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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Luftverdrängungspipette gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Eine Luftverdrängungspipette
dieser Art und eine Wegwerf- bzw. Einweg-Pipettenspitze sind aus
der
US-A-4 824 641 bekannt,
welche eine in eine automatische Probenhandhabungsvorrichtung integrierte
Luftverdrängungspipette
und zugehörige Pipettenspitzen
betrifft.
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Im
Spezielleren betrifft die vorliegende Erfindung Verbesserungen bei
Luftverdrängungspipetten, die
einen neuartigen Befestigungsschaft und eine eigene Pipettenspitze
umfassen, die speziell an den Befestigungsschaft angepasst ist,
so dass die Spitze von einem Pipettenbenutzer auf einfache Weise
auf den Schaft aufsetzbar und in eine fluiddichte Position bringbar
ist, in welcher die Spitze gegen unerwünschtes, quergerichtetes Wackeln
oder eine Ablösung
von dem Schaft gesichert ist, und nach der Verwendung auf einfache
Weise durch den Pipettenbenutzer von dem Schaft ausgestoßen werden
kann; ein solches Aufsetzen und Ausstoßen der Spitze erfordert von dem
Pipettenbenutzer für
das Aufsetzen und Ausstoßen
der Spitze lediglich den Aufwand einer Axialkraft von ungefähr 4,45
Newton (einem Pfund) oder weniger, wodurch im Wesentlichen jede
Gefahr einer überlastungsbedingten,
schmerzhaften Bewegungseinschränkung
(repetitive strain injury: RSI) für den Pipettenbenutzer wegfällt.
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Die
Verwendung von Pipetten zur Übertragung
und Abgabe von präzisen
Fluidmengen in Analysesystemen ist allgemein bekannt, ebenso wie
die Verwendung von Einweg-Spitzenelementen für solche Pipetten. Einwegspitzen
ermöglichen
die serielle Verwendung solcher Pipettenvorrichtun gen für die Übertragung
verschiedener Fluida ohne Verschleppungen bzw. Verunreinigungen.
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Allgemein
gesprochen bestehen Einweg-Pipettenspitzen aus einem Kunststoffmaterial
und haben eine hohle, längliche,
im Allgemeinen konische Gestalt mit einem offenen proximalen Ende,
um ein distales Ende eines langgestreckten, im Allgemeinen konischen
Pipettenspitzenbefestigungsschaftes einer Pipettenvorrichtung aufzunehmen
und abnehmbar mit diesem zusammenzupassen. Idealerweise sollte die
Einwegspitze leichtgängig
auf den Befestigungsschaft gleiten, und zwar bis zu einer an das
untere Ende einer Spitzenausstoßeinrichtung
der Pipettenvorrichtung angrenzenden, axialen Position. In dieser
Stellung sollte die Pipettenspitze in Querrichtung stabil auf dem
Schaft sitzen und es sollte zu keinem extern bedingten Wackeln relativ
zu dem Schaft kommen (etwa während
der "berührungsgestützten Abgabe" bzw. wenn sie außer Berührung kommt). Anschließend, wenn
die Spitze durch eine neue Spitze ersetzt werden soll, sollte sich
die Pipettenspitze auf einfache Weise durch die Betätigung einer
Spitzenausstoßeinrichtung
von dem Befestigungsschaft entfernen lassen.
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Um
die gewünschten
Abdichtkriterien für Einweg-Pipettenspitzen
auf Pipettenspitzenbefestigungsschäften zu erfüllen, sind die Innenfläche und die
Seitenwände
der proximalen Abschnitte der meisten Pipettenspitzen mit einer
axialen Verjüngung versehen,
und zwar in einem Winkel von ein bis eineinhalb Grad größer als
das distale Ende des Pipettenspitzenbefestigungsschafts, und bilden
so ein in Axialrichtung langgestrecktes, kegelstumpfförmiges, ringförmiges Dichtband.
Das Dichtband ist so dimensioniert, dass es sich nach außen hin
ausdehnt ("Fassreifendehnung"), während das
distale Ende des länglichen,
im Allgemeinen konischen Pipettenspitzenbefestigungsschafts in das
proximale Ende der Spitze hin eingepresst wird, um die Spitze fest
auf den Schaft aufzusetzen und so eine axial langgestreckte, ringförmige, fluiddichte
Abdichtung zwischen dem Dichtband und dem Befestigungsschaft zu
schaffen. Andere Pipettenspitzen, wie beispielsweise jene, die in
den
U.S.-Patenten 4,748,859 und 4,824,641
beschrieben sind, umfassen eine Mehrzahl von axial beabstandeten,
komprimierbaren, ringförmigen
Dichtringen an einer Innenfläche
des proximalen Endabschnitts dieser Spitzen. Die Ringe schaffen
mehrere axial beabstandete, fluiddichte Ringdichtungen zwischen
der Außenfläche des Pipettenspitzenbefestigungsschafts
und der Innenfläche
des proximalen Endabschnitts der Spitze, welche dank der axial beabstandeten
Ringe während
der berührungsgestützten Abgabe
gegen ein unerwünschtes,
quer gerichtetes Wackeln auf dem Schaft stabilisiert wird.
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Üblicherweise
presst ein Benutzer beim Montieren einer Pipettenspitze auf einem
Befestigungsschaft einer Pipette durch Aufwenden einer abwärts gerichteten
Kraft von zwischen 53,4 und 66,75 Newton (zwölf bis fünfzehn Pfund) den Befestigungsschaft
axial so weit in die Spitze hinein, wie es dem Benutzer ausreichend
erscheint, um (i) eine fluiddichte Abdichtung mit der Spitze und
(ii) die gewünschte Querstabilität der Spitze
auf dem Schaft zu erzeugen. Gelegentlich übt ein Benutzer, von dem falsch
verstandenen Bemühen
geleitet, die Querstabilität
der Pipettenspitze auf dem Befestigungsschaft zu verbessern, eine
abwärts
gerichtete Aufsetzkraft (z. B. 80,1 bis 111,25 Newton (achtzehn
bis fünfundzwanzig
Pfund)) auf den Schaft aus, welche ausreicht, um die Spitze so weit
auf den Schaft zu treiben, bis eine obere Fläche der Spitze mit dem Ausstoßarm bzw. -kegel
der Spitzenausstoßeinrichtung
der Pipette in Eingriff tritt bzw. gegen diesen gezwängt wird.
Der Kontakt zwischen der unteren Fläche des Spitzenausstoßarms oder
-kegels und der oberen Fläche
der Spitze schafft jedoch nur einen minimalen Widerstand gegenüber einem
Wackeln der Spitze auf dem Schaft und führt daher nur zu einer minimalen
Erhöhung
der Quer stabilität
der Spitze auf dem Schaft. Da darüber hinaus die meisten Pipettenspitzen
aus einem relativ starren Kunststoffmaterial gebildet sind, ist
die ringförmige
Dehnung der Pipettenspitze, die erforderlich ist, um die Bewegung
der Spitze auf den Schaft hinauf, insbesondere bis zu einem Punkt,
an dem sie mit der unteren Fläche
des Spitzenausstoßarms
bzw. -kegels in Eingriff tritt, zu bewerkstelligen, nur schwer zu
erzielen. Die Axialkräfte,
die auf eine herkömmliche
Pipette aufgewendet werden müssen, um
eine solche Positionierung der Spitze auf dem Pipettenspitzenbefestigungsschaft
zu erreichen, übersteigen
53,4 Newton (zwölf
Pfund) und können
sogar 89 Newton (zwanzig Pfund) betragen, und können von vielen Pipettenbenutzern
nur mit Schwierigkeiten aufgewendet werden. Bei den meisten Pipettenentwürfen ist
es naturgemäß so, dass
je größer die
Kraft ist, die aufgewendet wird, um eine Pipettenspitze auf einen
Pipettenbefestigungsschaft aufzusetzen, umso größer auch die Kraft ist, welche
erforderlich ist, um die Spitze von dem Befestigungsschaft auszustoßen. Somit
führt das
Aufsetzen einer Pipettenspitze auf einen Befestigungsschaft, bis
diese eine gegen eine untere Fläche
einer Pipettenspitzenausstoßeinrichtung
anliegende Position erreicht, zwar nur zu einer minimalen Erhöhung der
Querstabilität
der Spitze auf dem Schaft, steht jedoch im Widerspruch zu den Entwurfskriterien
für Einweg-Pipettenspitzen,
wonach diese auf einfache Weise von dem Schaft entfernbar sein sollen,
wenn es gewünscht
wird, die Spitze zu ersetzen.
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Die
Entwurfskriterien für
Einweg-Pipettenspitzen, wonach diese sicher auf einem Pipettenspitzenbefestigungsschaft
anbringbar sein sollen und mit diesem eine fluiddichte Abdichtung
bilden sollen, sind nämlich
leichter zu erzielen als die Entwurfskriterien, wonach Einweg-Pipettenspitzen
leichtgängig auf
einen Pipettenspitzenbefestigungsschaft bis zu einer axialen Position
aufschiebbar sein sollen, in der eine fluiddichte Abdichtung er zielt
wird, und danach ebenso leichtgängig
von dem Befestigungsschaft abnehmbar sein sollen, wenn es gewünscht wird,
die Spitze zu wechseln.
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Diesbezüglich weisen
die Pipettenspitzenbefestigungsschäfte von Vorrichtungen zum Pipettieren von
Flüssigkeitsvolumina
in verschiedenen Bereichen verschiedene äußere Formen auf. So weisen beispielsweise
die distalen Enden von Standard-Pipettenspitzenbefestigungsschäften von
Pipetten zum Pipettieren von Flüssigkeiten
mit einem Volumen von mehr als 500 Mikroliter (Großvolumenpipetten) üblicherweise
einen einwärts
nach unten verlaufenden, axialen Verjüngungswinkel von ungefähr eineinhalb
bis zweieinhalb Grad pro Seite in Bezug auf die Längsachse
des Befestigungsschafts auf. Andererseits haben die distalen Enden
der Befestigungsschäfte
von mittel- bis relativ kleinvolumigen Pipettenvorrichtungen (250
Mikroliter und darunter) üblicherweise
einen einwärts
nach unten verlaufenden axialen Verjüngungswinkel von ungefähr zwei bis
fünf Grad
je Seite in Bezug auf die Längsachse des
Befestigungsschafts, so dass die Nase des Schafts an die Innenwand
der Pipettenspitze stößt und eine
Fassreifendehnung derselben verursacht, bevor noch die Seite des
Schafts mit der Innenwand der Spitze in Berührung tritt. Daher sind zwar
die Entwurfskriterien, wonach eine Großvolumenpipettenspitze leichtgängig auf
den Befestigungsschaft einer Großvolumenpipettenvorrichtung
anbringbar und ebenso leichtgängig
von diesem abnehmbar sein soll, dadurch erfüllbar, dass ein proximaler
Endabschnitt mit einer Seitenwand von reduzierter Wanddicke vorgesehen
wird, wie etwa bei der Großvolumenpipettenspitze,
die in dem am 14. Juli 1998 ausgegebenen Patent
US-A-5,799,984 beschrieben ist,
ein solcher dünnwandiger
Entwurf führt
jedoch nicht zu einer Pipettenspitze, welche die Entwurfskriterien
des einfachen Anbringens und Ausstoßens für mittel- und kleinvolumige
Pipettenspitzen erfüllt,
die fest an Pipettenspitzenbefestigungsschäften anbringbar sein müssen, welche
einen einwärts
verlaufenden Verjüngungswinkel
von zwei Grad oder darüber
aufweisen. Dasselbe gilt für
den in
US-A-4,072,330 offenbarten
Pipettenspitzenentwurf, welcher einen kegelstumpfförmigen Dichtbereich
mit einer dünnen
Seitenwand aufweist.
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Wie
weiter oben erwähnt,
umfassen klein- und mittelvolumige Standard-Pipettenspitzen ein kegelstumpfförmiges,
ringförmiges
Dichtband bzw. eine dichtende Innenfläche, um mit dem konisch zulaufenden,
distalen Ende eines Pipettenspitzenbefestigungsschaft abdichtend
in Eingriff zu treten. Der Verjüngungswinkel
der Dichtfläche
ist üblicherweise
annähernd
gleich wie (z. B. eineinhalb Grad größer als) jener des Befestigungsschafts
(z. B. zwei bis fünf Grad).
Eine dünnere
Gestaltung der Seitenwand von klein- und mittelvolumigen Standard-Pipettenspitzen in
dem Bereich eines solchen Dichtbands trägt kaum etwas zu einer Verringerung
der Befestigungs- und Ausstoßkräfte bei,
die erforderlich sind, um eine solche Spitze in eine Abdichtposition
zu bringen und anschließend
die Pipettenspitze wieder von dem Befestigungsschaft abzustoßen. Bei
der Bildung der gewünschten
ringförmigen
Abdichtung ist es erforderlich, dass der kegelstumpfförmige, ringförmige Bereich
sich wie ein Fassreifen auswärts
dehnt (Fassreifendehnung), und zwar normal zu der geneigten Passfläche des
Pipettenspitzenbefestigungsschafts. Große Gegenkräfte in dem Spitzenmaterial
leisten einer solchen Fassreifendehnung Widerstand und machen die
Aufwendung von großen
Axialkräften
(z. B. 44,5 Newton oder darüber
(zehn Pfund oder darüber))
auf die Spitze erforderlich, um die Spitze an dem Befestigungsschaft
zu befestigen und die nötige,
ringförmige
fluiddichte Abdichtung zu schaffen. Diese Gegenkräfte nehmen
zu, während
die Spitze zu der Spitzenausstoßeinrichtung
der zugehörigen Pipettenvorrichtung
hin gedrückt
wird.
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Außerdem werden
Einweg-Pipettenspitzen üblicherweise
in sterilisierbaren Gestellen angeordnet und gelagert. Solche Gestelle
umfassen üblicherwei se
ein Ablagetablett mit einer Anordnung von Löchern zur Aufnahme der distalen
Enden von Pipettenspitzen, um die Pipettenspitzen nach einem beabstandeten,
geradlinigen Muster vertikal auszurichten, wobei die offenen, proximalen
Enden der Spitzen freiliegen, um die Befestigungsschäfte einer
Pipettenvorrichtung aufzunehmen, an welcher die Pipettenspitzen
zu befestigen sind. Um beispielsweise die in einem Spitzengestell
enthaltenen Einweg-Pipettenspitzen an den Schäften einer Mehrkanalpipette zu
befestigen, wird die Pipettenvorrichtung oberhalb des Gestells platziert,
wobei ihre verschiedenen Befestigungsschäfte mit den offenen proximalen
Enden einer in einer Reihe angeordneten Serie von Pipettenspitzen
ausgerichtet werden. Nach einer leichten, anfänglichen Einführung der
Befestigungsschäfte
in die offenen proximalen Enden der in Reihe angeordneten Pipettenspitzen
wird eine relativ große
Abwärtskraft
auf die Pipettenvorrichtung ausgeübt, um die Befestigungsschäfte in die
Spitzenelemente hineinzupressen. Die Pipettenspitzen sitzen somit
sehr fest auf den Befestigungsschäften und werden durch eine
Aufwärtsbewegung
der Mehrkanalpipette von dem Gestell abgehoben. Leider kommt es
bei diesem Mehrpipettenspitzen-Befestigungsverfahren in der Praxis
oft dazu, dass einige der Pipettenspitzen in unterschiedlicher axialer
Position an einige der Befestigungsschäfte befestigt werden. Benutzer
unternehmen oft den Versuch, eine solche nicht gleichförmige Befestigung
von Pipettenspitzen an den verschiedenen Kanälen einer Mehrkanalpipette
dadurch zu vermeiden, dass sie die Pipette hin- und herbewegen,
während
die Befestigungsschäfte
durch Axialkräfte
von annähernd
53,4 bis 66,75 Newton (12 bis 15 Pfund) pro Kanal in die von einem
Pipettenspitzengestell getragenen Spitzen hineingepresst werden,
um die Spitzen zu der unteren Fläche
der Spitzenausstoßeinrichtung
der Pipette hin zu pressen.
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Außerdem ist
die Axialkraft, die ein Pipettenbenutzer mit Hand und Daumen aufwenden
muss, um die Spitze von dem Schaft auszustoßen, wenn ein Wechsel der Spitze
gewünscht
wird, umso größer, je
kräftiger
eine Spitze auf dem Befestigungsschaft der Pipettenvorrichtung befestigt
bzw. daran festgezwängt
ist. In der Praxis ist es nicht ungewöhnlich, dass die Axialkräfte, die
von einem Pipettenbenutzer mit Hand und Daumen beim Abnehmen einer Spitze
von einem Befestigungsschaft erzeugt werden, annähernd bei 44,5 Newton (zehn
Pfund) pro Pipettenkanal betragen. Im Lauf von mehreren, wiederholten
Ausstoßvorgängen, insbesondere
bei Mehrkanalpipetten, bei denen die Erzeugung von wesentlich größeren Axialkräften erforderlich
ist, werden Hand und Daumen des Benutzers physisch beansprucht, was
zu einer überlastungsbedingten,
schmerzhaften Bewegungseinschränkung
(RSI) für
Daumen und Hand und in extremen Fällen zu einem Karpaltunnelsyndrom
führen
kann.
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Darüber hinausgehend
noch wird bei Standard-Pipettenspitzen wie auch bei jenen, die in
US-A-4.072.330 veranschaulicht
sind, sowohl die Schaffung der ringförmigen, fluiddichten Abdichtung als
auch die ausreichend querstabile Befestigung der Spitze auf dem
Schaft, um einem Wackeln bei der berührungsgestützten Abgabe standzuhalten,
einzig und allein durch den Dichtbereich der Pipettenspitze geleistet.
Die Struktur solcher Pipettenspitzen stellt keine entsprechende
Befestigungsstabilität
in Querrichtung bereit, und ausgenommen in jenen seltenen Beispielfällen, in
denen die Spitzen nach oben bis hin zu dem untersten Teil des Pipettenspitzenausstoßarms bzw.
-kegels gezwängt
werden, kann damit nur eine minimale Querstabilität der Spitze
auf dem Schaft erzielt werden.
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In
dem Bemühen
um eine verbesserte Querstabilität
und ein verbessertes Haltevermögen
der Pipettenspitzen an den Befestigungsschäften mancher Pipetten verwenden
manche Hersteller bei ihren Pipetten O-Ringe, welche auf die Spitzenbefestigungsschäfte aufgebracht
werden und diese umgeben. So gibt beispielsweise die Brinkmann Instrument
Co. für ihre
Trans ferpipette 8/12 an, dass solche O-Ringe gewährleisten, dass alle Spitzen
während
der Verwendung in fest befestigtem Zustand verbleiben. Es tritt
jedoch durch wiederholtes Einsetzen der zugehörigen Befestigungsschäfte in die
Pipettenspitzen und durch wiederholtes Ausstoßen letzterer von den Schäften ein
rascher Verschleiß dieser
O-Ringe ein. Bedingt durch diesen Verschleiß bleiben die Spitzen während der
Verwendung nicht mehr in fest befestigtem Zustand und Verschleißpartikel
von den O-Ringen können
die mit den zugehörigen
Pipetten gehandhabten Fluidproben verunreinigen.
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In
dem Bemühen,
die Hand- und Fingerkräfte,
die ein Pipettenbenutzer aufbringen muss, um eine Spitze von dem
Befestigungsschaft einer Pipette auszustoßen, zu verringern, haben andere
Hersteller, wie beispielsweise LabSystems, Zahnrad- und Sperrklinkenmechanismen
zur Verstärkung
der von dem Benutzer aufgewendeten Kräfte zum Ausstoßen von
Pipettenspitzen von ihren Befestigungsschäften entwickelt und in manche
ihrer Pipetten integriert. Leider sind solche Mechanismen teuer
und belasten die Pipetten in unerwünschter Weise größen- und
gewichtsmäßig.
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Neueren
Datums ist im Hinblick auf die zuvor beschriebenen Idealmerkmale
und -kriterien für
eine Pipettenspitze eine verbesserte Kunststoff-Pipettenspitze entwickelt worden, die
durch die Aufwendung einer axialen Befestigungskraft von weniger
als 26,7 Newton (sechs Pfund) und einer axialen Ausstoßkraft von
sogar nur 13,35 Newton (drei Pfund) auf einem Standard-Pipettenbefestigungsschaft
einer Luftverdrängungspipette
befestigbar und von diesem ausstoßbar ist. Die verbesserte Pipettenspitze
ist in der gleichzeitig eingereichten U.S.-Patentanmeldung mit der
Seriennummer 09/188,030, mit dem Titel "Easy Eject Pipette Tip" beschrieben, die
nunmehr als
US-A-6,197,259 erteilt
worden ist. Wie dort beschrieben, umfasst die verbesserte Pipettenspitze,
die im Folgenden als "Soft
Seal"- Spitze bezeichnet
wird, um die Kriterien für
Befestigbarkeit und Ausstoß-Leichtgängigkeit
für Einweg-Pipettenspitzen
zu erfüllen,
einen offenen, rohrförmigen
proximalen Endabschnitt mit einem erweiterten, kegelstumpfförmigen oberen Abschnitt,
der nach unten hin einwärts
zusammenläuft
und sich in einem ringförmigen
Dichtbereich mit einem hohlen, im Wesentlichen zylindrischen Mittelabschnitt
der Pipettenspitze verbindet. Der offene obere Abschnitt hat einen
ausreichend großen
Innendurchmesser, um das distale Ende eines Standard-Pipettenspitzenbefestigungsschafts
axial aufzunehmen. Der ringförmige
Dichtbereich wird durch den Übergang
oder die Verbindungslinie zwischen dem kegelstumpfförmigen,
offenen oberen Abschnitt zu dem Mittelabschnitt der Pipette gebildet
und umfasst eine ringförmige
Seitenwand mit einer Dicke in einem Bereich von 0,20 bis 0,50 mm.
Der Mittelabschnitt weist in dem Dichtbereich einen Innendurchmesser
auf, der geringer ist als der Durchmesser des Befestigungsschafts
der Pipette, und eine federnde, ringförmige Seitenwand mit einer
Dicke in einem Bereich von 0,20 bis 0,50 mm und einer axialen Länge in einem
Bereich von 0,25 bis 0,65 cm. Somit tritt die kegelstumpfförmige Außenfläche des
Befestigungsschafts, während
das distale Ende des Befestigungsschafts sich in das erweiterte
offene Ende der Pipettenspitze einpasst, mit der Innenfläche des
Dichtbereichs an dem untersten Teil des offenen oberen Abschnitts
der Pipettenspitze in Eingriff, um den ringförmigen Dichtbereich bzw. die
Dichtlinie radial nach außen
zu dehnen, während
der Befestigungsschaft in den proximalen Abschnitt eingeführt wird,
wodurch eine fluiddichte Abdichtung zwischen der Dichtzone und dem
Dichtbereich geschaffen wird. Zusätzlich zu dem proximalen Abschnitt
umfasst die verbesserte Pipettenspitze einen rohrförmigen distalen
Abschnitt, der sich von dem Mittelabschnitt erstreckt und in einer
relativ schmalen, distalen Endöffnung
endet, durch welche hindurch bei der Betätigung der Pipettenvorrichtung
Fluid in die Spitze hinein aufgenommen und aus dieser wieder abgegeben
wird. Die verbes serte Pipettenspitze umfasst schließlich angrenzend
an den Dichtbereich auch ein seitliches Stabilisierungsmittel an
ihrer Innenfläche,
das mit der Außenfläche des
Befestigungsschafts in Eingriff tritt, um die Spitze an dem Schaft
seitlich zu stabilisieren, während
dieser in den proximalen Abschnitt eingeführt wird. Dieses seitliche
Stabilisierungsmittel umfasst vorzugsweise zumindest drei über den
Umfang hinweg beabstandete Kontakte, die sich von der an den Dichtbereich
angrenzenden Innenfläche
des proximalen Abschnitts der Spitze einwärts erstrecken, um die Außenfläche des
Befestigungsschafts in Eingriff zu nehmen, während dieser in den proximalen Abschnitt
eingeführt
wird, und dadurch die Spitze seitlich an dem Schaft zu stabilisieren.
In dieser Hinsicht ist die diametrale Beabstandung der Kontakte dergestalt,
dass die Kontakte das distale Ende des Schafts sanft in Eingriff
nehmen und diesen gleiten lassen, ohne dass es dabei zu einer Fassreifendehnung
der Seitenwände
kommt, von denen die Kontakte sich erstrecken. Auf diese Weise wirken
die Kontakte mit den Dichtbereichen zusammen, um eine seitliche
Stützung
für die
Pipettenspitze an dem Befestigungsschaft bereitzustellen und die
Pipettenspitze daran zu hindern, sich seitwärts zu bewegen, wenn Querkräfte auf
den distalen Abschnitt der Spitze ausgeübt werden, wie dies etwa während der
berührungsgestützten Abgabe
der Fall ist.
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Die
weiter oben beschriebene, verbesserte Pipettenspitze stellt zwar
in Bezug auf die Axialkräfte, die
erforderlich sind, um die Spitze an einem Befestigungsschaft einer
Pipette zu befestigen und die Spitze von diesem auszustoßen, eine
wesentliche Verbesserung im Vergleich zu Standard-Pipettenspitzen dar,
es besteht jedoch nach wie vor ein Bedarf, die Gefahr einer überlastungsbedingten,
schmerzhaften Bewegungseinschränkung
(RSI) für
Pipettenbenutzer weiter zu verringern, und ein Wunsch, die Axialkräfte, die
erforderlich sind, um eine Pipettenspitze fest an dem Befestigungsschaft
einer Pipette zu befestigen und eine Pipettenspitze von diesem auszustoßen, weiter
zu minimieren. Die vorliegende Erfindung deckt diesen Bedarf ab.
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Um
die bislang unerreichbaren Idealkriterien zu erreichen, wonach Einweg-Kunststoffpipettenspitzen
(i) auf einfache Weise an einem Pipettenspitzenbefestigungsschaft
befestigbar sein sollen, um eine fluiddichte Verbindung mit dem
Schaft bereitzustellen, die so sicher ist, dass die Spitze bei normaler
Pipettenbenutzung nicht in Querrichtung auf dem Schaft wackelt oder
sich unabsichtlich von diesem ablöst, und (ii) anschließend auf
einfache Weise von dem Befestigungsschaft ausstoßbar sein soll, und zwar durch
Aufwendung von minimalen, axialen Befestigungs- und Ausstoßkräften, z.
B. Kräften
von annähernd
4,45 Newton (einem Pfund) oder darunter, verfolgt die vorliegende
Erfindung einen eigenen Ansatz.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird eine Luftverdrängungspipette
geschaffen, die einen Pipettenspitzenbefestigungsschaft und eine
Einweg-Pipettenspitze
mit einem an dem Spitzenbefestigungsschaft befestigbaren proximalen
Ende und einem distalen Probeaufnahmeende umfasst, wobei der Schaft im
Wesentlichen zylindrische und axial beabstandete Außenflächenbereiche
mit einer ringförmigen
Dichtzone und einer von der Dichtzone axial beabstandeten, seitlichen
Stützzone
aufweist und wobei die Spitze einen mit der ringförmigen Dichtzone
zusammenpassenden, ringförmigen
Dichtbereich und einen von dem ringförmigen Dichtbereich axial beabstandeten und
mit der seitlichen Stützzone
zusammenwirkenden, seitlichen Stützbereich
umfasst, wobei der ringförmige
Dichtbereich so angepasst ist, dass er eine luftdichte Abdichtung
mit der Dichtzone bildet, wenn die Dichtzone in den Dichtbereich
eindringt, gekennzeichnet durch: eine Seitenwand in dem ringförmigen Dichtbereich,
die ringförmig
und ausreichend dünn ausgebildet
ist, dass der Dichtbereich sich geringfügig ausdehnt, um eine Presspassung
und eine luftdichte Abdichtung zwischen einer Dichtfläche an einer
Innenfläche
der Seitenwand und der Dichtzone des Schafts zu bilden, wenn die
Dichtzone in den Dichtbereich eindringt, so dass Stärken von
Spitzenausstoßkräften von
weniger als 13,35 Newton (drei Pfund) erzielt werden, wobei der
Dichtbereich an die Öffnung
des proximalen Endes (42) angrenzend angeordnet ist und
näher an
der Öffnung
gelegen ist als der Stützbereich.
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Wie
am Beginn der Einführung
zu dieser Beschreibung festgestellt, sind die vor der Charakterisierungsformulierung
vorkommenden Merkmale durch die dem Stand der Technik entsprechende
Anordnung nach
US-A-4,824,641 bekannt,
die jedoch eine Vorrichtung zur automatisierten Probenbehandlung
betrifft, bei welcher die Probleme im Zusammenhang mit einer überlastungsbedingten,
schmerzhaften Bewegungseinschränkung
(RSI) und einem möglichen
Wackeln der Spitze auf dem Befestigungsschaft während der berührungsgestützten Abgabe sich
nicht stellen. Darüber
hinaus besteht, wie in dem Dokument
US-A-4,824,641 in Spalte 8, Zeilen 4 bis 7 erwähnt, ein
beträchtlicher
Widerstand gegen das Befestigen der Spitze auf der Pipette aufgrund
der Winkel des Verjüngungsabschnitts
und der Dichtfläche
relativ zueinander. Wenn der Verjüngungsabschnitt den Dichtring
bei der Einführung
freigibt, lässt die
Kraft nach, was in dem Referenzdokument dazu ausgenützt wird,
zu gewährleisten,
dass die Spitze auf der Pipette einschnappt.
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Der
Vollständigkeit
halber sei hier auch kurz auf die
EP-A-0148333 Bezug genommen, die ebenfalls
eine für
eine automatische Bestückung
ausgebildete Einweg-Pipettenspitze betrifft. Das Referenzdokument
betrifft in dem ersten vollständigen
Satz auf Seite 3 die Gesamtreibung zwischen der Spitze und dem Zylinder,
die durch eine konische Form der Spitze verursacht wird (Seite 2,
Zeilen 20 bis 23), wobei die Gesamtreibung zwischen dem Zylinder
und der Spitze nicht von Bedeutung ist, da solche Pipetten und Spitzen
in erster Linie für
die Handsteuerung bzw. die händische
Benutzung, entweder einzeln oder als eine Gruppe, gedacht sind.
Bei dem in letzterem Referenzdokument gezeigten und beschriebenen
Entwurf ist zugegebenermaßen
das Ziel gegeben, eine sich über
den Umfang erstreckende Abdichtung zwischen dem Lumen des Kragens
der Spitze und dem Pipettenzylinder zu schaffen, um eine minimale
Reibung zu gewährleisten
und dabei gleichzeitig eine luftdichte Abdichtung für die Spitzen
innerhalb von annehmbaren Fertigungstoleranzen zu gewährleisten
(Seite 4, Zeilen 18 bis 21); obwohl zwar eine ringförmige Dichtzone
auf dem Schaft und ein ringförmiger
Dichtbereich auf dem Kragen der Spitze vorhanden sind, ist jedoch
keine von dem ringförmigen
Dichtbereich beabstandete, zylindrische Stützzone und kein mit dieser
zusammenwirkender Stützbereich
vorhanden. Demgemäß berücksichtigt
der Entwurf nicht die Kräfte,
die während
der berührungsgestützten Abgabe
auftreten können,
wenn eine Handpipette verwendet wird, da diese Kräfte bei
Verwendung einer automatisch betriebenen Pipette, auf welche sich
das Referenzdokument bezieht, kein Problem darstellen.
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Die
vorliegende Lehre betrifft somit die Konzeption von axial beabstandeten,
ringförmigen
Dichtzonen und -bereichen und von im Wesentlichen zylindrischen,
seitlichen Stützzonen
und -bereichen, und zwar jeweils auf dem Befestigungsschaft bzw.
auf der Spitze der Pipette. Weiterhin schafft sie ein Mittel zur Gewährleistung
einer gleichförmigen
Eindringtiefe des Befestigungsschafts in die Pipettenspitze, um
einen gleichförmigen
Spitzenpresssitz auf dem Befestigungsschaft beizubehalten, während aufeinanderfolgende
Spitzen auf dem Befestigungsschaft befestigt und wieder von diesem
ausgestoßen
werden.
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Im
Besonderen betrifft die vorliegende Lehre eine Kombination aus einem
Pipettenspitzenbefestigungsschaft und einer Pipettenspitze in einer
Luftverdrängungspipette.
Der Befestigungsschaft umfasst einen axial länglichen Körper mit einem distalen Ende
und mit ringförmigen
oder im Wesentlichen zylindrischen und axial beabstandeten Außenflächenbereichen,
die eine ringförmige
Dichtzone und eine ringförmige
seitliche Stützzone
definieren. Bei der Pipettenspitze handelt es sich um ein längliches
Rohr mit einem offenen proximalen Ende, einem offenen, konischen
distalen Ende und mit ringförmigen
oder im Wesentlichen zylindrischen und axial beabstandeten Innenflächenbereichen,
die einen ringförmigen Dichtbereich
und einen ringförmigen,
seitlichen Stützbereich
definieren. Der Außendurchmesser
der ringförmigen
Dichtzone an dem Befestigungsschaft ist geringfügig größer als der Innendurchmesser
des ringförmigen
Dichtbereichs an der Pipettenspitze, und die Seitenwand der Spitze
in dem Bereich des ringförmigen
Dichtbereichs ist ausreichend dünn,
so dass der ringförmige
Dichtbereich sich geringfügig ausdehnt,
um eine Presspassung und eine luftdichte Abdichtung zwischen dem
Befestigungsschaft und der Pipettenspitze zu bilden, wenn die Dichtzone
in den Dichtbereich eindringt. Die axiale Beabstandung der Dichtzone
und der Stützzone
ist im Wesentlichen gleich der axialen Beabstandung des Dichtbereichs und
des Stützbereichs.
Auch ist der Außendurchmesser
der seitlichen Stützzone
im Wesentlichen zumindest über
einen gewissen Abschnitt des Umfangs der Stützzone hinweg gleich dem Innendurchmesser des
seitlichen Stützbereichs.
Dies ermöglicht
einen gewissen minimalen Kontakt zwischen der Stützzone und dem Stützbereich,
ohne dass dadurch eine sekundäre,
luftdichte Abdichtung geschaffen wird, die zu einer unerwünschten
Erhöhung
der Axialkräfte führen würde, die
erforderlich sind, um die Pipettenspitze an dem Schaft zu befestigen
und von diesem auszustoßen.
Bei einem solchen Strukturaufbau nimmt der Stützbereich die Stützzone auf,
während die
Dichtzone in den Dichtbereich eindringt, und stellt für diese
eine seitliche Abstützung
bereit, wodurch ein quergerichtetes Wackeln der Pipettenspitze auf dem
Befestigungsschaft, zu welchem es ansonsten während der berührungsgestützten Fluidabgabe
von der Pipettenspitze kommen könnte,
und ein begleitendes, unerwünschtes
Ablösen
der Pipettenspitze von dem Schaft verhindert wird. Weiterhin umfasst die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung die zuvor erwähnte, gesteuerte, luftdichte Presspassung
und die dazupassende, ringförmige, seitliche
Stützzone,
den entsprechenden Stützbereich,
sowie ein zusammenwirkendes Mittel auf der Pipette und der Pipettenspitze,
um den axialen Weg der Spitze an dem Befestigungsschaft zu begrenzen. Dadurch
wird eine gleichförmige
Tiefe der Eindringung des Befestigungsschafts in die Pipettenspitze sichergestellt,
um den gewünschten
Spitzenpresssitz mit dem Befestigungsschaft gleichförmig zu
halten, wenn aufeinanderfolgende Spitzen an dem Befestigungsschaft
befestigt und von diesem ausgestoßen werden, wobei darin der
Unterschied zu dem zuvor erwähnten
Dokument
US-A-4.824.641 zu
sehen ist.
-
Es
hat sich erwiesen, dass aufgrund der oben beschriebenen, zusammenwirkenden
Strukturmerkmale der Pipettenspitze und des Befestigungsschafts
bei der erfindungsgemäßen Kombination
aus Pipette und Spitze lediglich axiale Pipettenspitzenbefestigungs-
und -ausstoßkräfte von
im Wesentlichen nur 4,45 Newton (einem Pfund) oder darunter benötigt werden
und dass dabei eine beständige,
luftdichte Abdichtung der Spitze auf dem Schaft bereitgestellt wird,
die gegen ein unerwünschtes,
quer gerichtetes Wackeln der Pipettenspitze auf dem Befestigungsschaft
gesichert ist. Die die Erfindung darstellende Kombination erfordert
somit von einem Pipettenbenutzer die Aufwendung einer so geringen Hand-
und Daumenkraft, dass es unwahrscheinlich ist, dass ein wiederholtes
Befestigen und Ausstoßen solcher
Pipettenspitzen zu einer überlastungsbedingten,
schmerzhaften Bewegungseinschränkung
(RSI) führt.
-
Weiterhin
wurde die Erkenntnis gewonnen, dass für Kombinationen aus Pipettenspitze
und Schaft, bei denen die Presspassung zwischen Dichtzone und Dichtbereich
ungefähr
0,075 mm bis ungefähr
0,2 mm beträgt
und die Wanddicke der Pipettenspitze in dem Dichtbereich zwischen
0,2 und 0,5 mm liegt, die gewünschten,
mit der Erfindung verbundenen, minimalen Spitzenbefestigungs- und
-ausstoßkräfte nach
wie vor erzielt werden und die Querstabilität der Spitze auf dem Schaft
weiter verbessert werden kann, wenn eine kleine Presspassung zwischen dem
Stützbereich
und der Stützzone
vorgesehen ist.
-
Die
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
eingehender beschrieben, in denen:
-
1 eine
Seitenansicht einer Standard-Handpipette mit einer Pipettenspitze
ist, welche angrenzend an ein unteres Ende einer Spitzenausstoßeinrichtung
der Pipette auf einem Befestigungsschaft befestigt ist;
-
2 eine
im Querschnitt dargestellte Seitenansicht der erfindungsgemäßen Kombination
aus Pipettenspitze und Befestigungsschaft ist;
-
3 eine
vergrößerte, fragmentarische Schnitt-Seitenansicht
des Dichtbereichs innerhalb des Kreises 3 für die Pipettenspitze
aus 2 ist;
-
4 eine
vergrößerte, fragmentarische Seitenansicht
eines oberen Abschnitts der Kombination aus Pipettenspitze und Befestigungsschaft
aus 2 ist, welche die fluiddichte Abdichtung zwischen dem
Dichtbereich und der Dichtzone, die zusammenpassende Beziehung des
seitlichen Stützbereichs und
der entsprechenden Stützzone,
und eine bevorzugte Ausführungsform
des zusammenwirkenden Mittels in Form einer Schulter an der Pipettenspitze zur
Begrenzung der Eindringung des Befestigungsschafts in die Spitze
zeigt;
-
5 eine
vergrößerte, fragmentarische Seitenansicht ähnlich jener
aus
-
4 ist,
welche zusätzlich
eine erste alternative Ausführungsform
des zusammenwirkenden Mittels in Form einer Schulter an dem Befestigungsschaft
zur Begrenzung der Eindringung des Befestigungsschafts in die Spitze
zeigt;
-
6 eine
vergrößerte, fragmentarische Seitenansicht ähnlich jener
aus 2 ist, welche zusätzlich eine zweite alternative
Ausführungsform
des zusammenwirkenden Mittels in Form eines unteren Endes der Pipettenspitzenausstoßeinrichtung
einer Pipette zur Begrenzung der Eindringung des Befestigungsschafts
in die Spitze zeigt;
-
7 eine
Querschnitts-Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Kombination
aus Pipettenspitze und Befestigungsschaft ist, die eine Befestigungsschaftverlängerung
zur Verringerung von Luftvolumeneffekten in Verbindung mit Luftverdrängungspipetten
umfasst;
-
8 ein
Graph ist, der die Kräfte,
welche erforderlich sind, um eine Pipettenspitze der erfindungsgemäßen Kombination
aus Pipettenspitze und Befestigungsschaft auf den Befestigungsschaft
aufzusetzen und von diesem auszustoßen, mit den Aufsetz- und Ausstoßkräften für eine Standard-Pipettenspitze
auf einem Standard-Befestigungsschaft und mit den Aufsetz- und Ausstoßkräften für die in
der zuvor erwähnten,
gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (nunmehr
US-A-6.197.259 ) beschriebene "Soft Seal"-Pipettenspitze auf
einem Standard-Befestigungsschaft vergleicht;
-
9 ein
Graph ist, der den Weg der Pipettenspitze der erfindungsgemäßen Kombination
aus Pipettenspitze und Befestigungsschaft auf dem Befestigungsschaft
mit dem Weg einer Standard-Pipettenspitze und einer "Soft Seal"-Spitze auf einem Standard-
Pipettenbefestigungsschaft in Reaktion auf verschiedene Pipettenspitzen-Aufsetzkräfte vergleicht;
-
10 ein
Graph ist, der die Querstabilität der
Pipettenspitze der erfindungsgemäßen Kombination
aus Pipettenspitze und Befestigungsschaft auf dem Befestigungsschaft
mit der Querstabilität
einer Standard-Pipettenspitze und einer "Soft Seal"-Spitze auf einem Standard-Befestigungsschaft
für mit
verschiedenen Pipettenspitzen-Aufsetzkräften befestigte
Spitzen vergleicht;
-
11 ähnlich wie 4 ist
und eine vergrößerte, fragmentarische
Seitenansicht eines oberen Abschnitts der Kombination aus Pipettenspitze
und Befestigungsschaft aus 4 ist, welche
die durch eine Presspassung gebildete, fluiddichte Abdichtung zwischen
dem Dichtbereich und der Dichtzone, eine kleine Presspassung zwischen
dem seitlichen Stützbereich
und der entsprechenden Stützzone,
und eine bevorzugte Ausführungsform
des zusammenwirkenden Mittels in Form einer Schulter an der Pipettenspitze
zur Begrenzung der Eindringung des Befestigungsschafts in die Spitze
zeigt.
-
12 eine
vergrößerte, fragmentarische Seitenansicht ähnlich jener
aus 5 ist, welche zusätzlich die kleine Presspassung
zwischen dem seitlichen Stützbereich
der Spitze und der seitlichen Stützzone
des Schafts zur Schaffung einer verbesserten seitlichen Abstützung der
Spitze an dem Schaft zeigt;
-
13 ähnlich wie 6 ist
und zusätzlich die
kleine Presspassung zwischen dem seitlichen Stützbereich der Spitze und der
seitlichen Stützzone des
Schafts zur Schaffung einer verbesserten seitlichen Abstützung der
Spitze an dem Schaft zeigt;
-
14 ähnlich wie 7 ist
und zusätzlich die
kleine Presspassung zwischen dem seitlichen Stützbereich der Spitze und der
seitlichen Stützzone des
Schafts zur Schaffung einer verbesserten seitlichen Abstützung der
Spitze an dem Schaft zeigt.
-
Die
Zeichnung in
1, auf welche nun Bezug genommen
wird, veranschaulicht eine Standard-Handpipette, die der PIPETMAN-Pipette ähnelt, die
ausschließlich
in den Vereinigten Staaten durch die Rainin Instrument Co. Inc.,
die Abtretungsempfängerin
der vorliegenden Erfindung, vertrieben wird. Die Handpipette ist
in
1 durch die Zahl
10 bezeichnet und umfasst
eine Pipettenspitzenausstoßeinrichtung
12,
die in dem am 16. November 1976 ausgegebenen
U.S.-Patent Nr. 3,991,617 beschrieben
ist, welches durch diese Bezugnahme hierin miteingeschlossen ist.
-
Die
Pipette 10 umfasst einen Druckknopf 14, der durch
einen Stab 16 mit einem Kolben (nicht gezeigt) verbunden
ist, der sich in dem Körper
bzw. Gehäuse 18 der
Pipette befindet. Der Druckknopf 14 kann von einem Benutzer
gedrückt
werden, indem dieser eine Abwärtskraft
auf den Druckknopf ausübt, um
eine Abwärtsbewegung
des Kolbens der Pipette zu bewirken. Wenn der Druckknopf 14 losgelassen wird,
wird eine bestimmte Menge der Flüssigkeit,
von der eine Probe zu nehmen ist, in eine Einweg-Pipettenspitze 20 eingesaugt,
die abnehmbar an einem unteren Ende eines Pipettenspitzenbefestigungsschafts 22 der
Pipette angebracht ist. Die Probe kann dann durch erneutes Ausüben einer
Abwärtskraft
auf den Druckknopf 14 in ein anderes Gefäß übertragen werden.
Nach einer solchen Verwendung ist es gängige Praxis, die Pipettenspitze 20 von
dem Befestigungsschaft 22 auszustoßen und sie für einen
wiederholten Betrieb der Pipette 10 zum Ansaugen und Abgeben
eines neuen Probenfluids durch eine neue Pipettenspitze zu ersetzen.
-
Die
Pipettenspitzenausstoßeinrichtung 12 wird
dazu verwendet, die Spitze 20 von dem Befestigungsschaft 22 auszustoßen. In
dieser Hinsicht umfasst die Einrichtung 12 einen Druckknopf 24,
welcher mit einem Stab verbunden ist, der sich in einem Durchgang
(nicht gezeigt) befindet, welcher in einem oberen Teil des handgriffartigen
Gehäuses 18 der
Pipette 10 vorgesehen ist. Der Durchgang und der Stab sind
so angeordnet, dass es ermöglicht
wird, dem Stab eine Translationsbewegung zu verleihen, die parallel
zu einer Achse der Pipette verläuft
und gegen eine Feder (nicht gezeigt) wirkt, welche den Stab normal
nach oben drückt.
Ein abnehmbares Spitzenausstoßelement
bzw. ein Spitzenausstoßarm 26 mit
einem rohrförmigen
oberen Ende erstreckt sich von einem unteren Ende des Stabs, folgt
ausgehend von dem Stab dem allgemeinen Außenumriss des Gehäuses 18 der
Pipette und endet in Form einer Buchse 28. Die Buchse 28 umschließt ein konisches,
unteres Ende 30 des Pipettenspitzenbefestigungsschafts 22,
der das obere Ende der Einweg-Pipettenspitze 20 fest aufnimmt.
Um die Pipettenspitze 20 von dem unteren Ende des Befestigungsschafts 22 auszustoßen, umfasst
ein Benutzer das Pipettengehäuse 18 und
drückt
den Druckknopf 24 mit dem Daumen nach unten. Die Abwärtskraft
des Druckknopfs wird durch den Stab auf den Spitzenausstoßarm 26 und
von dort auf die Buchse 28 übertragen, die ihrerseits einen
Abwärtsdruck
auf ein oberes Ende der Pipettenspitze ausübt. Sobald die von der Buchse 28 übertragene
Abwärtskraft
die Reibung zwischen der Pipettenspitze 20 und dem Befestigungsschaft 22 übersteigt,
wird die Pipettenspitze von dem Befestigungsschaft abgeschoben.
Wenn der Druck knopf 24 losgelassen wird, bringt die Feder die
Spitzenausstoßeinrichtung 12 in
ihre normale Stellung zurück,
in welcher die Buchse geringfügig von
dem oberen Ende einer Ersatz-Pipettenspitze beabstandet ist, die
auf den Befestigungsschaft 22 aufgesetzt wird, um die Pipette 10 für ihren
nächsten Ansaug-
und Abgabevorgang bereit zu machen.
-
Wie
bereits zuvor erwähnt,
weist der Pipettenspitzenbefestigungsschaft 22 für klein-
und mittelvolumige Standard-Pipetten eine einwärts gerichtete, axiale Verjüngung von
zwischen zwei und fünf
Grad in Bezug auf die Langsachse des Befestigungsschafts auf. Wie
ebenfalls zuvor erwähnt,
umfassen klein- und mittelvolumige Standard-Pipettenspitzen, die
zur Verwendung mit solchen Standard-Pipettenspitzenbefestigungsschäften bestimmt
sind, ein relativ langes, kegelstumpfförmiges, ringförmiges Dichtband
bzw. eine an das offene proximale Ende der Spitze angrenzende Innenfläche, um
mit dem kegelstumpfförmigen,
distalen Ende des Pipettenspitzenbefestigungsschafts in Eingriff
zu treten und mit diesem abzudichten und so eine Querstabilität der Spitze
auf dem Schaft bereitzustellen. Der Verjüngungswinkel der Dichtfläche liegt
gewöhnlich
innerhalb ungefähr
eines Grads der zwei- bis fünf-Grad-Einwärtsverjüngung des
Befestigungsschafts und die Länge der
Dichtfläche
an dem Schaft ist so, dass die Spitze bei der Bildung der ringförmigen Abdichtung
auch relativ fest auf dem Schaft sitzt. Bei der Ausbildung der gewünschten
ringförmigen
Abdichtung muss der kegelstumpfförmige,
ringförmige
Dichtbereich sich zusammen mit dem Rest des offenen proximalen Endes
der Pipettenspitze wie ein Fassreifen normal zu der geneigten Passfläche des
Pipettenspitzenbefestigungsschafts nach außen ausdehnen. Aufgrund der Länge des
Dichtbereichs und der relativ dicken Seitenwand der Standard-Spitze kommt es zu
großen, plastischen
Kräften
in dem Spitzenmaterial, die sich einer nach außen gerichteten Fassreifendehnung
widersetzen und die Aufwendung von großen Axialkräften auf die Spitze erforderlich
ma chen, um die Standard-Spitze auf dem Befestigungsschaft zu befestigen
und die erforderliche ringförmige,
fluiddichte Abdichtung zu erzeugen. Oft werden Axialkräfte zwischen
53,4 und 66,75 Newton (12 und 15 Pfund) benötigt, um eine Standard-Pipettenspitze
an einem Standard-Befestigungsschaft zu befestigen und die gewünschte fluiddichte
Abdichtung zu erzeugen. Diese Axialkräfte werden von einem Pipettenbenutzer mit
der Hand und dem Unterarm erzeugt, wenn dieser einen Pipettenspitzenbefestigungsschaft
in eine Pipettenspitze einsetzt, die üblicherweise in einem Pipettenspitzen-Anordnungsgestell
bereitgehalten wird. Wenn es gewünscht
wird, eine solche streng befestigte Spitze von einem Pipettenspitzenbefestigungsschaft
auszustoßen,
muss naturgemäß eine Axialkraft
von annähernd
44,5 Newton (10 Pfund) auf den oberen Rand der Pipettenspitze aufgewendet werden,
um die Reibungskräfte
zwischen der Pipettenspitze und dem Schaft zu überwinden und die Spitze von
dem Schaft auszustoßen.
-
Die
Beziehung zwischen Spitzenaufsetzkräften und Spitzenausstoßkräften ist
in 8 durch die Kurve 60 für eine 250
ml Standard-Pipettenspitze abgebildet, wobei die Spitzenaufsetzkräfte von
0 auf 89,0 Newton (0 bis ungefähr
20 Pfund) ansteigen, und zwar an einem Punkt 62, an welchem
die Spitze mit einer Ausstoßvorrichtung
der zugehörigen
Pipettenvorrichtung in Eingriff tritt. Wie bereits zuvor beschrieben,
werden die abwärts
gerichteten Spitzenausstoßkräfte von
dem Pipettenbenutzer ausgeübt, indem
dieser mit dem Daumen oben auf den Druckknopf 24 drückt, um
eine Axialkraft über
den Ausstoßarm 26 auf
den oberen Rand der Pipettenspitze 20 zu übertragen.
Wie in 8 angegeben, muss der Pipettenbenutzer, um die
Standard-Pipettenspitze von ihrem zugehörigen Befestigungsschaft auszustoßen, eine
axiale Ausstoßkraft
von ungefähr
53,4 Newton (12 Pfund) erzeugen. Im Lauf mehrerer wiederholter Ausstoßvorgänge werden
Daumen und Hand des Benutzers einer physischen Belas tung ausgesetzt.
Dies führt
oft zu einer überlastungsbedingten,
schmerzhaften Bewegungseinschränkung (RSI)
des Daumens und der Hand und in extremen Fällen zu einem Karpaltunnelsyndrom.
-
In
dem Bestreben, solche Probleme zu überwinden, wurde die zuvor
erwähnte
und in der gleichzeitig eingebrachten U.S.-Patentanmeldung beschriebene
Soft Seal-Pipettenspitzenkonstruktion entwickelt. Wie in 8 durch
die Kurve 70 abgebildet, ermöglicht die Soft Seal-Pipettenspitzenkonstruktion
das einfache und feste Befestigen einer Pipettenspitze an einem
Befestigungsschaft und das einfache Ausstoßen der Pipettenspitze von
dem Befestigungsschaft durch die Aufwendung von axialen Befestigungskräften von
ungefähr
26,7 Newton (6 Pfund) und axialen Ausstoßkräften von ungefähr 13,35
Newton (3 Pfund). In 8 bildet der Punkt 72 die
aufgewendete Kraft ab, die erforderlich ist, um die Soft Seal-Spitze
auf einen Befestigungsschaft einer Standard-Pipette aufzusetzen
und in eine Position zu bringen, an der die Spitze mit der Spitzenausstoßeinrichtung
einer zugehörigen
Pipette in Eingriff tritt, und sie von dieser wieder auszustoßen. Die
wesentliche Verringerung der Spitzenaufsetz- und -ausstoßkräfte bei
der Soft Seal-Pipettenspitze verglichen mit jenen einer Standard-Pipettenspitze
geht aus einem Vergleich der Kurve 70 mit der Kurve 60 deutlich
hervor.
-
Wie
bereits zuvor angegeben, schafft die vorliegende Erfindung einen
neuartigen Befestigungsschaft und eine eigene Pipettenspitze, welche speziell
an den Befestigungsschaft angepasst ist, so dass die Spitze von
einem Pipettenbenutzer noch einfacher auf den Schaft aufgesetzt
und in eine fluiddichte Position gebracht werden kann, in welcher
die Spitze gegen unerwünschtes,
quergerichtetes Wackeln auf dem Schaft oder gegen Ablösung von
diesem gesichert ist, und welche von dem Pipettenbenutzer nach dem
Gebrauch noch einfacher von dem Schaft ausgestoßen werden kann. Sol che Spitzenaufsetz-
und -ausstoßvorgänge erfordern
von dem Pipettenbenutzer für
das Aufsetzen und Ausstoßen der
Spitze lediglich den Aufwand von Axialkräften von ungefähr 4,45
Newton (einem Pfund) oder weniger, wodurch sich jede Gefahr einer überlastungsbedingten,
schmerzhaften Bewegungseinschränkung (RSI)
für den
Pipettenbenutzer ganz wesentlich verringert. Wie in 8 durch
die Kurve 80 abgebildet, ermöglicht die erfindungsgemäße Konstruktion,
die in der Folge als "LTS"-Spitze und/oder
-Schaft bezeichnet wird, das einfache und feste Befestigen der erfindungsgemäßen Pipettenspitze
auf ihrem zugehörigen
Befestigungsschaft und das einfache Ausstoßen der Pipettenspitze von
dem Befestigungsschaft durch die Aufwendung von axialen Befestigungs-
und Ausstoßkräften von
ungefähr
4,45 Newton (1 Pfund). In 8 bildet
der Punkt 82 die aufgewendete Kraft ab, die erforderlich
ist, um die LTS-Spitze bis zu einer Stelle an dem erfindungsgemäßen Befestigungsschaft
aufzusetzen, an der die Spitze mit einer Spitzenaufsetzschulter
zum Begrenzen der Eindringung des Schafts in die Spitze in Eingriff
tritt. Wie im Folgenden beschrieben, umfasst eine solche Schulter
in verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung eine Schulter an der Spitze oder an dem
Schaft oder die Basis einer Spitzenausstoßeinrichtung der zugehörigen Pipette. Die
wesentliche Verringerung der Spitzenaufsetz- und -ausstoßkräfte bei
der LTS-Pipettenspitze, verglichen mit jenen der Soft Seal-Spitze
und der Standard-Pipettenspitze, geht aus einem Vergleich der Kurve 80 mit
den Kurven 70 und 60 in 8 deutlich hervor.
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In 9 wird
die Beziehung zwischen der Pipettenspitzen-Aufsetzkraft und dem
von einer Spitze auf einem zugehörigen
Pipettenspitzenbefestigungsschaft zurückgelegten Weg für eine 250
ml LTS-Spitze, eine Soft Seal-Spitze und eine Standard-Pipettenspitze
grafisch abgebildet. Die Kurven 100 und 110 bilden
jeweils die Beziehung zwischen Aufsetzkraft und dem Weg der Soft
Seal-Spitze und der Standard-Pipettenspitze auf Stan dard-Befestigungsschäften ab.
In dieser Hinsicht ist der Weg der Soft Seal-Spitze und der Standard-Pipettenspitze
durch die mit der Pipettenspitze in Eingriff stehende Spitzenausstoßeinrichtung
begrenzt, wie durch die Punkte 102 bzw. 112 abgebildet.
Die Kurve 90 bildet die Beziehung zwischen Aufsetzkraft
und Weg der LTS-Pipettenspitze auf einem LTS-Befestigungsschaft
ab. Der Weg der LTS-Pipettenspitze wird durch die zuvor erwähnte Schulter
begrenzt, die mit der LTS-Spitze in Eingriff tritt, wie durch den
Punkt 92 auf der Kurve 90 abgebildet. Die wesentliche
Zunahme des Wegs der Spitze je Einheit der Aufsetzkraft bei der
erfindungsgemäßen LTS-Pipettenspitze
im Vergleich zu der Soft Seal-Spitze und der Standard-Pipettenspitze
geht aus einem Vergleich der Kurven 90, 100 und 110 in 9 deutlich
hervor.
-
In 10 wird
die Beziehung zwischen der Pipettenspitzen-Aufsetzkraft und Querstabilität einer Pipettenspitze
auf ihrem zugehörigen
Schaft für
eine LTS-Spitze, eine Soft Seal-Spitze und eine Standard-Pipettenspitze
mit jeweils 250 Mikroliter Fassungsvermögen grafisch abgebildet. Für die Standard-Pipettenspitze
und die Soft Seal-Spitze ist die axiale Position der Pipettenspitze
auf dem Standard-Pipettenspitzenbefestigungsschaft jener Punkt, an
dem die Pipette eine luftdichte Abdichtung mit dem Befestigungsschaft
bildet, und befindet sich dieser nahe bei bzw. anliegend an dem
untersten Teil der Pipettenspitzenausstoßeinrichtung für die zugehörige Pipette.
Für die
LTS-Pipettenspitze ist die axiale Position der Spitze durch die
zuvor erwähnte Schulter
definiert. Jede Pipettenspitze wurde durch berührungsgestützte Abgabe aus der Pipettenspitze während der
normalen Pipettenverwendung auf ihre Stabilität hin geprüft. Das heißt, dass nach dem Ansaugen
eines Flüssigkeitsvolumens
in das distale Ende der Pipettenspitze hinein die Pipette zu einem Gefäß bewegt
wird, wo das distale Ende der Spitze in geneigter Position gegen
die Gefäßseite platziert wird
und zumindest ein Teil des angesaugten Flüssigkeitsvolumens durch Betätigen der
Pipette abgegeben wird. Während
eines solchen Positionierens der Pipettenspitze steht das distale
Ende mit der Seite des Gefäßes in Berührung (d.
h. "berührungsgestützte Abgabe"). Während dieses
Zeitraums werden Querkräfte
auf das distale Ende der Pipettenspitze ausgeübt, die dazu neigen, die Spitze
auf ihrem Befestigungsschaft wackeln zu lassen. Die Zyklenanzahl
der berührungsgestützten Abgaben,
die erforderlich ist, um die Pipettenspitze von ihrem zugehörigen Befestigungsschaft
abzulösen
ist für
verschiedene Aufsetzkräfte
in 10 abgebildet. Die Kurve 120 bildet die
Beziehung zwischen Aufsetzkraft und Querstabilität für eine Standard-Pipettenspitze
ab, während
die Kurve 130 die Beziehung für eine Soft Seal-Pipettenspitze
abbildet. Die Kurve 140 bildet die Beziehung zwischen Aufsetzkraft
und Querstabilität für die erfindungsgemäße LTS-Spitze
ab. Aus 10 lässt sich feststellen, dass
die Querstabilität
der LTS-Spitze im Wesentlichen konstant bei über 50 Zyklen der berührungsgestützten Abgabe
liegt, bevor die LTS-Spitze sich von ihrem zugehörigen Befestigungsschaft ablöst. Diese
sich gleichmäßig erstreckende
Stabilität
beginnt bereits bei einer Aufsetzkraft von annähernd 4,45 Newton (1 Pfund).
Für die Standard-Pipettenspitze
und die Soft Seal-Spitze wird jeweils eine Querstabilität, die sich
an jene der LTS-Pipettenspitze annähert, erst bei Aufsetzkräften von
annähernd
66,75 Newton (15 Pfund) oder darüber
erreicht. Für
eher dem Normalen entsprechende Aufsetzkräfte von ungefähr 44,5
Newton (10 Pfund) lösen
sich die Standard- und die Soft Seal-Pipettenspitzen bei ungefähr 25 Zyklen
der berührungsgestützten Abgabe
von ihren zugehörigen
Befestigungsschäften
ab. Somit ist in 10 die verbesserte Querstabilität für die LTS-Pipettenspitze
auf ihrem zugehörigen
Befestigungsschaft im Vergleich mit Standard- und Soft Seal-Pipettenspitzen mit
vergleichbarem Volumen deutlich abgebildet.
-
Eine
bevorzugte Ausführungsform
des Aufbaus der erfindungsgemäßen Kombination
aus Pipettenspitze und Befestigungsschaft ist in 2 abge bildet
und in 4 in vergrößerter Detailansicht gezeigt.
Wie dort veranschaulicht, umfasst der Befestigungsschaft 32 einen
axial länglichen
Körper
mit einem distalen Ende 34 und ringförmige oder im Wesentlichen
zylindrische und axial beabstandete Außenflächenbereiche, die angrenzend
an das distale Ende 34 eine ringförmige Dichtzone 36 und
an dem distalen Ende 34 nahe dem Ende des Schafts 32 eine ringförmige, seitliche
Stützzone 38 definieren.
Die Pipettenspitze ist durch die Zahl 40 dargestellt und
ist ein längliches
Kunststoffrohr mit einem offenen proximalen Ende 42, einem
offenen, konischen distalen Ende 44 und ringförmigen oder
im Wesentlichen zylindrischen und axial beabstandeten Innenflächenbereichen,
die einen ringförmigen
Dichtbereich 46 und einen ringförmigen, seitlichen Stützbereich 48 definieren,
um jeweils mit der Dichtzone 36 und der Stützzone 38 an
dem Befestigungsschaft 32 zusammenzupassen. Unter dem hier
verwendeten Begriff "im
Wesentlichen zylindrisch" ist
eine ringförmige Oberfläche mit
einer axialen Verjüngung
von eineinhalb Grad oder darunter zu verstehen.
-
3 veranschaulicht
in vergrößerter Detailansicht
eine bevorzugte Ausführungsform
des Dichtbereichs 46 und umfasst den Abschnitt der Pipettenspitze 40 aus 2 innerhalb
des Kreises 3. Wie gezeigt, wird der Dichtbereich 46 durch
einen sich nach innen erstreckenden, im Wesentlichen V-förmigen Wulst 49 gebildet,
der sich von der Seitenwand 50 der Pipettenspitze 40 radial
einwärts
erstreckt. Die am weitesten innen liegende Fläche des Wulstes 49 bildet
ein sehr schmales Dichtband bzw. eine Dichtlinie für den Eingriff
mit der im Wesentlichen zylindrischen Dichtzone 36 des
Pipettenspitzenbefestigungsschafts 32, um die bereits zuvor
beschriebene luftdichte Abdichtung zwischen der Spitze und dem Befestigungsschaft
zu bilden.
-
Wie
in 4 veranschaulicht, ist der Außendurchmesser der ringförmigen Dichtzone 36 geringfügig größer als
der Innendurchmesser des ringförmigen
Dichtbereichs 46 an der Pipettenspitze 40, und ist
die Seitenwand 50 der Spitze in dem Bereich des ringförmigen Dichtbereichs 46 ausreichend
dünn, so dass
der ringförmige
Dichtbereich sich geringfügig ausdehnt,
um eine Presspassung und eine luftdichte Abdichtung zwischen dem
Befestigungsschaft 32 und der Pipettenspitze 40 zu
bilden, wenn die Dichtzone 36 in den Dichtbereich 46 eindringt.
In der Praxis konnte festgestellt werden, dass die gewünschte Presspassung
gebildet wird, wenn der Unterschied zwischen dem Außendurchmesser
der ringförmigen Dichtzone
und dem Innendurchmesser des ringförmigen Dichtbereichs zumindest
0,075 Millimeter (mm) beträgt.
Weiterhin wurde in der Praxis festgestellt, dass die Wanddicke der
Pipettenspitze in dem Bereich des Dichtbereichs 46 vorzugsweise
zwischen 0,20 und 0,50 mm beträgt.
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Wie
in 2 und 4 veranschaulicht, ist die axiale
Beabstandung der Dichtzone und der Stützzone im Wesentlichen gleich
der axialen Beabstandung des Dichtbereichs und des Stützbereichs. Auch
ist der Außendurchmesser
der seitlichen Stützzone 38 im
Wesentlichen zumindest über
einen gewissen Abschnitt des Umfangs der Stützzone hinweg gleich dem Innendurchmesser
des seitlichen Stützbereichs 48.
Dies ermöglicht
einen gewissen minimalen Kontakt zwischen der Stützzone und dem Stützbereich,
ohne dass dadurch eine sekundäre,
luftdichte Abdichtung geschaffen wird, die zu einer unerwünschten
Erhöhung
der Axialkräfte
führen
würde, welche
erforderlich sind, um die Pipettenspitze an dem Schaft zu befestigen
und von diesem auszustoßen.
Bei einem solchen Strukturaufbau nimmt, während die Dichtzone 36 in
den Dichtbereich 46 eindringt, der Stützbereich 48 die Stützzone 38 auf
und schafft für
diese eine seitliche Abstützung,
wodurch ein quergerichtetes Wackeln der Pipettenspitze 40 auf
dem Befestigungsschaft 32, zu welchem es ansonsten während der berührungsgestützten Abgabe aus
der Pipettenspitze kommen könnte,
und ein begleitendes, unerwünschtes
Ablösen
der Pipettenspitze von dem Schaft verhindert wird. Diesbezüglich ist es
bevorzugt, dass die axiale Beabstandung der seitlichen Stützzone 38 und
des zusammenpassenden seitlichen Stützbereichs 48 von
der Dichtzone 36 und dem zusammenpassenden Dichtbereich 46 im
Wesentlichen gleich dem Innendurchmesser der Pipettenspitze 40 im
Bereich des Stützbereichs
ist. Ein solches Längenverhältnis schafft
eine ausgezeichnete Querstabilität
für die
Pipettenspitze 40 auf dem Befestigungsschaft 32.
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Die
vorliegende Erfindung umfasst weiterhin, wie in 2 und 4 veranschaulicht,
ein zusammenwirkendes Mittel 52 an der erfindungsgemäßen Pipette
und der Pipettenspitze 40 zur Begrenzung des axialen Wegs
der Spitze auf dem Befestigungsschaft 32. Dies gewährleistet
eine gleichförmige
Eindringtiefe des Befestigungsschafts in die Pipettenspitze, um
einen gleichförmigen
Spitzenpresssitz auf dem Befestigungsschaft beizubehalten, während aufeinanderfolgende
Spitzen auf dem Befestigungsschaft befestigt und wieder von diesem
ausgestoßen werden.
In der in 2 und 4 veranschaulichten Ausführungsform
umfasst ein solches zusammenwirkendes Mittel 52 eine ringförmige, nach
oben weisende, einwärts
gerichtete Schulter 53 an der Innenfläche der Pipettenspitze 40,
die unmittelbar an den seitlichen Stützbereich 48 angrenzt.
Die Schulter 53 ist so konzipiert, dass eine obere Fläche davon
mit einer nach unten weisenden Fläche, wie beispielsweise dem
untersten Teil 54 des distalen Endes 34 des Befestigungsschafts 32,
an einem Außenrandabschnitt
derselben in Eingriff tritt.
-
Alternative
Ausführungsformen
des zusammenwirkenden Mittels 52 sind in 5 und 6 abgebildet.
In 5 umfasst das zusammenwirkende Mittel 52 eine
auswärts
gerichtete, nach unten weisende, ringförmige Schulter 53' an dem Pipettenspitzenbefestigungsschaft 32,
welche beim Einsetzen des Schaftes in das offene, proximale Ende 42 der Spitze
mit dem oberen ringförmigen
Rand 56 der Spitze in Eingriff tritt, um ein weiteres Eindringen
des Schaftes in die Spitze anzuhalten. In 6 wird das zusammenwirkende
Mittel 52 als einen untersten Teil 58 der Buchse 28 der
Pipettenspitzenausstoßeinrichtung 26 umfassend
abgebildet, welche in Bezug auf 1 veranschaulicht
und beschrieben worden ist. Wenn die unterste Fläche 58 mit dem oberen,
ringförmigen
Rand 56 der Pipettenspitze 40 in Eingriff tritt, wird
ein weiteres Eindringen des Befestigungsschafts 32 in die
Pipettenspitze angehalten. In dem Vorangegangenen wurden zwar bestimmte
bevorzugte Ausführungsformen
der erfindungsgemäßen Pipettenspitze
im Detail beschrieben und veranschaulicht, es können jedoch Abänderungen
und Modifikationen vorgenommen werden, ohne dass dadurch von der
Wesensart der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. In 7 ist
beispielsweise eine alternative Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung abgebildet, welche das in 2 und 4 abgebildete,
zusammenwirkende Mittel 52 umfasst. Zusätzlich zu der Struktur aus 2 und 4 umfasst die
Ausführungsform
aus 7 eine längliche,
im Wesentlichen zylindrische Verlängerung 62, und zwar
ausgehend von dem untersten Teil des distalen Abschnitts 34 des
Befestigungsschafts 32. Die Verlängerung 62 ist koaxial
mit dem Befestigungsschaft und umfasst eine äußere Seitenwand 63,
welche von der Innenfläche
der Pipettenspitze 40 beabstandet ist. Die Verlängerung 62 dient
dazu, das in der erfindungsgemäßen Pipette
eingeschlossene Luftvolumen zu verringern, und reduziert somit den
allgemein mit Luftverdrängungspipetten
verbundenen Luftvolumeneffekt.
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Darüber hinausgehend
sind 11, 12, 13 und 14 jeweils ähnlich wie 4, 5, 6 und 7 und
zeigen alternative Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung, bei denen eine kleine Presspassung zwischen
dem seit lichen Stützbereich 48 und
der seitlichen Stützzone 38 vorgesehen
ist, um die Querstabilität
der Spitze 40 auf dem Schaft 32 weiter zu erhöhen, ohne
eine unerwünschte
Erhöhung
der Axialkräfte
zu schaffen, die erforderlich sind, um die Spitze auf den Schaft
aufzusetzen und von diesem auszustoßen. In dieser Hinsicht, und
wie in den einzelnen 11–14 veranschaulicht,
wurde die Erkenntnis gewonnen, dass für Kombinationen aus Pipettenspitze
und Schaft, bei denen die Presspassung zwischen Dichtzone 36 und Dichtbereich 46 ungefähr 0,075
mm bis ungefähr
0,2 mm beträgt
und die Wanddicke der Pipettenspitze in dem Dichtbereich 46 und
in dem seitlichen Stützbereich 48 zwischen
0,2 und 0,5 mm liegt, die Querstabilität der Spitze 40 auf
dem Schaft 32 weiter erhöht werden kann und die mit
der vorliegenden Erfindung verbundenen, erwünschten, minimalen Spitzenaufsetz-
und -ausstoßkräfte beibehalten
werden, wenn zwischen Stützbereich
und Stützzone
eine kleine Presspassung vorgesehen ist. Die kleine Presspassung
wird durch den seitlichen Stützbereich 48 der Spitze 40 geschaffen,
der einen Innendurchmesser aufweist, der geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser
der seitlichen Stützzone 38 des
Schaftes 32, z. B. um weniger als 0,075 mm. Außerdem kann,
wenn der Schaft 32 und die Spitze 40 in der Stützzone 38 und
dem Stützbereich 48 konzentrisch und
im Wesentlichen kreisförmig
sind, eine sekundäre,
luftdichte Abdichtung zwischen Stützzone und Stützbereich
geschaffen werden, ohne dass dies zu einer unerwünschten Erhöhung der Axialkräfte führt, die
erforderlich sind, um die Spitze an dem Schaft zu befestigen und
von diesem auszustoßen.
In den Ausführungsformen
aus 11–14 wird
die kleine Presspassung geschaffen, indem der Axialverjüngung der
Seitenwand der Spitze zwischen Dichtbereich und Dichtzone ein solcher
Verlauf gegeben wird, dass diese sich nach unten hin geringfügig einwärts verjüngt, so
dass die Seitenwand der Spitze die Außenseite des Schaftes in der
Stützzone
in Eingriff nimmt.
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Demgemäß sei die
vorliegende Erfindung in ihrem Umfang nur durch die Begriffe und
Formulierungen in den folgenden Patentansprüchen eingeschränkt.