach
einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß den 2a und 2b weist
eine Pipettiereinheit zwei Pumpkammern 1 auf.
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Die
erste Pumpkammer 1.1 mündet gleich dem ersten
Ausführungsbeispiel in die mittige äußere Öffnung 4.1 des
Aufnahmeschafts 3 und steht damit mit jeder Pipettenspitze 7 in
Verbindung, die am Aufnahmeschaft 3 angebracht wird.
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Das
Verdrängungsvolumen der ersten Pumpkammer 1.1 wird
auf das Fassungsvermögen der innersten, ersten Pipettenspitze 7 optimiert.
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Eine
zweite Pumpkammer 1.2 mündet in eine außermittige äußere Öffnung 4.2,
die zwischen der ersten und der zweiten Aufnahmefläche 6.1, 6.2 im
Aufnahmeschaft 3 vorhanden ist, und steht damit nicht mit
einer an der ersten Aufnahmefläche 6.1 angesteckten
Pipettenspitze erster Art 7.1 in Verbindung, sondern nur
mit einer Pipettenspitze zweiter Art 7.2, die an der zweiten
Aufnahmefläche 6.2 aufgesteckt ist. Diese Pipettenspitze
zweiter Art 7.2 steht damit mit beiden Pumpkammern 1.1, 1.2 in
Verbindung. Vorteilhaft ist das Verdrängungsvolumen der
ersten und der zweiten Pumpkammer 1.1, 1.2 auf das
Fassungsvermögen der Pipettenspitze zweiter Art 7.2 optimiert.
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Das
Funktionsprinzip einer erfindungsgemäßen Pipettiereinheit
erlaubt es, weitere äußere Aufnahmeflächen 6 am
Aufnahmeschaft 3 zu realisieren, über die weitere,
noch größere Pipettenspitzen zweiter Art 7.2 aufgesetzt
werden können.
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3a zeigt
einen Aufnahmeschaft 3 vorgesehen für drei Pipettenspitzen 7 verschiedener
Größe.
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Jeweils
eine erste Pipettenspitze 7 ist eine Pipettenspitze erster
Art 7.1 und wird in den Aufnahmeschaft 3 eingesteckt,
während jede weitere Pipettenspitze 7 eine Pipettenspitze
zweiter Art 7.2 ist. Die hier dargestellte, auf die dritte
Aufnahmefläche 6.3 aufgesteckte Pipettenspitze 7.2 steht
mit drei Pumpkammern 1 in Verbindung, was durch die Symbole P1,
P2 und P3, stehend für den Druck in jeweils einer Pumpkammer 1,
dargestellt ist.
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Die
Pipettiereinheit ist als Bestandteil eines Pipettors nutzbar.
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5a zeigt
eine Prinzipskizze eines manuell bedienbaren Einkanalpipettors mit
der Pipettiereinheit, umfassend eine Pumpkammer 1 und einen Aufnahmeschaft 3 sowie
einen Abwerfer 9, der entgegen einer Federkraft F in Richtung
der Symmetrieachse 5 abgesenkt werden kann, um eine am
Aufnahmeschaft 3 befestigte Pipettenspitze 7 (hier
nicht dargestellt) abzustreifen.
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5b zeigt
eine Prinzipskizze eines Mehrkanalpipettors.
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Die
Pumpkammern 1 sind miteinander fest verbunden, um eine
starre Anordnung der Pipettiereinheiten zu bilden. Die in den Pumpkammern 1 geführten,
hier nicht dargestellten Kolben 2, werden beispielsweise über
ein gemeinsames Betätigungselement bewegt. Der Abwerfer 9 ist
im Bereich um die Pumpkammern 1 als eine Planplatte ausgebildet,
die beim Absenken alle an den Aufnahmeschäften 3 sitzenden
Pipettenspitzen 7 (hier nicht dargestellt) abstreift.
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Im
Falle von motorisch betriebenen Pipettoren sind darüber
hinaus Antriebs- und Steuereinheiten sowie eine Stromversorgung
bzw. Schnittstellen zum Anschluss einer Stromversorgung vorhanden.
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3b zeigt
einen Aufnahmeschaft 3 vorgesehen für drei Pipettenspitzen 7 verschiedener
Größe, die sämtlich Pipettenspitzen zweiter
Art 7.2 sind. Die Aufnahmeflächen 6 sind
in Richtung der Symmetrieachse 5 zueinander versetzt, sodass
der Aufnahmeschaft 3 eine stufenförmige Außenkontur
erhält.
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Als
Pipettenspitzen der zweiten Art 7.2 kommen handelsübliche
Pipettenspitzen zum Einsatz. Sie weisen an ihrer Aufnahmeöffnung 11 einen
Außenbund auf mit einer planen Stirnfläche 8 radial
zur Spitzenachse verlaufend.
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Wie
in 4a dargestellt, kann ein Abwerfer 9,
der z. B. durch eine absenkbare, den Aufnahmeschaft 3 umschließende
Planplatte gebildet wird, an die Stirnseite des Außenbundes
angelegt werden, sodass bei einem weiteren Absenken des Abwerfers 9 die
Pipettenspitze 7.2 von der Aufnahmefläche 6.2 abgestriffen
wird. Derartige Abwerfer 9 sind aus dem Stand der Technik
bekannt. Damit der Abwerfer 9 z. B. bei einer Ausführung
eines Aufnahmeschaftes 3 gemäß 3b für
alle Pipettenspitzen 7.2 wirksam wird, unabhängig
auf welcher der drei Aufnahmeflächen 6 die Pipettenspitze 7.2 sitzt,
müssen die Außenbünde der kleineren Pipettenspitzen 7.2 nur
entsprechend dick ausgeführt werden, damit sie über den
größten Außendurchmesser des Aufnahmeschafts 3 hinausragen.
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Ein
solcher Abwerfer 9 funktioniert nicht im Zusammenhang mit
Pipettenspitzen der ersten Art 7.1, wenn sie wie in 2b gezeigt
ausgebildet sind.
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Erfindungsgemäß kann
an einer Pipettenspitze der ersten Art 7.1 eine Auskragung 10 ausgebildet
sein, die so ausgeführt ist, dass ein Abwerfer 9, der
wie in 4a gezeigt, eine Pipettenspitze
der zweiten Art 7.2 abstreifen kann, beim Absenken mit dieser
Auskragung 10 in Kontakt kommt und bei einem weiteren Absenken
diese mitnimmt und somit abstreift. Die Auskragung 10 grenzt
am äußeren Umfang der Pipettenspitze 7 mit
einem Abstand größer der Länge der Fügefläche
zur Aufnahmeöffnung 11 an.
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Sie
kann wie in 4b dargestellt plattenförmig
oder wie in 4c dargestellt topfförmig
sein. Die topfförmige Auskragung 10.2 hat den
Vorteil, dass der Abwerfer 9 zum Abstreifen einer so ausgebildeten
Pipettenspitze der ersten Art 7.1 nur um einen gleichen
Weg abgesenkt werden muss wie zum Abwerten einer Pipettenspitze
der zweiten Art 7.2.
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- 1
- Pumpkammer
- 1.1
- erste
Pumpkammer
- 1.2
- zweite
Pumpkammer
- 2
- Kolben
- 3
- Aufnahmeschaft
- 4
- äußere Öffnung
des Aufnahmeschaftes
- 4.1
- mittige äußere Öffnung
- 4.2
- außermittige äußere Öffnung
- 5
- Symmetrieachse
des Aufnahmeschaftes
- 6
- Aufnahmefläche
- 6.1
- erste
Aufnahmefläche
- 6.2
- zweite
Aufnahmefläche
- 6.3
- dritte
Aufnahmefläche
- 7
- Pipettenspitze
- 7.1
- Pipettenspitze
der ersten Art
- 7.2
- Pipettenspitze
der zweiten Art
- 8
- Stirnfläche
- 9
- Abwerfer
- 10
- Auskragung
- 10.1
- plattenförmige
Auskragung
- 10.2
- topfförmige
Auskragung
- 11
- Aufnahmeöffnung
einer Pipettenspitze
- 12
- Abgabeöffnung
einer Pipettenspitze
- α
- Konuswinkel
- F
- Kraft
- P
- Druck
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 08117618
A [0001, 0040]
- - US 6622578 [0021]
- - US 6841130 B2 [0033, 0039]
- - EP 2006021 A1 [0037]