WO2019096993A1 - Micrometering device for the metering of very small fluid samples - Google Patents

Micrometering device for the metering of very small fluid samples Download PDF

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WO2019096993A1
WO2019096993A1 PCT/EP2018/081558 EP2018081558W WO2019096993A1 WO 2019096993 A1 WO2019096993 A1 WO 2019096993A1 EP 2018081558 W EP2018081558 W EP 2018081558W WO 2019096993 A1 WO2019096993 A1 WO 2019096993A1
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valve
air
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duct section
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Peter Molitor
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Eppendorf Ag
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Publication date
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    • B01L3/0268—Drop counters; Drop formers using pulse dispensing or spraying, eg. inkjet type, piezo actuated ejection of droplets from capillaries

Definitions

  • Microdosing device for dosing smallest fluid samples
  • the invention relates to a microdosing device for the metered dispensing and / or recording of fluid samples in the microvolume range, a system comprising such a microdosage device with a pipetting device and a method for metered dispensing and / or receiving fluid samples in the microvolume range.
  • Pipetting devices are hand-held or automated laboratory devices commonly used in medical, biological, biochemical, chemical and other laboratories. They are used in the laboratory for the precise metering and transport of fluid samples with small volumes and the transfer of such volumes between different sample containers.
  • pipetting devices e.g. liquid samples by means of negative pressure in pipette containers, e.g. Pipette tips, sucked in, stored there, and released from the destination at this point.
  • the hand-held pipetting devices include, for example, hand-held pipettes and repeating pipettes, the latter also being referred to as dispensers.
  • a pipette is understood to mean a device in which a sample to be pipetted can be sucked into a pipetting container, in particular a pipette tip, detachably connected to the pipette by means of a movement device which is assigned to the device and may in particular have a piston.
  • the piston is assigned to the device and between the sample to be pipetted and the end of the piston there is an air cushion as the pressure-transmitting fluid, which is under a negative pressure when the sample is taken into the pipetting container, through which the sample is sucked into the pipetting container and / / or held in the pipetting container.
  • a dispenser is understood to mean a device in which a volume of a liquid fluid to be pipetted can be sucked into a dispensing container connected to the dispenser, in particular a dispenser tip designed according to the syringe principle, by means of a movement device, which may in particular have a piston, wherein the Movement device is at least partially associated with the pipetting container, for example by the piston is arranged in the pipetting container.
  • the piston end is very close to or in contact with the fluid sample to be pipetted, which is why the dispenser is also referred to as a direct displacement pipette.
  • Pipetting with a displacement element designed as a piston are also referred to as Kolbenhubpipetten.
  • Pipette tips or Dispenserspitzen consist in particular of plastic and can be thrown away as a disposable item after use or replaced by a fresh pipette tip or Dispenserspitze. But they can also consist of metal or glass or have such material. Pipette tips or dispenser tips are available in different sizes for dosing in different volume ranges.
  • the amount of sample delivered by a single actuation may correspond to the amount of sample aspirated into the device.
  • a quantity of sample taken corresponding to a plurality of dispensing quantities is released step by step again.
  • single-channel pipetting devices and multichannel pipetting devices wherein single-channel pipetting devices contain only a single dispensing / receiving channel and multichannel pipetting devices comprise a plurality of dispensing / receiving channels which in particular allow the parallel dispensing or picking up of multiple samples.
  • Examples of hand-held electronic pipetting devices or pipettes are the Eppendorf Xplorer® and the Eppendorf Xplorer® plus of Eppendorf AG, Germany, Hamburg;
  • Examples of hand-held electronic dispensers are the Multipette® E3 and Multipette® E3x from Eppendorf AG, Germany, Hamburg.
  • These devices like the pipetting device according to the present invention, are operated electrically by moving the pipetting movable part, in particular the piston, through an electric motor device of the pipetting device.
  • An example of a pipetting machine is the Eppendorf epMotion®. Pipetting devices are used for dosing and thus the precise measurement of liquid volumes.
  • US 9221046B2 describes a pipette having a longitudinally segmented cylinder piston with segments of different diameters and a piston with correspondingly distributed in the longitudinal direction, differently dimensioned closure elements. Due to the different diameters, larger volumes and smaller volumes can be dispensed or picked up precisely. By means of a suitable embodiment, a drop adhering to the outlet opening is delivered jerkily from this pipette by means of a "blowout".
  • EP01 19573A1 describes a dispenser for dispensing microdrops of a laboratory sample.
  • a sample chamber formed as an elastic tube with a nearby outlet opening has an elastic portion which is compressed by the actuation of an electromagnetically driven anchor bolt.
  • the resulting pressure wave acts in the direction of the outlet opening and causes the ejection of a microdrop.
  • EP0876219B1 describes a pipetting apparatus which has a dispenser tip and, connected to it via a fluid channel, a valved piston displacer by means of which larger volumes can be pipetted by the pipette tip, ie can be aspirated and dispensed. Between the pipette tip and the piston displacer, a pulse generator is arranged which impulses the liquid in the fluid channel to eject a small drop of defined size from the pipette tip.
  • the pulse generator may be an electromagnetic actuator or a piezo element or may have an ultrasonic or heat source.
  • EP1206966B1 describes a pipetting apparatus for selectively delivering larger volumes or smallest volumes for life science.
  • a cylinder piston closure which can be moved by means of a spindle drive is provided in a piston chamber with a pulse generator, in this case a piezoelectric element.
  • the pulse generator is arranged as part of the cylinder piston between the cylinder piston closure and the piston rod. Drops in the sub-microliter range are delivered precisely metered by the piezo-controlled, abrupt stopping of the piston.
  • EP1654068B1 describes a microdosing device with an elastically deformable fluid line which connects a liquid reservoir with an outlet opening of the fluid line.
  • a displacer driven by a piezoactuator is arranged, whose longitudinal position and its stroke when pressing on the fluid line defines the liquid volume to be dispensed. This exits the outlet opening as a free-flowing droplet or as a free-flowing jet.
  • WO2013167594A1 describes a dispensing arrangement for dispensing laboratory samples, having a piston displacer serving as a liquid reservoir for dispensing and receiving liquid by means of a piston movement.
  • a tapered outlet region of the piston chamber can be excited by a pulse generator, which can be driven piezoelectrically, pneumatically, electromagnetically or by means of ultrasound. Taking into account the liquid meniscus measured at the outlet opening by means of a sensor, a drop of the desired volume is released from the outlet opening by means of a pulse.
  • WO 99/37400 A1 describes a metering device for the nanoliter to microliter range with a pressure chamber which is delimited by a displacer, which can be filled via an inlet connected to a liquid reservoir and which can be emptied via an outlet, wherein the volume of liquid delivered in the free jet is metered via the voltage-controlled displacement of the displacer by a piezoelectric actuator.
  • a similar doser also uses WO 99/10099 A1.
  • DE 197 37 173 B4 describes producing such a free-jet dispenser as a microsystem-technical metering element.
  • EP 1 488 106 B1 describes a metering module with metering chamber, actuator and actuator membrane, which impinges on a chamber wall in order to generate a free jet.
  • DE 100 22 398 B4 describes a microdosing system in which a free jet is generated by means of a gas pressure surge and the size of the dispensed dosing volume is regulated by gas pressure measurements.
  • the object of the present invention is to provide an efficiently designed microdosing device for precisely generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet.
  • the invention achieves this object by the microdosing device according to claim 1, the system according to claim 9 and the method according to claim 12.
  • Preferred embodiments are in particular subject matters of the subclaims.
  • the microdosing device for generating a Mikrodosiervolumens a fluid sample in the form of a micro free jet, comprises: * an air channel which has a passage opening connecting a first air duct section and a second air passage section of the air passage, wherein the first air channel portion having a first opening and the second air channel portion having a second opening, with a fluid sample containing fluid transfer container is connectable * a controllable first valve which is adapted to the passage opening of the air passage selectively, be kept closed in a first state to a positive pressure in the first air channel portion relative to the second Allow air duct section, or to keep open in a second state, and to allow a sudden change from the first to the second state, * wherein the micro-metering device, in particular an electrical control device, esp in particular an electrical control device of the microdosing, is adapted to control the first valve so that the passage opening is opened by the first valve abruptly, whereby, due to the pressure equalization between the first and second air duct
  • the sudden opening of the first valve causes a very efficient acceleration of a micro air volume from the first air duct section out into the second air duct section, which in turn causes efficient acceleration of a micro air volume from the second air duct section and the second opening.
  • the microdosing is particularly suitable for producing a Mikrofludijets, in this case also referred to as microfire jet.
  • a microfree jet is a microliter or sub-microliter volume of fluid that leaves the outlet port of a fluid channel or fluid transfer container as a jet or free drop, also referred to as jet.
  • the metering is in particular independent of the process of producing an overpressure in the first air duct section. Since the volume of micro air emerging from the first air duct section determines the size of the dispensed microdosage volume, a precise metering in the microvolume range is possible.
  • the micro air volume moved in the microdosing device is preferably in the submicroliters range, that is to say smaller than 1 ml. Accordingly, the microdosage volume delivered by the microdosing device is in the submicroliter range.
  • the microdosage volume generated as a free jet by a microdosing device preferably corresponds substantially to the volume of microfluid, in particular displaced by a displacement element; in particular, the microdosage volume is identical in magnitude to the micro air volume.
  • a total release volume formed by the successive dispensed microdosage volumes may also be greater than 1 ml, and is preferably in the range from 0.1 ml to 10.0 ml, in particular 0.1 ml to 5.0 ml, in particular 0.1 mI to 2.5 mI, especially 0.1 mI to 1.5 mI.
  • an air chamber which is connectable or connected to the first opening
  • a displacement element which is arranged to displace a microvolume (V) of the air chamber
  • a drive to which To drive deflection of the displacement element, whereby in the first state of the first valve, the pressure in the first air duct section can be generated.
  • These components can Part of the microdosing, or may be components of an external device, in particular an external pipetting, the working cone with the first opening is airtight connectable, so that by means of the external pipetting device in the first state of the first valve, the pressure in the first air duct section can be generated. Since the micro air volume (V) is determined precisely by the volume determined by the displacement element, in particular no pressure sensors in the air chamber or in the first air duct section are required in order to achieve precise metering.
  • the pipetting device is preferably an air cushion pipette operating according to the air cushion principle, in particular a commercially available pipette or a dispenser, which can be adapted in particular to control the microdosing device. Examples of such commercially available pipetting devices have been mentioned above.
  • the control of the microdosing device can also be arranged at least partially or completely in the microdosing device, and can in particular be an electrical control device of the microdosing device. By combining it with a conventional pipette, the micro-dosing device can be used very flexibly.
  • the microdosing is designed as a module.
  • the microdosing device preferably has a connection section which can be connected to and detachable from a corresponding connection section of an external pipetting device.
  • This connection is preferably a positive plug and clamp connection, in which in particular the working cone of a pipetting device is inserted into a suitable receiving portion of the microdosing.
  • the control of the microdosing device can take place via a data exchange of the microdosing device with the pipetting device, in particular via a wired or wireless connection with the pipetting device.
  • the displacement element is preferably a piston element, in particular a piston element of a commercially available pipetting device.
  • the piston element is preferably designed to displace micro-air volumes and macro-air volumes.
  • a macro air volume is greater than the micro air volume.
  • a macro air volume is in particular such an air volume which can typically be pipetted with conventional commercially available pipetting devices. Accordingly, a macro air volume can in particular be an air volume greater than 2 mI, in particular less than or equal to 10mI, 50 mI, 10OmI, 300 mI or 500 mI.
  • the micro-dosing device or a pipetting device, which has the displacement element, in particular the piston element, or the displacement element is adapted to displace the micro-air volume (V) in the first state of the first valve and in particular also configured to be in the second state of the first Valve to displace a macro air volume.
  • V micro-air volume
  • the microdosing device, and / or a pipetting device which can be connected to the first opening is preferably designed so that the volume of compressed air to be displaced by the displacement element can be selected by the user, in particular by means of a user interface device which may be part of the microdosing device or the pipetting device.
  • the first opening of the microdosing device is preferably connectable to the working cone of a pipetting device so that the desired overpressure can be set in the first air duct section by means of the displacement element or by means of the pipetting device.
  • the micro-metering device may have an opening portion which includes the first opening.
  • the opening portion of the micro-metering device may be hermetically connectable to an opening portion of the air chamber, e.g. by a positive clamping connection.
  • the opening portion of the air chamber may be a working cone of the pipetting device.
  • the first air duct section has a closable third opening which connects the first air duct section to the outside space, and in particular a controllable second valve, which is arranged to open the third opening of the third
  • a controllable second valve which is arranged to open the third opening of the third
  • the first valve in particular also the second valve or at least one further valve of the microdosing device or of the system preferably has in each case preferably: a valve body on which a valve tappet is movably arranged, which is deflectable by means of at least one FGL actuator of the valve.
  • the valve stem is biased in its first state, in particular by a spring element and closes a passage opening, and is in particular deflected in its second state, whereby the passage opening is opened. Due to the electrical activation of the FGL actuator, the valve is controllable. Further details of the valve according to the invention can be derived from the description of the microdosing device according to the invention and its preferred embodiments.
  • the first valve preferably has an electrically controllable actuator.
  • the valve, in particular the actuator is preferably set up for a sudden opening.
  • the actuator is preferably a shape memory alloy (FGL) actuator.
  • the actuator may also be a piezoelectric element, or an electromagnetically operating actuator.
  • the invention is based in particular on results of measurements on valves with actuators of a shape memory alloy, which show that very precisely and efficiently a valve opening and thus a sample discharge according to the free jet principle can be realized with very compact shape memory material actuators.
  • Shape memory alloys show a special behavior known as the shape memory effect due to a phase transition. Below a material-specific critical temperature, an FGL component is in particular in the martensite phase and can already be (apparently) plastically by low forces deform. However, heating up to another critical temperature will restore the original part shape within milliseconds, and the material behaves like a normal metal according to Hooke's Law.
  • the inventors have found that such shape memory material components are particularly suitable for generating a microfluid free jet due to the force-deflection characteristics that can be realized with these components. Preferred embodiments of a shape memory material actuator will be described below.
  • An actuator of the microdosing device is preferably a shape memory material actuator, but may also be an actuator without shape memory material, in particular an electromechanical actuator or a piezoelectric actuator.
  • actuators are used in the context of this invention, which at least partially or completely consist of or have a shape memory alloy (SMA). These are referred to as shape memory material actuators or FGL actuators.
  • SMA shape memory alloy
  • FGL actuators have a particularly high energy density, so that already very compact actuators are suitable for driving the microdosage devices defined here.
  • Another key advantage of using the FGL actuators, particularly over piezoelectric actuators, is that the operation of the FGL actuators can be done at a relatively low voltage, more particularly between 3V and 10V, especially at 5V.
  • the required voltage sources are compact so that the present microdosing devices are particularly suitable for the construction of portable metering devices, in particular pipetting devices and microdosing devices.
  • the shape memory material actuator comprises or consists of a NiTi alloy.
  • a NiTi alloy also known under the trade name Nitinol
  • Nitinol is particularly biocompatible. In particular, it allows changes in shape of up to 8%, which in particular efficiently produce microdosage chambers with displaced micro volumes in the microliter range and in the submicroliter range to let.
  • the shape memory material actuator particularly preferably has an alloy based on TiNiCu. This is particularly fatigue-resistant in comparison to the conventional NiTi and therefore guarantees, in particular, a high reliability of the microdosing over its entire life.
  • the phase transition or switching temperatures of the material can be determined by means of differential scanning calorimetry (DSC), see FIG. 6.
  • the phase transition important for the actuation appears as a peak. It can be seen from the diagram that for switching a NiTi actuator, the temperature must be raised to at least 67 ° C; for the reset, the temperature must be lowered again to a maximum of 50 ° C.
  • film-based FGL actuators are used.
  • the FGL is present as a film which has a thickness between 5 pm and 50 pm, in particular between 10 and 30 pm, in particular approximately 20 pm. This allows adjusting the forces and travel paths by adjusting the two-dimensional geometry.
  • the surface which is very large in relation to the volume, is retained and ensures rapid heat release or resetting of the FGL actuator in the de-energized state.
  • a FGL actuator in elongated form in particular wire-shaped or web-shaped, and in particular made of a FGL film is formed.
  • the ends of the FGL actuator are electrically contacted.
  • An SMA actuator is preferably arranged on the valve such that the load on the SMA actuator is essentially a tensile load.
  • An elongated FGL actuator can be arranged in a non-activated form in a curved geometry.
  • the activated shape may have a less curved shape or a straight orientation, in particular the elongated FGL actuator may have a shorter length in the activated, straight shape than in the non-activated, more curved shape.
  • the contraction upon activation may exert a force on a valve lifter when the ends of the actuator are anchored to a base body of the valve.
  • the FGL actuator is preferably arranged so that the radius of curvature is always at least 50 times the diameter perpendicular to the longitudinal direction of the elongate actuator in order to reduce the risk of damaging the FGL.
  • the diameter or the required web width of a web-shaped FGL actuator is preferably adapted to the need for actuating force, which is required for the realization of the desired valve. Force-deflection characteristics of FGL actuators can be determined by means of a tensile tester.
  • the FGL actuator may in particular also be shaped as a spring, in particular helical, spiral or spiral spring. Such a spring may be relaxed in the first position and tensioned in the second position.
  • the valve may have more than one actuator, in particular at least two actuators which are arranged for the deflection of a valve tappet.
  • two FGL actuators can be used.
  • the deflection of the valve stem is effected from a first to a second position, wherein the valve is open in the second position, that opens the passage opening of the air channel.
  • the valve has an actuator device.
  • This preferably has one or more actuators, in particular FGL actuators, in particular exactly two actuators or more than two actuators, in particular FGL actuators.
  • two elongated, in particular web-shaped, preferably film-based, FGL actuators are arranged one above the other, ie cross-shaped or X-shaped, above a displacement element.
  • the intersection of the FGL actuators is preferably located centrally above a support portion of the valve lifter, with the ends of the FGL actuators anchored to a base body of the valve.
  • the FGL actuators are preferably stretched above the support point in such a way that the intersection always forms a point of curvature of the FGL actuator.
  • a shell-like region of the actuator arrangement is formed, through which the actuator arrangement centers above the contact point and down along the linear direction of movement between the first and second position directed force generated, which has a correspondingly precise deflection of the valve stem result.
  • connection member may also be designed such that the FGL actuators do not contact each other mechanically and in particular are electrically insulated from one another by the connection member.
  • the actuator device has at least one coupling element in order to connect the at least one actuator, in particular the FGL actuator, with the valve tappet and / or a base body of the valve.
  • the valve tappet is in particular arranged to be movable relative to the base body.
  • An FGL actuator may be connected to the base body by one or more connecting means.
  • an FGL actuator may be coupled to the base body or to a component attached to the base body, e.g. a board of the valve, be materially connected, in particular soldered.
  • An FGL actuator is preferably electrically isolated from the base body and preferably from other FGL actuators and other parts, while preferably its ends are connected to a voltage source.
  • the linear movement of the valve stem is preferably carried out so that the valve stem is moved in its deflection from the first to the second position away from the passage opening, and vice versa, is moved in the return movement in the first position in the direction of the passage opening.
  • the microdosing device or a valve in particular the first and / or the second valve, preferably has a base body.
  • the base body is preferably formed integrally, but can also be designed in several parts. It is preferably made of metal, plastic or ceramic, or has such materials.
  • the base body forms in particular the air duct. It is also preferred that the air duct is formed by at least one tubular component.
  • the valve has a diaphragm, which is deflected in the first state of the valve by a valve stem and the passage opening closes airtight, to allow the formation of the overpressure in the first air duct section relative to the second air duct section.
  • the base body may have a first part that forms the air channel.
  • a second part of the base body may be provided to be connected to the first part.
  • the second part can have at least one guide section or guide channel in order to guide the valve tappet during the deflection and to align it with a longitudinal direction of the valve of the valve.
  • the membrane can be arranged, in particular fastened, in particular be fastened by clamping between the first and second part.
  • the membrane can seal the passage opening and / or can serve in particular as a return element for returning the valve tappet from the second to the first position.
  • the second part, or a board arranged thereon can in particular be designed as a carrier for the actuator device or the one or more actuators, which can be anchored in particular to the second part or the circuit board.
  • valve stem is in particular a piston-like part.
  • shape of the valve stem is preferably adapted to its deflection by means of a guide device.
  • valve tappet may be cylindrical or have one or more cylindrical sections.
  • the valve has a membrane.
  • a membrane serving as a sealing element and / or as a restoring element is preferably made of polydimethylsiloxane (PDMS), in particular flexible or highly flexible PDMS or silicone, or comprises such material.
  • PDMS polydimethylsiloxane
  • the thickness of the membrane is preferably between 50 pm and 500 pm, preferably between 100 pm and 300 pm, preferably between 150 pm and 250 pm, and preferably about 200 pm.
  • the valve has a restoring element, which is elastically deformable and which is tensioned by the deflection, and with which a restoring force is exerted on the valve stem, in order to reset this after the deflection from the first position to the second position.
  • a membrane serving as a sealing element can also serve as a restoring element.
  • the return element is a spring which is arranged between the base body and the valve tappet.
  • the restoring element may be an actuator, which is actuated in particular by the electrical control device.
  • An elastically deformable component in particular a spring, can also be arranged as a drive element of the deflection, which is tensioned by the actuator - in this case, the passage opening, for example, by releasing a latching connection, which holds the valve stem in the first position opened.
  • the microdosing on the third opening which may be formed in particular as a closable bypass channel, which connects the first air duct section with the outside space in the open state, in particular the ambient pressure.
  • the third opening or the bypass channel is used, in particular, for ventilating the first air duct section or for equalizing the pressure of the first air duct section that is fluidically connected to or selectively connectable to the bypass duct.
  • the microdosing device is set up for the repeated delivery of a microdosage volume of a fluid sample.
  • the microdosing device can thus be operated as a dispensing device or in a dispensing mode.
  • a system according to the invention has, in particular, a microdosing device according to the invention and a pipetting device, and / or at least one device, by means of the control device of which the microdosing device, in particular its first and / or second valve, can be controlled.
  • a microdosage device is also adapted to receive a fluid sample by sucking a fluid sample through the displacement element into the fluid transfer container in the second state of the first valve and, if provided: in the first state of the second valve.
  • the microdosing device is preferably designed as a pipetting device, with which a fluid sample can be sucked in and discharged via the fluid channel.
  • the suction can be done by a (conventional) piston element of a hand-held Kolbenhubpipette or air cushion pipette or a dispenser.
  • the micro-metering device is designed so that the displacement element optionally sucks or displaces a micro air volume.
  • a pipetting device in particular a commercial pipetting device provided with the microdosing device for metering and dispensing fluid samples, preferably comprises: a piston chamber, which forms the air chamber, a movable piston arranged in the piston chamber, which forms the displacement element, for sucking Air in the piston chamber and for the delivery of air from the piston chamber, a pipetting channel that connects the piston chamber with the outside of the piston chamber.
  • such a pipetting device is provided with a microdosing device according to the invention, the first opening of which can be connected to the piston chamber and / or the pipetting channel, so that a microdosage volume of a fluid sample can be metered from the pipetting device by means of the microdosing device and delivered to the outside via the pipetting channel in the form of a microfluid jet is.
  • the invention further relates to a pipetting device with a microdosing device according to the invention for generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet, comprising an air chamber, a displacement element, in particular a piston element, for deflection between a first position and a second position and for displacing a microvolume of the air chamber is set, wherein the pipetting preferably a Shape memory material actuator which is arranged in particular for deflecting the displacement element, wherein the pipetting device comprises a piston drive, in particular an electric motor which drives the piston element, wherein the air chamber forms the piston chamber for receiving the piston movably disposed within the piston chamber, so in particular Piston and piston chamber in the manner of a conventional Kolbenhubpipette or working in the manner of a conventional dispenser.
  • a first valve operated by means of an FGL actuator allows, in combination with the piston drive, optionally a very precise microdosing or a dosing of larger volumes, as a result of which the pipetting device can be used flexibly.
  • the pipetting device may be configured to perform microvolume uptake and / or compression by means of a movement of the displacement element caused by the FGL actuator.
  • the recording and / or compression of the microvolumes can be effected by the piston drive.
  • the pipetting of in particular larger volumes can be effected by means of the piston drive, that is to say be effected by conventional means.
  • the displacement element may in particular be driven by means of a FGL actuator, which may be part of the microdosing device or the pipetting device.
  • microdosing device A typical use of the microdosing device is in the dosing of biological, biochemical, chemical or medical fluid samples in a laboratory.
  • the microdosing device, or the microdosing device or the pipetting device, which has a microdosing device, or an external device preferably has an electrical control device, around which at least one controllable valve, in particular the first and / or the second valve, in particular an actuator or Actuator control. It is in particular an internal control device, if it is not arranged in an external device.
  • the microdosing device preferably has an electrical voltage source, In particular, a battery to supply the actuator or the FGL actuator with energy. Alternatively or additionally, an interface for connecting an external voltage source is provided.
  • An external device or external part is not part of the microdosing device and can in particular be connected or connected to the microdosage device by means of a connection device, eg cable.
  • the control device is preferably configured to control the at least one valve, in particular to effect the deflection of the valve stem from the first position to the second position. It may additionally or alternatively also be set up to control the deflection of the displacement element.
  • the control device is preferably configured so that the actuator exerts a force on the valve tappet, which moves it from the first position to the second position, in particular abruptly accelerates.
  • the actuator is controlled by the control device so that the actuator exerts a force on the valve stem even after the valve stem has reached the second position, in particular abuts against a stop of the base body of the valve.
  • the micro-metering device may comprise an elastically deformable drive element, in particular a spring, which is tensioned by the actuator, in particular elastically compressed or expanded, and which by its relaxation exerts the force on the valve tappet, the latter from the first position to the second position emotional.
  • the valve stem can be releasably fixed in the second position by a fixing device, in particular be locked. It can be provided a triggering device to release the fixation, so that the drive element performs the deflection.
  • the control device is in particular configured to control the deflection of a FGL actuator from the first to the second position.
  • the FGL actuator is electrically contacted, in particular at a first contact point and a second contact point, in order to flow through an electric current between the two contact points of a current that heats the FGL actuator to the shape memory effect (FGE) the Cause deflection.
  • the control device is in particular configured to control the time course and the Amplitude of the voltage applied to the FGL actuator.
  • the control device is adapted to activate the FGL actuator with a very short voltage or current pulse.
  • the time period is preferably a few 10 milliseconds (ms), preferably 1 ms to 100 ms, preferably 10 ms to 100 ms, in particular about 10 ms.
  • ms milliseconds
  • the control device is adapted to control the FGL actuator, in particular after a period of activation, by a pulse width modulation. This is done in particular so that the effective voltage is throttled so far that the switching position or the mechanical stress of the FGL actuator can be kept straight.
  • the control device has in particular an electronic data processing device, in particular a CPU or a microprocessor.
  • the control device can be program-controlled, in particular by means of program parameters, which determine the point in time and / or the type of deflection of the displacement element of the microdosing device. But it is also possible to realize the control of the microdosing by analog-electronic control of the actuator, ie without a data processing device.
  • the microdosing device or the microdosing device or the pipetting device, which has a microdosing device, or an external device, preferably has a user interface device, with which a user controls the electrical control device, in particular by using the program parameters used to control the microdosage device, in particular generating control signals influenced by user input or by, in the case of an analog electronic control, the dispensing or recording of the desired microdosage volume and the generation of the control signals that activate and / or deactivate the actuator of the at least one valve.
  • the user interface device may each have one or more electrical switches, buttons and / or sensors, and may have output devices, eg displays, in particular a display.
  • the control device may have at least one electrical interface with which control signals can be exchanged, in particular being exchangeable with an external device.
  • the control device can be set up to be controlled by an external device, so that the control device, and thus the microdosing device or microdosing device, can be controlled by an external device by means of the electrical interface.
  • the control device can in particular be designed as a control interface between the control device of an external device and at least one microdosing device or a microdosing device.
  • the control interface may include an electrical circuit for applying voltage to at least one actuator of the at least one microdosing device in response to a control signal.
  • the control signal can be generated by an internal control device or an external control device.
  • the voltage supply for at least one actuator from at least one microdosing device can be integrated in the control device or can be realized via the at least one electrical interface.
  • the electrical interface can be designed for transmitting and / or receiving electrical signals, in particular data.
  • the signal exchange can take place via a wired or wireless connection device.
  • an internal control device via an electrical interface with the device, in particular the pipetting device, by means of a connecting device connectable or temporarily connected, this device is referred to as an external device.
  • the external device may be a pipetting device, in particular a portable, hand-held pipetting device or a hand-held pipette or a hand-held dispenser. If the microdosing device is integrated in a piecing device, the pipetting device is not referred to as an external device.
  • the microdosing device or a microdosing device can be an autonomous or autonomously operating device, which in principle can be operated without the intermediary of an external device.
  • the microdosing device can also be designed as a module of an external device.
  • the module is an optional accessory that can be connected to the external device. The module can do this characterized in that it is - in particular exclusively - operated in dependence on the external device or is operable, in particular by a control device of the external device controls the deflection of at least one displacement element of at least one microdosing.
  • the invention further relates to a system for generating a Mikrodosiervolumens a fluid sample in the form of a microfine jet, comprising a microdosing device according to the invention and a conventional or designed to control the microdosing device pipetting device, which serves to generate this pressure in the first air duct section, wherein the first opening of the Micro-metering device is connectable or connected to an air chamber of the pipetting device, which further comprises: a displacement element, which is adapted to displace a microvolume (V) of the air chamber, and a drive to drive the deflection of the displacement element, whereby in the first state of the first valve the pressure in the first air duct section can be generated.
  • a displacement element which is adapted to displace a microvolume (V) of the air chamber
  • V microvolume
  • the invention further relates to a method for generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet by means of a microdosing device, in particular a microdosing device according to the invention, comprising the step (discharge step) that the first valve is controlled so that the passage opening is opened abruptly by means of the first valve whereby, due to the pressure equalization between the first and second air duct section, a micro air volume exits the first air duct section and a micro air volume (V) leaves the air duct through the second opening so that a microdosage volume determined by the microvolume (V) is maintained in the fluid transfer container Fluid sample is displaced and is discharged in the form of a microfine jet from the fluid transfer container in the outer space.
  • the method comprises the steps that by means of a pipetting device which has an air chamber connected to the first opening and a displacement element, by displacing a microvolume (V) in the Air pressure in the first air duct section is made before the discharge step takes place.
  • a pipetting device which has an air chamber connected to the first opening and a displacement element, by displacing a microvolume (V) in the Air pressure in the first air duct section is made before the discharge step takes place.
  • the method may include steps that implement a pipetting operation, i. the delivery of the previously recorded volume of the fluid sample.
  • the method may also include steps that implement a dispensing operation, i. the stepwise delivery of partial volumes of the previously collected volume of the fluid sample.
  • the method according to the invention is applied in particular to a microdosing device which has an air chamber which is connected to the first opening, a displacement element which is arranged to displace a microvolume (V) of the air chamber, and a drive to drive the displacement of the displacement element, whereby in the first state of the first valve, the overpressure in the first air duct section can be generated.
  • a microdosing device which has an air chamber which is connected to the first opening, a displacement element which is arranged to displace a microvolume (V) of the air chamber, and a drive to drive the displacement of the displacement element, whereby in the first state of the first valve, the overpressure in the first air duct section can be generated.
  • the method is particularly applied to a microdosing device in which the first air duct section has a closable third opening which connects the first air duct section to the outside space and a controllable second valve which is adapted to selectively open the third opening of the air duct, in a first state, to keep it closed to allow the overpressure in the first air duct section opposite the second air duct section, or to keep it open in a second state, and a change from the first to the second state to effect pressure equalization in the first air duct section to allow for outdoor space.
  • the method preferably comprises the step of taking a fluid sample, in particular a liquid, eg a liquid laboratory sample, into a fluid transfer container, eg a pipette tip, connected to the microdosing device.
  • a fluid sample in particular a liquid, eg a liquid laboratory sample
  • the displacement element in particular a piston element
  • the method for receiving the fluid sample by suction preferably provides at least one of the following steps, in particular in this order: that the first and second valves are closed and the displacement element is in the first position; that the first valve is opened to open the passage opening; that the displacement element is moved from the first to the second position; that the first valve and thus the passage opening is closed again.
  • the fluid sample in particular with the desired microdosage volume, is now in the fluid transfer container and is held there by the slight negative pressure / capillary forces in the usual way.
  • the method for dispensing the fluid sample preferably provides at least one of the following steps, in particular in this order: that the displacement element is in the second position and that the first and the second valve are closed (initial situation); that the displacement element is moved to the first position while the valves are closed, whereby the volume of air in the air chamber and in the first air duct section is compressed, so that the overpressure is generated; that the first valve is opened after the displacement element has reached the first position - this immediately relaxes the compressed air and accelerates the fluid sample at maximum speed.
  • the fluid sample having the desired microdosage volume exits the opening of the fluid transfer container.
  • the step is also provided to perform an overstroke of the displacement element in order to perform a "blowout" of the entire remainder of the fluid sample possibly still contained in the fluid transfer container.
  • This is done by further moving (in the same direction of the displacement element that corresponds to the direction of movement from the second to the first position) of the displacement element from the first position to a further delivery position.
  • the overstroke can also be performed the same with the first-mentioned discharge step, this causes a further (higher) acceleration of the fluid sample.
  • the method for receiving the fluid sample by aspiration preferably provides at least one of the following steps, in particular in this order: that the first and second valves are closed and the displacement element is in the first position; that the first valve is opened to open the passage opening; that the displacement element is moved from the first to the second position; that the first valve and thus the passage opening is closed again.
  • the fluid sample in particular with the desired total volume, is now in the fluid transfer container and is held there by the slight negative pressure / capillary forces in the usual way.
  • the total volume includes the dosing volume and an additional volume.
  • a residual volume or a discarding volume can be provided.
  • the residual volume remains in the fluid transfer container after delivery of all partial volumes and ensures that at least the desired partial volume is available even for the last delivery step.
  • the discard stroke serves to generate a first delivery amount according to the discard stroke prior to delivery of the partial volumes according to the free-jet principle, so that the meniscus of the fluid sample at the delivery port of the fluid transfer container is defined in the same way for all subsequent steps - the meniscus can be used at the first delivery, so directly after shooting, be different than after a demolition according to free jet principle.
  • the second position of the displacement element is adjusted in particular to the total volume accordingly.
  • the method for dispensing the fluid sample without providing a knockout preferably provides at least one of the following steps, particularly in this order: that the displacer is in the second position and the first and second valves are closed (initial situation); that the second valve is opened, whereby the first air duct section is ventilated; that the displacement element is moved by the distance of the additional stroke in the direction of the first position, whereby in particular a possible clearance of the drive mechanism is compensated, which drives the displacement element; that the second valve is closed again; that the displacement element is moved by the distance of a desired part volume in the direction of the first position to an intermediate position, thereby the air in the first air duct section is compressed, so that the overpressure is generated; that the first one Valve is opened after the displacement element has reached the intermediate position - this relaxes the compressed air immediately and accelerates the fluid sample at maximum speed, the fluid sample with the desired microdosing partial volume exits from the opening of the fluid transfer container and the first valve is then again closed (delivery of
  • the step is also provided to carry out an overstroke of the displacement element in order to carry out a "blowout" of the entire residual volume of the fluid sample possibly still contained in the fluid transfer container.
  • This is done by further moving (in the same direction of the displacement element that corresponds to the direction of movement from the second to the first position) of the displacement element from the first position to a further delivery position.
  • the method for dispensing the fluid sample preferably provides at least one of the following steps, particularly in this order: the displacement element is in the second position and the first and second valves are closed (initial situation); that the displacement element is moved by the distance of the additional stroke in the direction of the first position to an initial position, thereby the air in the first air duct section is compressed, so that the overpressure is generated, and in particular a possible play of the drive mechanism is compensated, which is the displacement element drives; that the first valve is opened after the displacement element has reached the starting position - thereby the compressed air immediately relaxes and accelerates the fluid sample at maximum speed, the displacement stroke exits the fluid transfer container according to the free-jet principle and the meniscus at its delivery port is defined; that the first valve is closed again; that the displacement element is moved by the distance of a desired part volume in the direction of the first position to an intermediate position, thereby the air in the first air duct section is compressed, so that the overpressure is generated; that the first valve is opened after the displacement element has
  • the step is also provided to carry out an overstroke of the displacement element in order to carry out the dispensing of the last partial volume with the same blowout of a possible small remaining volume of the fluid sample possibly still contained in the fluid transfer container.
  • This is done by further moving (in the same direction of the displacement element that corresponds to the direction of movement from the second to the first position) of the displacement element from the first position to a further delivery position.
  • FIG. 1 a shows a lateral cross-sectional view of a microdosing device according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment.
  • FIG. 1 b shows, in a lateral cross-sectional view, an inventive valve of a microdosing device as shown in FIG. 1 a, according to a first exemplary embodiment.
  • FIG. 1 c shows in a lateral cross-sectional view a second valve of the microdosing device from FIG. 1 a.
  • Fig. 2 shows in a perspective view of the microdosing of Fig. 1 a.
  • FIG. 3a shows a schematic perspective view of an actuator device based on a shape memory alloy in a first non-deflected position.
  • FIG. 3b shows the actuator device of FIG. 3a in a second deflected position.
  • 3c shows a schematic perspective view of a further actuator device based on a shape memory alloy in a first non-deflected position.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of an actuator device of FIG. 3a with connected electrical control device.
  • Fig. 5 shows a typical force-deflection characteristic of a FGL actuator used with a microdosing device according to the invention in one embodiment.
  • DSC differential scanning calorimetry
  • the microdosing device 1 serves to generate a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet. It has an air duct 10, which has a passage opening 14, which has a first air duct section 11 and a second air duct section 12 of the air duct 10 combines.
  • the first air duct section 1 1 has a first opening 21 and the second air duct section 12 has a second opening 22, with which the fluid transfer container 99 containing the fluid sample is connected by a plug-in clamping connection.
  • the microdosing device 1 has a controllable first valve 31, which is adapted to keep the passage opening 14 of the air duct optionally, in a first state, closed in order to allow an overpressure in the first air duct section 11 relative to the second air duct section 12, or in a second state, to keep it open, and to allow a sudden change from the first to the second state.
  • the microdosing device 1 and the pipetting device form a system according to the invention for generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet.
  • the microdosing device has a cable connection 50, which is in particular part of the system 400, by which the valves 31, 32 are respectively connected to the electrical control device of the pipetting device and are thereby controllable by the latter.
  • the pipetting device (not completely shown) has an air chamber connected to the first opening via the connecting portion 200, a displacer configured to displace a microvolume (V) of the air chamber, and a driver to drive the displacement of the displacer to drive, whereby in the first state of the first valve, the pressure in the first air duct section can be generated.
  • the microvolume V is here identical to the microdosage volume to be dispensed during a pipetting procedure.
  • the displacement element of the pipetting device is a piston element adapted for user-selectable displacement of microvolumes and volumes greater than 2mI, and more preferably less than or equal to 100mL.
  • the first opening 21 of the microdosing device 1 can be connected to the working cone 201 of the pipetting device via a plug / clamp connection, so that the desired overpressure can be set in the first air duct section 11 by means of the pipetting device.
  • the microdosing device 1 can also have its own control device (not shown), which operates independently of the control device of the pipetting device. In this case, the overpressure in the first air duct section is generated by the pipetting device, and in particular the user manually triggers the opening of the first valve.
  • the microdosing device can also be designed (not shown) such that it also has the air chamber, eg a piston chamber, the displacement element, eg a piston element, and / or the drive with optional drive mechanism.
  • the microdosing device becomes an independent device which can be operated completely independently of an external pipetting device.
  • the electrical control device in particular an electrical control device of the microdosing, is adapted to control the first valve 31 so that the passage opening 14 is opened abruptly by means of the first valve 31, whereby, due to the pressure equalization between the first 1 1 and second air duct section 12, a micro air volume exits from the first air duct section 11 and a micro air volume (V) leaves the air duct 10 through the second opening 22, so that a microdosage volume of the fluid sample held in the fluid transfer container 99 is displaced by the micro air volume (V) and is in the form of a Microfree jet is discharged from the fluid transfer container in the outer space.
  • the first air duct section 11 has a closable third opening 23 which connects the first air duct section 11 to the outside space, and a controllable second valve 32 which is adapted to selectively open the third opening 23 of the air duct 10 in a first state. to keep closed to allow the overpressure in the first air duct section 1 1 relative to the second air duct section, or to keep open in a second state, as well as a change from the first to the second state to bring about a pressure equalization in the first air duct section 1 1 to the outside to enable.
  • the air duct 10 with its first 11 and second 12 sections is formed in a base body 40 of the microdosing device 1.
  • the air duct 10 extends substantially linear.
  • To realize the passage opening 14 of the air duct is closed at the level of the passage opening 14 by a wall.
  • a bypass section 15, which is formed in the base body the first portion 1 1 of the air duct 10 is deflected to the passage opening 14, from there begins the second air passage section 12, which merges via the bypass section 15 again in the linearly extending region.
  • the passage opening 14 can be closed by the membrane 49 when it is pressed against the passage opening 14 by the valve tappet of the first valve 31, which is tensioned by the spring.
  • To open the valve the valve stem is deflected abruptly by means of an actuator device.
  • the actuator device has two crosswise arranged SMA actuators whose crossing point is centered above the valve stem. The activation of these actuators by means of the current controlled by the controller is maintained as long as the opening of the valve is desired or predetermined
  • the frame Y marks the second valve 32, which serves to ventilate the first air duct section.
  • a cross section through a valve is shown, which is constructed as the second valve 32.
  • the valves 31, 32 each have, as exemplified by the valve 31 in Fig. 1 b, a valve stem 36a, a valve spring 36b and a clamping pin 36d.
  • the clamp pin is for preload adjustment of the shape memory material actuator 36e.
  • the valve guide 37 is fitted into a recess of the base body, between the valve guide 37 and the base body, the membrane 49 (36 c) is clamped, which is used as a closure element for both valves 31, 32.
  • a cover part 42 covers the valve guide 37 above the base body 40 from, is fixed thereto and serves as an abutment of the spring 36 b, which is clamped between the cover part and the flange of the valve stem 36 a.
  • the board 41 is attached.
  • the FGL actuators are fastened by soldering to deflect on contraction the pin 36d and associated tappet 36a to open the valve.
  • the first, closed state of the valve 31 can be seen, in which the passage opening 14 is closed.
  • the closed state of the second valve 32 can be seen, in which by means of the membrane 49, the third opening 23, namely the passage opening 23 is closed, which connects the bypass passage 43 connected to the environment with the first air duct section 1 1.
  • Figures 3a to 3c show by way of example how a movable element, e.g. a displacement element or similarly also a valve lifter, can be deflected.
  • a movable element e.g. a displacement element or similarly also a valve lifter
  • a contraction of the shape memory material actuator 85 leads, see FIGS. 3a and 3b, that the movable element 83 'is moved from the first P1 to the second position P2 in the shortest possible time, that is to say in a pulse-like manner.
  • the shape memory material actuator is a TiNiCu-based alloy that is even more fatigue-resistant than the conventional NiTi and thus offers advantageous long-term stability and reliability of the shape memory material actuator.
  • the phase transition or switching temperatures of the material are determined by means of differential scanning calorimetry (DSC), see diagram of FIG. 6. In this measurement, the phase transition important for the actuation appears as a peak. From the diagram it can be seen that for a switching of the actuator, the temperature of the actuator must be increased to at least 67 ° C; for the reset, the temperature must be lowered again to a maximum of 50 ° C. Below the material-specific critical temperature 50 ° C, the shape memory material actuator is in particular in the martensite phase and can already (apparently) plastically deform by small forces.
  • the shape memory material actuator is in the first position of the movable element shown in FIG. 3a.
  • the shape memory material actuator may in particular be arranged in the first position so that it is under a mechanical stress. He can also be relaxed.
  • the critical temperatures of the shape memory material actuator are adjustable by an electric current I flows through the shape memory material actuator.
  • a power supply is provided with which a circuit leading through the shape memory material actuator can optionally be closed for heating (FIG. 3 b) or can be opened to cool the shape memory material actuator (FIG. 3 a).
  • a ball 83b 'or flattening member 85a' is used between the movable member and the actuator which itself centers under the X-shaped pocket-like curved actuator means 85.
  • Figures 3a and 3b show the X-shaped pocket-like actuator means 85, with Fig. 3a showing a first position in which the movable member is displaced from the return member, e.g. a spring is held in the first position, and shown in Fig. 3b, the second position in which the actuator 85 has been activated and the movable member has been deflected to the second position in the stop.
  • the actuator device 85 has two shape memory material actuators based on a NiCuTi alloy, namely two elongate web-shaped shape memory material actuators produced on the basis of sputtered film, which cross each other, ie X-shaped, centrally above the ball of the movable element 83 '. are arranged.
  • the use of film-based actuators allows adjustment of forces and travel paths by adapting the two-dimensional geometry. The very large in relation to the volume surface is maintained and ensures rapid heat dissipation or provision of the actuator in the de-energized state.
  • the ends of the shape memory material actuators are anchored to the base body 86, 40 or to the circuit board of the microdosing device 80 at the two coupling points 88 (FIG. 3a).
  • the shape memory material actuator are stretched above the support point so that the intersection 85a each forms a point of curvature of the shape memory material actuator.
  • a shell-like region of the actuator device is formed, through which the actuator device centers above the support point and generates a force directed downwardly along the linear direction of movement between the first and second position that provide a correspondingly precise deflection entails.
  • the two shape memory material actuators may be coupled by a link (not shown). While in FIGS. 3 a to 3 c the movable element 83 'is constructed from cuboidal sections, it can also be shaped differently, in particular with cylindrical sections, and with a ball as support surface for the actuator device 85.
  • the membrane 49 is made of highly flexible PDMS of thickness 200 pm and is deflected in the de-energized state of the shape memory material actuators to close the valve opening.
  • the actuators of the actuator device 85 are, for example, in each case applied in pairs to a carrier plate or board with integrated strip conductors and electrically contacted, see FIGS. 3a, 3b.
  • the electrical actuation of the shape memory material actuator takes place via an electrical control device, which is set up to simultaneously apply a voltage to both shape memory material actuators and to contract them synchronously.
  • an electrical control device which is set up to simultaneously apply a voltage to both shape memory material actuators and to contract them synchronously.
  • two actuators are connected to a power source via a three-wire cable.
  • a middle wire serves as a common ground electrode.
  • the actuators are activated during operation with a very short voltage or current pulse lasting a few tens of ms, and then the effective voltage is throttled so far by pulse width modulation that the switching position of the shape memory material actuators can be kept straight.
  • the supply voltage is set to 4 V, the duration of the initial voltage pulse to 10 ms, and the pulse width modulation, for example, to a duty cycle of 1/128.
  • the actual switching time is determined, for example, by observing the actuator (or the ball below it) with a high-speed camera.
  • a shape memory material actuator requires less than 2 ms to travel the stroke.
  • the force-deflection characteristics of the FGL actuators can be determined by means of a tensile tester.
  • the control of these methods for operating the module 1 are preferably implemented by a, in particular, programmed, electrical control device 350 (FIG. 4).
  • the control device 350 may be part of the module 1.
  • the controller 350 may be an external device or its component.
  • the control device 350 may be part of a modified pipetting device, in particular a conventional pipetting device supplemented by the control device 350.

Abstract

The invention relates in particular to a micrometering device and to a method for producing a micrometering volume of a fluid sample in the form of a free microjet, by abrupt displacement of a predetermined microvolume. The invention also relates to a system consisting of this micrometering device and, in particular, a pipette device.

Description

Mikrodosiereinrichtung zur Dosierung von kleinsten Fluidproben  Microdosing device for dosing smallest fluid samples
Die Erfindung betrifft eine Mikrodosiereinrichtung zur dosierten Abgabe und/oder Aufnahme von Fluidproben im Mikrovolumenbereich, einem System aus einer solchen Mikrodosiereinrichtung mit einer Pipettiervorrichtung und einem Verfahren zur dosierten Abgabe und/oder Aufnahme von Fluidproben im Mikrovolumenbereich. The invention relates to a microdosing device for the metered dispensing and / or recording of fluid samples in the microvolume range, a system comprising such a microdosage device with a pipetting device and a method for metered dispensing and / or receiving fluid samples in the microvolume range.
Pipettiervorrichtungen sind handgehaltene oder automatisierte Laborgeräte, die üblicherweise in medizinischen, biologischen, biochemischen, chemischen und anderen Laboratorien verwendet werden. Sie dienen im Labor der präzisen Dosierung sowie dem Transport von fluiden Proben mit kleinen Volumina und dem Transfer solcher Volumina zwischen unterschiedlichen Probenbehältnissen. Bei Pipettiervorrichtungen werden z.B. flüssige Proben mittels Unterdrück in Pipettenbehälter, z.B. Pipettenspitzen, eingesaugt, dort gelagert, und am Zielort wieder aus diesen abgegeben. Pipetting devices are hand-held or automated laboratory devices commonly used in medical, biological, biochemical, chemical and other laboratories. They are used in the laboratory for the precise metering and transport of fluid samples with small volumes and the transfer of such volumes between different sample containers. In pipetting devices, e.g. liquid samples by means of negative pressure in pipette containers, e.g. Pipette tips, sucked in, stored there, and released from the destination at this point.
Zu den handgehaltenen Pipettiervorrichtungen gehören z.B. handgehaltene Pipetten und Repetierpipetten, wobei letztere auch als Dispenser bezeichnet werden. Unter einer Pipette wird ein Gerät verstanden, bei dem mittels einer Bewegungseinrichtung, die dem Gerät zugeordnet ist und die insbesondere einen Kolben aufweisen kann, eine zu pipettierende Probe in einen mit der Pipette lösbar verbundenen Pipettierbehälter, insbesondere eine Pipettenspitze, eingesaugt werden kann. Bei einer Luftpolsterpipette ist der Kolben dem Gerät zugeordnet und zwischen der zu pipettierenden Probe und dem Kolbenende befindet sich als druckübertragendes Fluid ein Luftpolster, das beim Aufnehmen der Probe in den Pipettierbehälter unter einem Unterdrück steht, durch den die Probe in den Pipettierbehälter gesaugt wird und/oder im Pipettierbehälter gehalten wird. Unter einem Dispenser wird ein Gerät verstanden, bei dem mittels einer Bewegungseinrichtung, die insbesondere einen Kolben aufweisen kann, ein zu pipettierendes Volumen eines flüssigen Fluids in einen mit dem Dispenser verbundenen Pipettierbehälter, insbesondere eine nach dem Spritzenprinzip ausgestaltete Dispenserspitze, eingesaugt werden kann, wobei die Bewegungseinrichtung zumindest teilweise dem Pipettierbehälter zugeordnet ist, indem z.B. der Kolben im Pipettierbehälter angeordnet ist. Beim Dispenser befindet sich das Kolbenende sehr nahe an der zu pipettierenden Fluidprobe oder in Kontakt mit dieser, weshalb man den Dispenser auch als Direktverdrängerpipette bezeichnet. Pipettiervorrichtungen mit einem als Kolben ausgebildeten Verdrängungselement werden auch als Kolbenhubpipetten bezeichnet. The hand-held pipetting devices include, for example, hand-held pipettes and repeating pipettes, the latter also being referred to as dispensers. A pipette is understood to mean a device in which a sample to be pipetted can be sucked into a pipetting container, in particular a pipette tip, detachably connected to the pipette by means of a movement device which is assigned to the device and may in particular have a piston. In the case of an air-cushion pipette, the piston is assigned to the device and between the sample to be pipetted and the end of the piston there is an air cushion as the pressure-transmitting fluid, which is under a negative pressure when the sample is taken into the pipetting container, through which the sample is sucked into the pipetting container and / / or held in the pipetting container. A dispenser is understood to mean a device in which a volume of a liquid fluid to be pipetted can be sucked into a dispensing container connected to the dispenser, in particular a dispenser tip designed according to the syringe principle, by means of a movement device, which may in particular have a piston, wherein the Movement device is at least partially associated with the pipetting container, for example by the piston is arranged in the pipetting container. With the dispenser, the piston end is very close to or in contact with the fluid sample to be pipetted, which is why the dispenser is also referred to as a direct displacement pipette. Pipetting with a displacement element designed as a piston are also referred to as Kolbenhubpipetten.
Pipettenspitzen oder Dispenserspitzen bestehen insbesondere aus Kunststoff und können als Einmalartikel nach Gebrauch weggeworfen bzw. durch eine frische Pipettenspitze oder Dispenserspitze ersetzt werden. Sie können aber auch aus Metall oder Glas bestehen oder solches Material aufweisen. Pipettenspitzen oder Dispenserspitze werden in verschiedenen Größen für Dosierungen in verschiedenen Volumenbereichen zur Verfügung gestellt. Pipette tips or Dispenserspitzen consist in particular of plastic and can be thrown away as a disposable item after use or replaced by a fresh pipette tip or Dispenserspitze. But they can also consist of metal or glass or have such material. Pipette tips or dispenser tips are available in different sizes for dosing in different volume ranges.
Bei einer Pipettiervorrichtung kann die durch eine einzelne Betätigung abgegebene Probenmenge der in das Gerät aufgesaugten Probenmenge entsprechen. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass eine mehreren Abgabemengen entsprechende aufgenommene Probenmenge schrittweise wieder abgegeben wird. Zudem wird zwischen Einkanal-Pipettiervorrichtungen und Mehrkanal-Pipettiervorrichtungen unterschieden, wobei Einkanal-Pipettiervorrichtungen nur einen einzigen Abgabe- /Aufnahmekanal enthalten und Mehrkanal-Pipettiervorrichtungen mehrere Abgabe- /Aufnahmekanäle enthalten, die insbesondere das parallele Abgeben oder Aufnehmen mehrerer Proben erlauben. In a pipetting device, the amount of sample delivered by a single actuation may correspond to the amount of sample aspirated into the device. However, it can also be provided that a quantity of sample taken corresponding to a plurality of dispensing quantities is released step by step again. In addition, a distinction is made between single-channel pipetting devices and multichannel pipetting devices, wherein single-channel pipetting devices contain only a single dispensing / receiving channel and multichannel pipetting devices comprise a plurality of dispensing / receiving channels which in particular allow the parallel dispensing or picking up of multiple samples.
Beispiele für handgehaltene, elektronische Pipettiervorrichtungen bzw. Pipetten sind die Eppendorf Xplorer® und die Eppendorf Xplorer® plus der Eppendorf AG, Deutschland, Hamburg; Beispiele für handgehaltene, elektronische Dispenser sind die Multipette® E3 und Multipette® E3x der Eppendorf AG, Deutschland, Hamburg. Diese Geräte werden, wie auch die Pipettiervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, elektrisch betrieben, indem das pipettierende bewegbare Teil, insbesondere der Kolben, durch eine elektrische Motoreinrichtung der Pipettiervorrichtung bewegt wird. Ein Beispiel für einen Pipettierautomaten ist die Eppendorf epMotion®. Pipettiervorrichtungen dienen der Dosierung und somit der präzisen Abmessung von Flüssigkeitsvolumina. Beim Dosieren sehr kleiner Flüssigkeitsmengen mit Hilfe einer Kolbenhubpipette können die systematischen und zufälligen Fehler der Dosierung beträchtlich anwachsen. Details zum üblichen Vorgehen bei der Fehlerbestimmung und bei der Dosierung kleiner Volumina, insbesondere durch Wandabgabe im Behälter, finden sich in der DIN EN ISO 8655. Bei der Abgabe nach der Freistrahlmethode, bei der die Fluidprobe als Strahl oder freier Tropfen -auch bezeichnet als Jet- den Pipettierbehälter verlässt, können kleinste Volumina zwischen 0,1 mI und 1 ,0 mI, vorliegend vorzugsweise zusammengefasst unter dem Begriff „Mikrovolumina“, mit herkömmlichen Pipettiervorrichtungen nicht mehr ausreichend sicher dosiert werden. Hierfür sind verschiedene physikalische Einflüsse verantwortlich. Zu diesen Einflüssen gehören unter anderem die Bildung von Satellitentropfen durch Reflexion des abgegebenen Volumens an der Flüssigkeitsoberfläche, an der sie auftreffen; der unvollständige Ausstoß des in der Pipettenspitze befindlichen Volumens; die geometrischen Verhältnisse innerhalb der Pipettenspitze; die Oberflächenspannung von Flüssigkeiten und Pipettenspitze und das damit verbundene Benetzungsverhalten bzw. das Auftreten von Kapillarkräften; die elektrostatische Aufladung der Pipettenspitze; eine zu geringe Strömungsgeschwindigkeit bzw. kinetische Energie der Fluidprobe an der Austrittsöffnung der Pipettenspitze. Die Abgabe kleinster Volumina wird zudem dadurch erschwert, dass das Gesamtluftvolumen zwischen Kolben und Probenflüssigkeit als dämpfendes Element hinter dem auszustoßenden Volumen liegt und der effizienten Abgabe eines Freistrahls entgegenwirkt. Examples of hand-held electronic pipetting devices or pipettes are the Eppendorf Xplorer® and the Eppendorf Xplorer® plus of Eppendorf AG, Germany, Hamburg; Examples of hand-held electronic dispensers are the Multipette® E3 and Multipette® E3x from Eppendorf AG, Germany, Hamburg. These devices, like the pipetting device according to the present invention, are operated electrically by moving the pipetting movable part, in particular the piston, through an electric motor device of the pipetting device. An example of a pipetting machine is the Eppendorf epMotion®. Pipetting devices are used for dosing and thus the precise measurement of liquid volumes. When dosing very small quantities of liquid with the aid of a piston-stroke pipette, the systematic and random errors of the dosage can increase considerably. Details on the usual procedure for the determination of errors and for the metering of small volumes, in particular by wall delivery in the container, can be found in DIN EN ISO 8655. In the delivery according to the free jet method in which the fluid sample as jet or free drop - also referred to as jet Leaves the pipetting container, smallest volumes between 0.1 ml and 1, 0 ml, in this case preferably summarized under the term "microvolumes", with conventional pipetting devices can no longer be dosed with sufficient certainty. Various physical influences are responsible for this. These effects include, among other things, the formation of satellite drops by reflection of the volume delivered at the liquid surface where they strike; the incomplete discharge of the volume in the pipette tip; the geometric relationships within the pipette tip; the surface tension of liquids and pipette tip and the associated wetting behavior or the occurrence of capillary forces; the electrostatic charge of the pipette tip; too low a flow velocity or kinetic energy of the fluid sample at the outlet opening of the pipette tip. The delivery of very small volumes is also made more difficult by the fact that the total volume of air between the piston and the sample liquid acts as a damping element behind the volume to be ejected and counteracts the efficient delivery of a free jet.
Um auch Fluidproben mit geringem Volumen im Freistrahl dosiert abgeben zu können, wurden im Stand der Technik verschiedene Ansätze verfolgt. In order to be able to dispense fluid samples with low volume in the free jet, various approaches have been pursued in the prior art.
Die US9221046B2 beschreibt eine Pipette, die einen in Längsrichtung segmentierten Zylinderkolben mit Segmenten unterschiedlichen Durchmessers und einen Kolben mit entsprechend in Längsrichtung verteilten, unterschiedlich dimensionierten Verschlusselementen aufweist. Durch die unterschiedlichen Durchmesser können größere Volumen und kleinere Volumen präzise abgegeben bzw. aufgenommen werden. Durch eine geeignete Ausgestaltung wird von dieser Pipette ein an der Auslassöffnung haftender Tropfen ruckartig per„Blowout“ abgegeben. US 9221046B2 describes a pipette having a longitudinally segmented cylinder piston with segments of different diameters and a piston with correspondingly distributed in the longitudinal direction, differently dimensioned closure elements. Due to the different diameters, larger volumes and smaller volumes can be dispensed or picked up precisely. By means of a suitable embodiment, a drop adhering to the outlet opening is delivered jerkily from this pipette by means of a "blowout".
Die EP01 19573A1 beschreibt einen Dispenser zur Abgabe von Mikrotropfen einer Laborprobe. Eine als elastisches Rohr gebildete Probenkammer mit einer nahe gelegenen Auslassöffnung weist einen elastischen Abschnitt auf, der durch die Aktuierung eines elektromagnetisch angetriebenen Ankerbolzens komprimiert wird. Die resultierende Druckwelle wirkt in Richtung der Auslassöffnung und bewirkt den Auswurf eines Mikrotropfens. EP01 19573A1 describes a dispenser for dispensing microdrops of a laboratory sample. A sample chamber formed as an elastic tube with a nearby outlet opening has an elastic portion which is compressed by the actuation of an electromagnetically driven anchor bolt. The resulting pressure wave acts in the direction of the outlet opening and causes the ejection of a microdrop.
Die EP0876219B1 beschreibt einen Pipettierapparat, der eine Dispenserspitze und, mit dieser über einen Fluidkanal verbunden, einen mit Ventil versehenen Kolbenverdränger aufweist, mittels dem duch die Pipettenspitze größere Volumina pipettierbar, also ansaugbar und abgebbar sind. Zwischen der Pipettenspitze und dem Kolbenverdränger ist ein Impulsgenerator angeordnet, der auf die Flüssigkeit im Fluidkanal einen Impuls ausübt, um einen kleinen Tropfen definierter Größe aus der Pipettenspitze auszuwerfen. Der Impulsgenerator kann ein elektromagnetischer Aktuator oder ein Piezoelement sein oder kann eine Ultraschall- oder Wärmequelle aufweisen. EP0876219B1 describes a pipetting apparatus which has a dispenser tip and, connected to it via a fluid channel, a valved piston displacer by means of which larger volumes can be pipetted by the pipette tip, ie can be aspirated and dispensed. Between the pipette tip and the piston displacer, a pulse generator is arranged which impulses the liquid in the fluid channel to eject a small drop of defined size from the pipette tip. The pulse generator may be an electromagnetic actuator or a piezo element or may have an ultrasonic or heat source.
Die EP1206966B1 beschreibt einen Pipettierapparat zur wahlweisen Abgabe größerer Volumina oder kleinster Volumina für die Life-Science. Hierbei wird ein mittels Spindelantrieb bewegbarer Zylinderkolbenverschluss in einer Kolbenkammer mit einem Impulsgenerator, hier ein Piezoelement, versehen. Der Impulsgenerator als Teil des Zylinderkolbens zwischen dem Zylinderkolbenverschluss und der Kolbenstange angeordnet. Tropfen im Submikroliterbereich werden durch das piezogesteuerte, abrupte Stoppen des Kolbens genau dosiert abgegeben. EP1206966B1 describes a pipetting apparatus for selectively delivering larger volumes or smallest volumes for life science. In this case, a cylinder piston closure which can be moved by means of a spindle drive is provided in a piston chamber with a pulse generator, in this case a piezoelectric element. The pulse generator is arranged as part of the cylinder piston between the cylinder piston closure and the piston rod. Drops in the sub-microliter range are delivered precisely metered by the piezo-controlled, abrupt stopping of the piston.
Die EP1654068B1 beschreibt eine Mikrodosiervorrichtung mit einer elastisch verformbaren Fluidleitung, die ein Flüssigkeitsreservoir mit einer Auslassöffnung der Fluidleitung verbindet. Entlang einer Strecke der Fluidleitung ist ein von einem Piezoaktor angetriebener Verdränger angeordnet, dessen Längsposition und dessen Hub beim Pressen auf die Fluidleitung das abzugebende Flüssigkeitsvolumen definiert. Dieses verlässt die Auslassöffnung als freifliegendes Tröpfchen oder als freifliegender Strahl. EP1654068B1 describes a microdosing device with an elastically deformable fluid line which connects a liquid reservoir with an outlet opening of the fluid line. Along a path of the fluid line, a displacer driven by a piezoactuator is arranged, whose longitudinal position and its stroke when pressing on the fluid line defines the liquid volume to be dispensed. This exits the outlet opening as a free-flowing droplet or as a free-flowing jet.
Die WO2013167594A1 beschreibt eine Dispensieranordnung zum Dispensieren von Laborproben, mit einem als Flüssigkeitsreservoir dienenden Kolbenverdränger zur Abgabe und Aufnahme von Flüssigkeit mittels einer Kolbenbewegung. Ein verjüngter Auslassbereich der Kolbenkammer ist durch einen Impulsgenerator anregbar, der piezoelektrisch, pneumatisch, elektromagnetisch oder mittels Ultraschall antreibbar sein kann. Unter Berücksichtigung der mittels eines Sensors gemessenen Flüssigkeitsmeniskus an der Auslassöffnung wird mittels Impuls ein Tropfen mit dem gewünschten Volumen von der Auslassöffnung gelöst. WO2013167594A1 describes a dispensing arrangement for dispensing laboratory samples, having a piston displacer serving as a liquid reservoir for dispensing and receiving liquid by means of a piston movement. A tapered outlet region of the piston chamber can be excited by a pulse generator, which can be driven piezoelectrically, pneumatically, electromagnetically or by means of ultrasound. Taking into account the liquid meniscus measured at the outlet opening by means of a sensor, a drop of the desired volume is released from the outlet opening by means of a pulse.
Die WO 99/37400 A1 beschreibt eine Dosiervorrichtung für den Nanoliter- bis Mikroliterbereich mit einer Druckkammer, die von einem Verdränger begrenzt ist, die über einen mit einem Flüssigkeitsreservoir verbundenen Einlass befüllbar ist und die über einen Auslass entleerbar ist, wobei das im Freistrahl abgegebene Flüssigkeitsvolumen über die spannungsgesteuerte Auslenkung des Verdrängers durch einen Piezoaktor dosiert wird. Einen ähnlichen Dosierer verwendet auch die WO 99/10099 A1 . Die DE 197 37 173 B4 beschreibt, einen solchen Freistrahldosierer als mikrosystemtechnisches Dosierelement zu fertigen. EP 1 488 106 B1 beschreibt ein Dosiermodul mit Dosierkammer, Aktor und Aktormembran, die zur Erzeugung eines Freistrahls an einer Kammerwand auftrifft. WO 99/37400 A1 describes a metering device for the nanoliter to microliter range with a pressure chamber which is delimited by a displacer, which can be filled via an inlet connected to a liquid reservoir and which can be emptied via an outlet, wherein the volume of liquid delivered in the free jet is metered via the voltage-controlled displacement of the displacer by a piezoelectric actuator. A similar doser also uses WO 99/10099 A1. DE 197 37 173 B4 describes producing such a free-jet dispenser as a microsystem-technical metering element. EP 1 488 106 B1 describes a metering module with metering chamber, actuator and actuator membrane, which impinges on a chamber wall in order to generate a free jet.
DE 100 22 398 B4 beschreibt ein Mikrodosiersystem, bei dem ein Freistrahl mittels eines Gasdruckstoßes erzeugt und die Größe des abgegebenen Dosiervolumens durch Gasdruckmessungen reguliert wird. DE 100 22 398 B4 describes a microdosing system in which a free jet is generated by means of a gas pressure surge and the size of the dispensed dosing volume is regulated by gas pressure measurements.
Die genannten Ansätze weisen jeweils bestimmte Nachteile auf und sind insbesondere entweder aufwändig oder voluminös bzw. unflexibel betreffend der Integration in bestehende Laborgeräte, oder zu unpräzise zur Erzeugung der gewünschten Mikrodosiervolumina. Vor diesem Hintergrund stellt sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe, eine effizient gestaltete Mikrodosiereinrichtung zum präzisen Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls bereitzustellen. The mentioned approaches each have certain disadvantages and are in particular either costly or voluminous or inflexible with regard to the integration into existing laboratory equipment, or too imprecise to produce the desired microdosage volumes. Against this background, the object of the present invention is to provide an efficiently designed microdosing device for precisely generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Mikrodosiereinrichtung gemäß Anspruch 1 , das System gemäß Anspruch 9 und das Verfahren gemäß Anspruch 12. Bevorzugte Ausgestaltungen sind insbesondere Gegenstände der Unteransprüche. The invention achieves this object by the microdosing device according to claim 1, the system according to claim 9 and the method according to claim 12. Preferred embodiments are in particular subject matters of the subclaims.
Die erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls, weist auf: * einen Luftkanal, der eine Durchlassöffnung aufweist, die einen ersten Luftkanalabschnitt und einen zweiten Luftkanalabschnitt des Luftkanals verbindet, wobei der erste Luftkanalabschnitt eine erste Öffnung aufweist und der zweite Luftkanalabschnitt eine zweite Öffnung aufweist, mit der ein die Fluidprobe enthaltender Fluidtransferbehälter verbindbar ist, * ein steuerbares erstes Ventil, das dazu eingerichtet ist, die Durchlassöffnung des Luftkanals wahlweise, in einem ersten Zustand, geschlossen zu halten, um einen Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt gegenüber dem zweiten Luftkanalabschnitt zu ermöglichen, oder, in einem zweiten Zustand, geöffnet zu halten, sowie einen schlagartigen Wechsel vom ersten in den zweiten Zustand zu ermöglichen, * wobei die Mikrodosiereinrichtung, insbesondere eine elektrische Steuereinrichtung, insbesondere eine elektrische Steuereinrichtung der Mikrodosiereinrichtung, dazu eingerichtet ist, das erste Ventil so zu steuern, dass die Durchlassöffnung mittels des ersten Ventils schlagartig geöffnet wird, wodurch, bedingt durch den Druckausgleich zwischen dem ersten und zweiten Luftkanalabschnitt, ein Mikroluftvolumen aus dem ersten Luftkanalabschnitt austritt und ein Mikroluftvolumen (V) den Luftkanal durch die zweite Öffnung verlässt, so dass ein durch das Mikroluftvolumen (V) bestimmtes Mikrodosiervolumen der im Fluidtransferbehälter gehaltenen Fluidprobe verdrängt wird und in Form eines Mikrofreistrahls aus dem Fluidtransferbehälter in den Außenraum abgegeben wird. Durch das schlagartige Öffnen des ersten Ventils wird eine sehr effiziente Beschleunigung eines Mikroluftvolumens aus dem ersten Luftkanalabschnitt heraus in den zweiten Luftkanalabschnitt bewirkt, was wiederum effiziente Beschleunigung eines Mikroluftvolumens aus dem zweiten Luftkanalabschnitt und der zweiten Öffnung heraus bewirkt. Auf diese Weise ist die Mikrodosiereinrichtung besonders geeignet zur Erzeugung eines Mikrofludijets, vorliegend auch bezeichnet als Mikrofreistrahl. Ein Mikrofreistrahl ist ein Fluidvolumen im Mikroliterbereich oder Submikroliterbereich, das als Strahl oder freier Tropfen -auch bezeichnet als Jet- die Auslassöffnung eines Fluidkanals oder Fluidtransferbehälters verlässt. Die Dosierung ist insbesondere unabhängig vom Vorgang der Herstellung eines Überdrucks im ersten Luftkanalabschnitt. Da das aus dem ersten Luftkanalabschnitt austretende Mikroluftvolumen die Größe des abgegebenen Mikrodosiervolumens bestimmt, ist ein präzise Dosierung im Mikrovolumenbereich möglich. The microdosing device according to the invention for generating a Mikrodosiervolumens a fluid sample in the form of a micro free jet, comprises: * an air channel which has a passage opening connecting a first air duct section and a second air passage section of the air passage, wherein the first air channel portion having a first opening and the second air channel portion having a second opening, with a fluid sample containing fluid transfer container is connectable * a controllable first valve which is adapted to the passage opening of the air passage selectively, be kept closed in a first state to a positive pressure in the first air channel portion relative to the second Allow air duct section, or to keep open in a second state, and to allow a sudden change from the first to the second state, * wherein the micro-metering device, in particular an electrical control device, esp in particular an electrical control device of the microdosing, is adapted to control the first valve so that the passage opening is opened by the first valve abruptly, whereby, due to the pressure equalization between the first and second air duct section, a micro air volume exiting from the first air duct section and a micro-air volume (V) leaves the air channel through the second opening so that a micro-dosing volume determined by the micro-air volume (V) of the fluid sample held in the fluid-transfer container is displaced and discharged from the fluid-transfer container into the exterior space in the form of a microfree jet. The sudden opening of the first valve causes a very efficient acceleration of a micro air volume from the first air duct section out into the second air duct section, which in turn causes efficient acceleration of a micro air volume from the second air duct section and the second opening. In this way, the microdosing is particularly suitable for producing a Mikrofludijets, in this case also referred to as microfire jet. A microfree jet is a microliter or sub-microliter volume of fluid that leaves the outlet port of a fluid channel or fluid transfer container as a jet or free drop, also referred to as jet. The metering is in particular independent of the process of producing an overpressure in the first air duct section. Since the volume of micro air emerging from the first air duct section determines the size of the dispensed microdosage volume, a precise metering in the microvolume range is possible.
Das in der Mikrodosiereinrichtung bewegte Mikroluftvolumen liegt vorzugsweise im Submikroliterbereich, also kleiner als 1 mI. Dementsprechend liegt das von der Mikrodosiereinrichtung abgegebenen Mikrodosiervolumens im Submikroliterbereich. Das als Freistrahl von einer Mikrodosiereinrichtung erzeugte Mikrodosiervolumen entspricht vorzugsweise im Wesentlichen dem -insbesondere von einem Verdrängungselement verdrängten- Mikroluftvolumen, insbesondere ist das Mikrodosiervolumen im Betrag identisch zu dem Mikroluftvolumen. Insbesondere durch wiederholte Abgabe eines Mikrodosiervolumens kann ein durch die sukzessive abgegebenen Mikrodosiervolumina gebildetes Gesamtabgabevolumen auch größer als 1 mI sein, und liegt vorzugsweise im Bereich von 0,1 mI bis 10,0 mI, insbesondere 0,1 mI bis 5,0 mI, insbesondere 0,1 mI bis 2,5 mI, insbesondere 0,1 mI bis 1 ,5 mI. The micro air volume moved in the microdosing device is preferably in the submicroliters range, that is to say smaller than 1 ml. Accordingly, the microdosage volume delivered by the microdosing device is in the submicroliter range. The microdosage volume generated as a free jet by a microdosing device preferably corresponds substantially to the volume of microfluid, in particular displaced by a displacement element; in particular, the microdosage volume is identical in magnitude to the micro air volume. In particular, by repeated delivery of a microdosage volume, a total release volume formed by the successive dispensed microdosage volumes may also be greater than 1 ml, and is preferably in the range from 0.1 ml to 10.0 ml, in particular 0.1 ml to 5.0 ml, in particular 0.1 mI to 2.5 mI, especially 0.1 mI to 1.5 mI.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind zur Erzeugung des Überdrucks im ersten Luftkanalabschnitt vorgesehen: eine Luftkammer, die mit der ersten Öffnung verbindbar ist oder verbunden ist, ein Verdrängungselement, das zur Verdrängung eines Mikrovolumens (V) der Luftkammer eingerichtet ist, und ein Antrieb, um die Auslenkung des Verdrängungselements anzutreiben, wodurch im ersten Zustand des ersten Ventils der Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt erzeugbar ist. Diese Komponenten können Bestandteil der Mikrodosiereinrichtung sein, oder können Bestandteile einer externen Vorrichtung sein, insbesondere einer externen Pipettiervorrichtung, deren Arbeitskonus mit der ersten Öffnung luftdicht verbindbar ist, so dass mittels der externen Pipettiervorrichtung im ersten Zustand des ersten Ventils der Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt erzeugbar ist. Da das Mikroluftvolumen (V) durch das vom Verdrängungselement bestimmte Volumen genau festgelegt wird, sind insbesondere keine Drucksensoren in der Luftkammer oder im ersten Luftkanalabschnitt erforderlich, um eine präzise Dosierung zu erreichen. In a preferred embodiment, to generate the overpressure in the first air duct section, there are provided: an air chamber which is connectable or connected to the first opening, a displacement element which is arranged to displace a microvolume (V) of the air chamber, and a drive to which To drive deflection of the displacement element, whereby in the first state of the first valve, the pressure in the first air duct section can be generated. These components can Part of the microdosing, or may be components of an external device, in particular an external pipetting, the working cone with the first opening is airtight connectable, so that by means of the external pipetting device in the first state of the first valve, the pressure in the first air duct section can be generated. Since the micro air volume (V) is determined precisely by the volume determined by the displacement element, in particular no pressure sensors in the air chamber or in the first air duct section are required in order to achieve precise metering.
Die Pipettiervorrichtung ist vorzugsweise eine -nach dem Luftpolsterprinzip arbeitende- Luftpolsterpipette, insbesondere eine kommerziell erhältliche Pipette oder ein Dispenser, die/der insbesondere zur Steuerung der Mikrodosiereinrichtung angepasst sein kann. Beispiele für derartige kommerziell erhältliche Pipettiervorrichtungen wurden oben genannt. Die Steuerung der Mikrodosiereinrichtung kann aber auch zumindest teilweise oder vollständig in der Mikrodosiereinrichtung angeordnet sein, und kann insbesondere eine elektrische Steuereinrichtung der Mikrodosiereinrichtung sein. Durch Kombination mit einer herkömmlichen Pipette ist die Mikrodosiereinrichtung besonders flexibel einsetzbar. The pipetting device is preferably an air cushion pipette operating according to the air cushion principle, in particular a commercially available pipette or a dispenser, which can be adapted in particular to control the microdosing device. Examples of such commercially available pipetting devices have been mentioned above. However, the control of the microdosing device can also be arranged at least partially or completely in the microdosing device, and can in particular be an electrical control device of the microdosing device. By combining it with a conventional pipette, the micro-dosing device can be used very flexibly.
Vorzugsweise ist die Mikrodosiereinrichtung als Modul ausgebildet. Dazu weist die Mikrodosiereinrichtung vorzugsweise einen Verbindungsabschnitt auf, der mit einem korrespondierenden Verbindungsabschnitt einer externen Pipettiervorrichtung verbindbar -und wieder- lösbar ist. Dieser Verbindung ist vorzugsweise eine formschlüssige Steck- und Klemmverbindung, bei der insbesondere der Arbeitskonus einer Pipettiervorrichtung in einen passenden Aufnahmeabschnitt der Mikrodosiereinrichtung eingesteckt wird. Die Steuerung der Mikrodosiereinrichtung kann in diesem Fall über einen Datenaustausch der Mikrodosiereinrichtung mit der Pipettiervorrichtung erfolgen, insbesondere über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindung mit der Pipettiervorrichtung. Die Steuerung kann aber auch unabhängig von der Pipettiervorrichtung erfolgen, und kann insbesondere in die Mikrodosiereinrichtung integriert sein, und kann teilweise manuell steuerbar sein. Das Verdrängungselement ist vorzugsweise ein Kolbenelement, insbesondere ein Kolbenelement einer kommerziell erhältlichen Pipettiervorrichtung. Das Kolbenelement ist vorzugsweise zur Verdrängung von Mikroluftvolumina und von Makroluftvolumina eingerichtet. Ein Makroluftvolumen ist größer als das Mikroluftvolumen. Ein Makroluftvolumen ist insbesondere ein solches Luftvolumen, das typischerweise mit herkömmlichen kommerziell erhältlichen Pipettiervorrichtungen pipettierbar ist. Ein Makroluftvolumen kann demnach insbesondere ein Luftvolumen größer als 2 mI sein, insbesondere kleiner oder gleich 10mI, 50 mI, 10OmI, 300 mI oder 500 mI. Vorzugsweise ist die Mikrodosiereinrichtung, oder eine Pipettiervorrichtung, die das Verdrängungselement, insbesondere das Kolbenelement, aufweist, bzw. das Verdrängungselement dazu eingerichtet, im ersten Zustand des ersten Ventils das Mikroluftvolumen (V) zu verdrängen und insbesondere auch dazu eingerichtet, im zweiten Zustand des ersten Ventils ein Makroluftvolumen zu verdrängen. Preferably, the microdosing is designed as a module. For this purpose, the microdosing device preferably has a connection section which can be connected to and detachable from a corresponding connection section of an external pipetting device. This connection is preferably a positive plug and clamp connection, in which in particular the working cone of a pipetting device is inserted into a suitable receiving portion of the microdosing. In this case, the control of the microdosing device can take place via a data exchange of the microdosing device with the pipetting device, in particular via a wired or wireless connection with the pipetting device. However, the control can also take place independently of the pipetting device, and in particular can be integrated into the microdosing device, and can be partly manually controllable. The displacement element is preferably a piston element, in particular a piston element of a commercially available pipetting device. The piston element is preferably designed to displace micro-air volumes and macro-air volumes. A macro air volume is greater than the micro air volume. A macro air volume is in particular such an air volume which can typically be pipetted with conventional commercially available pipetting devices. Accordingly, a macro air volume can in particular be an air volume greater than 2 mI, in particular less than or equal to 10mI, 50 mI, 10OmI, 300 mI or 500 mI. Preferably, the micro-dosing device, or a pipetting device, which has the displacement element, in particular the piston element, or the displacement element is adapted to displace the micro-air volume (V) in the first state of the first valve and in particular also configured to be in the second state of the first Valve to displace a macro air volume.
Die Mikrodosiereinrichtung, und/oder eine mit der ersten Öffnung verbindbare Pipettiervorrichtung, ist vorzugsweise dazu eingerichtet, dass das vom Verdrängungselement zu verdrängende Mikroluftvolumen vom Benutzer auswählbar ist, insbesondere mittels einer Benutzerschnittstelleneinrichtung, die Bestandteil der Mikrodosiereinrichtung oder der Pipettiervorrichtung sein kann. The microdosing device, and / or a pipetting device which can be connected to the first opening, is preferably designed so that the volume of compressed air to be displaced by the displacement element can be selected by the user, in particular by means of a user interface device which may be part of the microdosing device or the pipetting device.
Die erste Öffnung der Mikrodosiereinrichtung ist vorzugsweise mit dem Arbeitskonus einer Pipettiervorrichtung so verbindbar, dass -mittels des Verdrängungselements bzw. mittels der Pipettiervorrichtung- im ersten Luftkanalabschnitt der gewünschte Überdruck einstellbar ist. Dazu kann die Mikrodosiereinrichtung einen Öffnungsabschnitt aufweisen, der die erste Öffnung beinhaltet. Der Öffnungsabschnitt der Mikrodosiereinrichtung kann luftdicht mit einem Öffnungsabschnitt der Luftkammer verbindbar sein, z.B. durch eine formschlüssige Klemmverbindung. Der Öffnungsabschnitt der Luftkammer kann ein Arbeitskonus der Pipettiervorrichtung sein. The first opening of the microdosing device is preferably connectable to the working cone of a pipetting device so that the desired overpressure can be set in the first air duct section by means of the displacement element or by means of the pipetting device. For this purpose, the micro-metering device may have an opening portion which includes the first opening. The opening portion of the micro-metering device may be hermetically connectable to an opening portion of the air chamber, e.g. by a positive clamping connection. The opening portion of the air chamber may be a working cone of the pipetting device.
Vorzugsweise weist der erste Luftkanalabschnitt eine verschliessbare dritte Öffnung auf, die den ersten Luftkanalabschnitt mit dem Außenraum verbindet, und insbesondere ein steuerbares zweites Ventil auf, das dazu eingerichtet ist, die dritte Öffnung des Luftkanals wahlweise, in einem ersten Zustand, geschlossen zu halten, um den Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt gegenüber dem zweiten Luftkanalabschnitt zu ermöglichen, oder, in einem zweiten Zustand, geöffnet zu halten, sowie einen Wechsel vom ersten in den zweiten Zustand zur Herbeiführung eines Druckausgleichs im ersten Luftkanalabschnitt zum Außenraum zu ermöglichen. Preferably, the first air duct section has a closable third opening which connects the first air duct section to the outside space, and in particular a controllable second valve, which is arranged to open the third opening of the third Optionally, in a first state, keep the air duct closed to allow the overpressure in the first air duct section opposite the second air duct section or, in a second state, to keep it open, and a change from the first to the second state to effect pressure equalization first air duct section to allow for outdoor space.
Das erste Ventil, insbesondere auch das zweite Ventil oder mindestens ein weiteres Ventil der Mikrodosiereinrichtung oder des Systems weist jeweils vorzugsweise auf: einen Ventilkörper, an dem ein Ventilstößel beweglich angeordnet ist, der mittels mindestens eines FGL-Aktuators des Ventils auslenkbar ist. Der Ventilstößel ist in seinem ersten Zustand insbesondere durch ein Federelement vorgespannt und schließt eine Durchlassöffnung, und ist in seinem zweiten Zustand insbesondere ausgelenkt, wodurch die Durchlassöffnung geöffnet ist. Durch die elektrische Aktivierbarkeit des FGL-Aktuators ist das Ventil steuerbar. Weitere Details des erfindungsgemäßen Ventils können aus der Beschreibung der erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung und deren bevorzugten Ausgestaltungen abgeleitet werden. The first valve, in particular also the second valve or at least one further valve of the microdosing device or of the system preferably has in each case preferably: a valve body on which a valve tappet is movably arranged, which is deflectable by means of at least one FGL actuator of the valve. The valve stem is biased in its first state, in particular by a spring element and closes a passage opening, and is in particular deflected in its second state, whereby the passage opening is opened. Due to the electrical activation of the FGL actuator, the valve is controllable. Further details of the valve according to the invention can be derived from the description of the microdosing device according to the invention and its preferred embodiments.
Das erste Ventil weist vorzugsweise einen elektrisch steuerbaren Aktuator auf. Das Ventil, insbesondere der Aktuator, ist vorzugsweise für ein schlagartiges Öffnen eingerichtet. Der Aktuator ist vorzugsweise ein Formgedächtnislegierungs(FGL)- Aktuator. Der Aktuator kann aber auch ein piezoelektrisches Element sein, oder ein elektromagnetisch arbeitender Aktuator. The first valve preferably has an electrically controllable actuator. The valve, in particular the actuator, is preferably set up for a sudden opening. The actuator is preferably a shape memory alloy (FGL) actuator. The actuator may also be a piezoelectric element, or an electromagnetically operating actuator.
Der Erfindung liegen bezüglich dieser Mikrodosiereinrichtung insbesondere Resultate von Messungen an Ventilen mit Aktuatoren aus einer Formgedächtnislegierung zugrunde, die zeigen, dass sich bereits mit sehr kompakt ausgebildeten Formgedächtnismaterial-Aktuatoren sehr präzise und effizient eine Ventilöffnung und damit eine Probenabgabe nach dem Freistrahlprinzip verwirklichen lässt. Formgedächtnislegierungen (FGL) zeigen aufgrund eines Phasenübergangs ein spezielles Verhalten, das als Formgedächtniseffekt bekannt ist. Unterhalb einer materialspezifischen kritischen Temperatur befindet sich ein FGL-Bauteil insbesondere in der Martensit-Phase und lässt sich bereits durch geringe Kräfte (scheinbar) plastisch verformen. Beim Aufheizen auf eine weitere kritische Temperatur wird jedoch innerhalb von Millisekunden die ursprüngliche Bauteilgestalt wiederhergestellt, das Material verhält sich dann wie ein gewöhnliches Metall entsprechend dem Hookschen Gesetz. Von den Erfindern wurde festgestellt, dass sich solche Formgedächtnismaterial-Bauteile aufgrund der mit diesen Bauteilen realisierbaren Kraft-Auslenkungs-Kennlinien besonders zur Erzeugung eines Mikrofluidfreistrahls eignen. Bevorzugte Ausgestaltungen eines Formgedächtnismaterial-Aktuators werden nachfolgend noch beschrieben. With regard to this microdosing device, the invention is based in particular on results of measurements on valves with actuators of a shape memory alloy, which show that very precisely and efficiently a valve opening and thus a sample discharge according to the free jet principle can be realized with very compact shape memory material actuators. Shape memory alloys (SMA) show a special behavior known as the shape memory effect due to a phase transition. Below a material-specific critical temperature, an FGL component is in particular in the martensite phase and can already be (apparently) plastically by low forces deform. However, heating up to another critical temperature will restore the original part shape within milliseconds, and the material behaves like a normal metal according to Hooke's Law. The inventors have found that such shape memory material components are particularly suitable for generating a microfluid free jet due to the force-deflection characteristics that can be realized with these components. Preferred embodiments of a shape memory material actuator will be described below.
Ein Aktuator der Mikrodosiereinrichtung ist vorzugsweise ein Formgedächtnismaterial- Aktuator, kann aber auch ein Aktuator ohne Formgedächtnismaterial sein, insbesondere eine elektromechanischer Aktuator oder ein piezoelektrischer Aktuator. An actuator of the microdosing device is preferably a shape memory material actuator, but may also be an actuator without shape memory material, in particular an electromechanical actuator or a piezoelectric actuator.
Für die Aktuierung werden im Rahmen dieser Erfindung vorzugsweise Aktuatoren verwendet, die zumindest abschnittsweise oder vollständig aus einer Formgedächtnislegierung (FGL) bestehen oder diese aufweisen. Diese werden als Formgedächtnismaterial-Aktuatoren oder FGL- Aktuatoren bezeichnet. Im Vergleich zu anderen Aktuatoren besitzen FGL-Aktuatoren eine besonders hohe Energiedichte, so dass bereits sehr kompakte Aktuatoren zum Antrieb der hier definierten Mikrodosiereinrichtungen geeignet sind. Ein weiterer entscheidender Vorteil beim Einsatz der FGL-Aktuatoren, insbesondere gegenüber piezoelektrischen Aktuatoren ist, dass der Betrieb der FGL-Aktuatoren bei einer relativ geringen Spannung erfolgen kann, die insbesonder zwischen 3 V und 10 V, insbesondere bei 5 V liegt. Die erforderlichen Spannungsquellen sind kompakt, so dass sich die vorliegenden Mikrodosiereinrichtungen insbesondere für die Konstruktion portabler Dosiervorrichtungen, insbesondere Pipettiervorrichtungen und Mikrodosiervorrichtungen eignen. For the actuation preferably actuators are used in the context of this invention, which at least partially or completely consist of or have a shape memory alloy (SMA). These are referred to as shape memory material actuators or FGL actuators. In comparison to other actuators, FGL actuators have a particularly high energy density, so that already very compact actuators are suitable for driving the microdosage devices defined here. Another key advantage of using the FGL actuators, particularly over piezoelectric actuators, is that the operation of the FGL actuators can be done at a relatively low voltage, more particularly between 3V and 10V, especially at 5V. The required voltage sources are compact so that the present microdosing devices are particularly suitable for the construction of portable metering devices, in particular pipetting devices and microdosing devices.
Vorzugsweise weist der Formgedächtnismaterial-Aktuator eine NiTi-Legierung auf oder besteht aus dieser. Eine NiTi-Legierung (auch bekannt unter dem Handelsnamen Nitinol) ist insbesondere biokompatibel. Sie ermöglicht Formänderungen von insbesondere bis zu 8%, wodurch sich insbesondere in effizienter Weise Mikrodosierkammern mit verdrängten Mikrovolumina im Mikroliterbereich und im Submikroliterbereich erzeugen lassen. Besonders bevorzugt weist der Formgedächtnismaterial-Aktuator eine Legierung auf der Basis von TiNiCu auf. Diese ist im Vergleich zum herkömmlichen NiTi besonders ermüdungsresistent und garantiert deshalb insbesondere eine hohe Zuverlässigkeit der Mikrodosiereinrichtung über deren gesamte Lebensdauer. Die Phasenübergangs- oder Schalttemperaturen des Materials lassen sich mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (engl. DSC) bestimmen, siehe Figur 6. In dieser Messung erscheint der für die Aktuierung wichtige Phasenübergang als Peak. Aus dem Diagramm lässt sich entnehmen, dass für ein Schalten eines NiTi-Aktuators die Temperatur auf mindestens 67 °C erhöht werden muss; für das Zurückstellen muss die Temperatur wiederum auf höchstens 50 °C gesenkt werden. Preferably, the shape memory material actuator comprises or consists of a NiTi alloy. A NiTi alloy (also known under the trade name Nitinol) is particularly biocompatible. In particular, it allows changes in shape of up to 8%, which in particular efficiently produce microdosage chambers with displaced micro volumes in the microliter range and in the submicroliter range to let. The shape memory material actuator particularly preferably has an alloy based on TiNiCu. This is particularly fatigue-resistant in comparison to the conventional NiTi and therefore guarantees, in particular, a high reliability of the microdosing over its entire life. The phase transition or switching temperatures of the material can be determined by means of differential scanning calorimetry (DSC), see FIG. 6. In this measurement, the phase transition important for the actuation appears as a peak. It can be seen from the diagram that for switching a NiTi actuator, the temperature must be raised to at least 67 ° C; for the reset, the temperature must be lowered again to a maximum of 50 ° C.
Vorzugsweise werden Film-basierte FGL- Aktuatoren verwendet. Die FGL liegt dabei als Film vor, der eine Dicke zwischen 5 pm und 50 pm, insbesondere zwischen 10 und 30 pm, insbesondere ca. 20 pm aufweist. Diese ermöglicht ein Einstellen der Kräfte und Stellwege durch Anpassung der zweidimensionalen Geometrie. Die im Verhältnis zum Volumen sehr große Oberfläche bleibt dabei erhalten und sorgt für eine schnelle Wärmeabgabe bzw. Rückstellung des FGL-Aktuators im stromlosen Zustand. Preferably, film-based FGL actuators are used. The FGL is present as a film which has a thickness between 5 pm and 50 pm, in particular between 10 and 30 pm, in particular approximately 20 pm. This allows adjusting the forces and travel paths by adjusting the two-dimensional geometry. The surface, which is very large in relation to the volume, is retained and ensures rapid heat release or resetting of the FGL actuator in the de-energized state.
Vorzugsweise ist ein FGL-Aktuator in langgestreckter Form, insbesondere drahtförmig oder stegförmig, und insbesondere aus einem FGL-Film gefertigt, ausgebildet. Die Enden des FGL-Aktuators werden elektrisch kontaktiert. Ein FGL-Aktuator wird vorzugsweise so am Ventil angeordnet, dass die Belastung des FGL-Aktuators im Wesentlichen eine Zugbelastung ist. Ein langgestreckter FGL-Aktuator kann in der nicht- aktivierten Form in einer gekrümmten Geometrie angeordnet werden. Die aktivierte Form kann eine weniger gekrümmte Form oder eine gerade Ausrichtung aufweisen, insbesondere kann der langgestreckte FGL-Aktuator in der aktivierten, geraden Form eine geringere Länge aufweisen als in der nicht aktivierten, stärker gekrümmten Form. Durch die Kontraktion bei Aktivierung kann eine Kraft auf einen Ventilstößel ausgeübt werden, wenn die Enden des Aktuators an einem Basiskörper des Ventils verankert sind. Der FGL-Aktuator wird vorzugsweise so angeordnet, dass der Krümmungsradius stets mindestens dem 50-fachen des Durchmessers senkrecht zur Längsrichtung des langgestreckten Aktuators entspricht, um das Risiko einer Beschädigung des FGL- Aktuators zu reduzieren. Der Durchmesser bzw. die benötigte Stegbreite eines stegförmigen FGL-Aktuators wird vorzugsweise auf den Bedarf an Stellkraft angepasst, der für die Realisierung des gewünschten Ventils erforderlich ist. Kraft-Auslenkungs- Kennlinien von FGL-Aktuatoren sind mittels einer Zugprüfmaschine bestimmbar. Der FGL-Aktuator kann insbesondere auch als Feder geformt sein, insbesondere Schrauben- , Spiral- oder Biegefeder. Eine solche Feder kann in der ersten Position entspannt sein und in der zweiten Position gespannt sein. Preferably, a FGL actuator in elongated form, in particular wire-shaped or web-shaped, and in particular made of a FGL film is formed. The ends of the FGL actuator are electrically contacted. An SMA actuator is preferably arranged on the valve such that the load on the SMA actuator is essentially a tensile load. An elongated FGL actuator can be arranged in a non-activated form in a curved geometry. The activated shape may have a less curved shape or a straight orientation, in particular the elongated FGL actuator may have a shorter length in the activated, straight shape than in the non-activated, more curved shape. The contraction upon activation may exert a force on a valve lifter when the ends of the actuator are anchored to a base body of the valve. The FGL actuator is preferably arranged so that the radius of curvature is always at least 50 times the diameter perpendicular to the longitudinal direction of the elongate actuator in order to reduce the risk of damaging the FGL. To reduce actuator. The diameter or the required web width of a web-shaped FGL actuator is preferably adapted to the need for actuating force, which is required for the realization of the desired valve. Force-deflection characteristics of FGL actuators can be determined by means of a tensile tester. The FGL actuator may in particular also be shaped as a spring, in particular helical, spiral or spiral spring. Such a spring may be relaxed in the first position and tensioned in the second position.
Das Ventil kann mehr als einen Aktuator aufweisen, insbesondere mindestens zwei Aktuatoren, die zur Auslenkung eines Ventilstößels angeordnet sind. Insbesondere können zwei FGL-Aktuatoren verwendet werden. The valve may have more than one actuator, in particular at least two actuators which are arranged for the deflection of a valve tappet. In particular, two FGL actuators can be used.
Mittels des mindestens einen Aktuators bzw. der Aktuatoreinrichtung wird die Auslenkung des Ventilstößels aus einer ersten in eine zweite Position bewirkt, wobei das Ventil in der zweiten Position geöffnet ist, also die Durchlassöffnung des Luftkanals öffnet. By means of the at least one actuator or the actuator device, the deflection of the valve stem is effected from a first to a second position, wherein the valve is open in the second position, that opens the passage opening of the air channel.
Vorzugsweise weist das Ventil eine Aktuatoreinrichtung auf. Diese weist vorzugsweise einen oder mehrere Aktuatoren auf, insbesondere FGL-Aktuatoren, insbesondere genau zwei Aktuatoren oder mehr als zwei Aktuatoren, insbesondere FGL-Aktuatoren. Vorzugsweise werden zwei langgestreckte, insbesondere stegförmige, vorzugsweise auf Film-Basis hergestellte FGL-Aktuatoren einander überkreuzend, also kreuzförmig bzw. X-förmig, oberhalb eines Verdrängungselements angeordnet. Die Kreuzungsstelle der FGL-Aktuatoren ist vorzugsweise zentral oberhalb eines Auflageabschnitts des Ventilstößels angeordnet, wobei die Enden der FGL-Aktuatoren an einem Basiskörper des Ventils verankert sind. Die FGL-Aktuatoren sind vorzugsweise oberhalb der Auflagestelle so gespannt, dass die Kreuzungsstelle jeweils eine Krümmungsstelle des FGL-Aktuators bildet. Dadurch wird, wie in den Figuren 3a, 3b und 3c beispielhaft dargestellt ist, ein schalenartiger Bereich der Aktuatoranordnung gebildet, durch die sich die Aktuatoranordnung oberhalb der Auflagestelle zentriert und eine präzise entlang der linearen Bewegungsrichtung zwischen der ersten und zweiten Position nach unten gerichtete Kraft erzeugt, die eine entsprechend präzise Auslenkung des Ventilstößels zur Folge hat. Preferably, the valve has an actuator device. This preferably has one or more actuators, in particular FGL actuators, in particular exactly two actuators or more than two actuators, in particular FGL actuators. Preferably, two elongated, in particular web-shaped, preferably film-based, FGL actuators are arranged one above the other, ie cross-shaped or X-shaped, above a displacement element. The intersection of the FGL actuators is preferably located centrally above a support portion of the valve lifter, with the ends of the FGL actuators anchored to a base body of the valve. The FGL actuators are preferably stretched above the support point in such a way that the intersection always forms a point of curvature of the FGL actuator. As a result, as shown by way of example in FIGS. 3a, 3b and 3c, a shell-like region of the actuator arrangement is formed, through which the actuator arrangement centers above the contact point and down along the linear direction of movement between the first and second position directed force generated, which has a correspondingly precise deflection of the valve stem result.
Falls mehrere FGL-Aktuatoren vorgesehen sind, können diese durch ein Verbindungsglied gekoppelt sein. Dadurch wird die Auslenkung der Aktuatoren weiter synchronisiert und der Kraftvektor der so gebildeten Aktuatoreinrichtung wird beeinflusst. Bei einer X-förmigen Anordnung kann ein Verbindungsglied an der Kreuzungsstelle vorgesehen sein; dadurch wird der bei Kontraktion der FGL-Aktuatoren senkrecht nach unten wirkende Kraftvektor ausgerichtet, und die FGL-Aktuatoren werden an der Kreuzungsstelle in Position gehalten. Das Verbindungsglied kann auch so gestaltet sein, dass die FGL-Aktuatoren einander nicht mechanisch kontaktieren und insbesondere durch das Verbindungsglied elektrisch voneinander isoliert sind. If several FGL actuators are provided, these may be coupled by a link. As a result, the deflection of the actuators is further synchronized and the force vector of the actuator device thus formed is influenced. In an X-shaped arrangement, a link may be provided at the intersection; this aligns the force vector, which acts vertically downwards on contraction of the FGL actuators, and keeps the FGL actuators in position at the intersection. The connection member may also be designed such that the FGL actuators do not contact each other mechanically and in particular are electrically insulated from one another by the connection member.
Vorzugsweise weist die Aktuatoreinrichtung mindestens ein Kopplungselement auf, um den mindestens einen Aktuator, insbesondere FGL-Aktuator, mit dem Ventilstößel und/oder einem Basiskörper des Ventils zu verbinden. Der Ventilstößel ist gegenüber dem Basiskörper insbesondere beweglich angeordnet. Ein FGL-Aktuator kann durch eine oder mehrere Verbindungseinrichtungen mit dem Basiskörper verbunden sein. Insbesondere kann ein FGL-Aktuator mit dem Basiskörper oder mit einem am Basiskörper befestigten Bauteil, z.B. einer Platine des Ventils, stoffschlüssig verbunden sein, insbesondere verlötet sein. Ein FGL-Aktuator ist vorzugsweise gegenüber dem Basiskörper und vorzugsweise gegenüber anderen FGL-Aktuatoren und anderen Teilen elektrisch isoliert, während vorzugsweise seine Enden mit einer Spannungsquelle verbunden bzw. verbindbar sind. Preferably, the actuator device has at least one coupling element in order to connect the at least one actuator, in particular the FGL actuator, with the valve tappet and / or a base body of the valve. The valve tappet is in particular arranged to be movable relative to the base body. An FGL actuator may be connected to the base body by one or more connecting means. In particular, an FGL actuator may be coupled to the base body or to a component attached to the base body, e.g. a board of the valve, be materially connected, in particular soldered. An FGL actuator is preferably electrically isolated from the base body and preferably from other FGL actuators and other parts, while preferably its ends are connected to a voltage source.
Die lineare Bewegung des Ventilstößels erfolgt vorzugsweise so, dass der Ventilstößel bei seiner Auslenkung von der ersten in die zweite Position von der Durchlassöffnung weg bewegt wird, und umgekehrt, bei der Rückbewegung in die erste Position in Richtung der Durchlassöffnung bewegt wird. The linear movement of the valve stem is preferably carried out so that the valve stem is moved in its deflection from the first to the second position away from the passage opening, and vice versa, is moved in the return movement in the first position in the direction of the passage opening.
Die Mikrodosiereinrichtung bzw. ein Ventil, insbesondere das erste und/oder das zweite Ventil, weist vorzugsweise einen Basiskörper auf. Der Basiskörper ist vorzugsweise integral gebildet, kann aber auch mehrteilig ausgebildet sein. Er besteht vorzugsweise aus Metall, Kunststoff oder Keramik, oder weist solche Werkstoffe auf. Der Basiskörper bildet insbesondere den Luftkanal aus. Es ist auch bevorzugt, dass der Luftkanal durch mindestens ein rohrförmiges Bauteil gebildet ist. Vorzugsweise weist das Ventil eine Membran auf, die im ersten Zustand des Ventils von einem Ventilstößel ausgelenkt ist und die Durchlassöffnung luftdicht verschließt, um die Ausbildung des Überdrucks in dem ersten Luftkanalabschnitt gegenüber dem zweiten Luftkanalabschnitt zu ermöglichen. The microdosing device or a valve, in particular the first and / or the second valve, preferably has a base body. The base body is preferably formed integrally, but can also be designed in several parts. It is preferably made of metal, plastic or ceramic, or has such materials. The base body forms in particular the air duct. It is also preferred that the air duct is formed by at least one tubular component. Preferably, the valve has a diaphragm, which is deflected in the first state of the valve by a valve stem and the passage opening closes airtight, to allow the formation of the overpressure in the first air duct section relative to the second air duct section.
Der Basiskörper kann ein erstes Teil aufweisen, das den Luftkanal bildet. Ein zweites Teil des Basiskörpers kann vorgesehen sein, um mit dem ersten Teil verbunden zu werden. Der zweite Teil kann insbesondere mindestens einen Führungsabschnitt oder Führungskanal aufweisen, um den Ventilstößel bei der Auslenkung zu führen und an einer Längsrichtung des Ventils des Ventils auszurichten. Zwischen dem ersten und zweiten Teil kann die Membran angeordnet werden, insbesondere befestigt werden, insbesondere durch Klemmen zwischen dem ersten und zweiten Teil befestigt werden. Die Membran kann insbesondere die Durchgangsöffnung abdichten und/oder kann insbesondere als Rückstellelement für das Rückstellen des Ventilstößels von der zweiten in die erste Position dienen. Das zweite Teil, oder eine darauf angeordnete Platine, kann insbesondere als Träger für die Aktuatoreinrichtung bzw. den einen oder die mehreren Aktuatoren eingerichtet sein, die insbesondere am zweiten Teil oder der Platine verankert sein können. The base body may have a first part that forms the air channel. A second part of the base body may be provided to be connected to the first part. In particular, the second part can have at least one guide section or guide channel in order to guide the valve tappet during the deflection and to align it with a longitudinal direction of the valve of the valve. Between the first and second part, the membrane can be arranged, in particular fastened, in particular be fastened by clamping between the first and second part. In particular, the membrane can seal the passage opening and / or can serve in particular as a return element for returning the valve tappet from the second to the first position. The second part, or a board arranged thereon, can in particular be designed as a carrier for the actuator device or the one or more actuators, which can be anchored in particular to the second part or the circuit board.
Der Ventilstößel ist insbesondere ein Kolben-artiges Teil. Die Form des Ventilstößels ist vorzugsweise an seine Auslenkung mithilfe einer Führungseinrichtung angepasst. Insbesondere kann der Ventilstößel zylinderförmig sein oder einen oder mehrere zylinderförmige Abschnitte aufweisen. The valve stem is in particular a piston-like part. The shape of the valve stem is preferably adapted to its deflection by means of a guide device. In particular, the valve tappet may be cylindrical or have one or more cylindrical sections.
Vorzugsweise weist das Ventil eine Membran auf. Eine als Dichtungselement und/oder als Rückstellelement dienende Membran besteht vorzugsweise aus Polydimethylsiloxan (PDMS), insbesondere flexiblen oder hochflexiblem PDMS oder Silikon, oder weist solches Material auf. Die Dicke der Membran beträgt vorzugsweise zwischen 50 pm und 500 pm, vorzugsweise zwischen 100 pm und 300 pm, vorzugsweise zwischen 150 pm und 250 pm, und vorzugsweise etwa 200 pm. Preferably, the valve has a membrane. A membrane serving as a sealing element and / or as a restoring element is preferably made of polydimethylsiloxane (PDMS), in particular flexible or highly flexible PDMS or silicone, or comprises such material. The thickness of the membrane is preferably between 50 pm and 500 pm, preferably between 100 pm and 300 pm, preferably between 150 pm and 250 pm, and preferably about 200 pm.
Vorzugsweise weist das Ventil ein Rückstellelement auf, das elastisch verformbar ist und das durch die Auslenkung gespannt wird, und mit dem auf den Ventilstößel eine Rückstellkraft ausübbar ist, um diesen nach der Auslenkung von der ersten Position in die zweite Position zurückzustellen. Insbesondere kann eine als Dichtungselement dienende Membran auch als Rückstellelement dienen. Vorzugsweise ist das Rückstellelement eine Feder, die zwischen Basiskörper und Ventilstößel angeordnet ist. Ferner kann das Rückstellelement ein Aktuator sein, der insbesondere von der elektrischen Steuereinrichtung angesteuert wird. Ein elastisch verformbares Bauteil, insbesondere eine Feder, kann auch als Antriebselement der Auslenkung angeordnet werden, das vom Aktuator gespannt wird - in diesem Fall wird die Durchlassöffnung z.B, durch Lösen einer Rastverbindung, die den Ventilstößel in der ersten Position hält, geöffnet. Preferably, the valve has a restoring element, which is elastically deformable and which is tensioned by the deflection, and with which a restoring force is exerted on the valve stem, in order to reset this after the deflection from the first position to the second position. In particular, a membrane serving as a sealing element can also serve as a restoring element. Preferably, the return element is a spring which is arranged between the base body and the valve tappet. Furthermore, the restoring element may be an actuator, which is actuated in particular by the electrical control device. An elastically deformable component, in particular a spring, can also be arranged as a drive element of the deflection, which is tensioned by the actuator - in this case, the passage opening, for example, by releasing a latching connection, which holds the valve stem in the first position opened.
Vorzugsweise weist die Mikrodosiereinrichtung die dritte Öffnung auf, die insbesondere als ein verschließbarer Bypasskanal ausgebildet sein kann, der im geöffneten Zustand den ersten Luftkanalabschnitt mit dem Außenraum verbindet, insbesondere dem Umgebungsdruck. Die dritte Öffnung bzw. der Bypasskanal dient insbesondere zum Ventilieren des ersten Luftkanalabschnitts bzw. zum Druckausgleich des mit dem Bypasskanal fluidisch verbundenen bzw. wahlweise verbindbaren ersten Luftkanalabschnitts. Preferably, the microdosing on the third opening, which may be formed in particular as a closable bypass channel, which connects the first air duct section with the outside space in the open state, in particular the ambient pressure. The third opening or the bypass channel is used, in particular, for ventilating the first air duct section or for equalizing the pressure of the first air duct section that is fluidically connected to or selectively connectable to the bypass duct.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist die Mikrodosiereinrichtung zur wiederholten Abgabe eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe eingerichtet. Die Mikrodosiereinrichtung kann so als Dispensiervorrichtung bzw. in einem Dispensiermodus betrieben werden. Ein erfindungsgemäßes System weist insbesondere eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung und eine Pipettiervorrichtung auf, und/oder mindestens ein Gerät, mittels dessen Steuereinrichtung die Mikrodosiereinrichtung, insbesondere deren erstes und/oder zweites Ventil steuerbar sind. In bevorzugten Ausführungsformen ist eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung auch zur Aufnahme einer Fluidprobe eingerichtet, indem eine Fluidprobe im zweiten Zustand des ersten Ventils -und falls vorgesehen: im ersten Zustand des zweiten Ventils- durch das Verdrängungselement in den Fluidtransferbehälter angesaugt wird. In further preferred embodiments, the microdosing device is set up for the repeated delivery of a microdosage volume of a fluid sample. The microdosing device can thus be operated as a dispensing device or in a dispensing mode. A system according to the invention has, in particular, a microdosing device according to the invention and a pipetting device, and / or at least one device, by means of the control device of which the microdosing device, in particular its first and / or second valve, can be controlled. In preferred embodiments, a microdosage device according to the invention is also adapted to receive a fluid sample by sucking a fluid sample through the displacement element into the fluid transfer container in the second state of the first valve and, if provided: in the first state of the second valve.
Vorzugsweise ist die Mikrodosiereinrichtung als eine Pipettiereinrichtung ausgebildet, mit der über den Fluidkanal eine Fluidprobe ansaugbar und abgebbar ist. Das Ansaugen kann durch ein (herkömmliches) Kolbenelement einer handgehaltenen Kolbenhubpipette bzw. Luftpolsterpipette oder eines Dispensers erfolgen. Vorzugsweise ist die Mikrodosiereinrichtung dazu ausgebildet, dass das Verdrängungselement wahlweise ein Mikroluftvolumen ansaugt oder verdrängt. The microdosing device is preferably designed as a pipetting device, with which a fluid sample can be sucked in and discharged via the fluid channel. The suction can be done by a (conventional) piston element of a hand-held Kolbenhubpipette or air cushion pipette or a dispenser. Preferably, the micro-metering device is designed so that the displacement element optionally sucks or displaces a micro air volume.
Eine erfindungsgemäße Pipettiervorrichtung, insbesondere eine mit der Mikrodosiereinrichtung versehene kommerzielle Pipettiervorrichtung, zur dosierten Aufnahme und Abgabe von Fluidproben, weist vorzugsweise auf: eine Kolbenkammer, die die Luftkammer bildet, einen in der Kolbenkammer angeordneten, beweglichen Kolben, der das Verdrängungselement bildet, zum Ansaugen von Luft in die Kolbenkammer und zur Abgabe der Luft aus der Kolbenkammer, einen Pipettierkanal, der die Kolbenkammer mit dem Außenraum der Kolbenkammer verbindet. Erfindungsgemäß ist eine derartige Pipettiervorrichtung versehen mit einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung, deren erste Öffnung mit der Kolbenkammer und/oder dem Pipettierkanal verbindbar ist, so dass von der Pipettiervorrichtung mittels der Mikrodosiereinrichtung ein Mikrodosiervolumen einer Fluidprobe dosierbar und in Form eines Mikrofluidjets über den Pipettierkanal an den Außenraum abgebbar ist. A pipetting device according to the invention, in particular a commercial pipetting device provided with the microdosing device for metering and dispensing fluid samples, preferably comprises: a piston chamber, which forms the air chamber, a movable piston arranged in the piston chamber, which forms the displacement element, for sucking Air in the piston chamber and for the delivery of air from the piston chamber, a pipetting channel that connects the piston chamber with the outside of the piston chamber. According to the invention, such a pipetting device is provided with a microdosing device according to the invention, the first opening of which can be connected to the piston chamber and / or the pipetting channel, so that a microdosage volume of a fluid sample can be metered from the pipetting device by means of the microdosing device and delivered to the outside via the pipetting channel in the form of a microfluid jet is.
Die Erfindung betrifft ferner eine Pipettiervorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls, aufweisend eine Luftkammer, ein Verdrängungselement, insbesondere ein Kolbenelement, das zur Auslenkung zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position und zum Verdrängen eines Mikrovolumens der Luftkammer eingerichtet ist, wobei die Pipettiervorrichtung vorzugsweise einen Formgedächtnismaterial-Aktuator aufweist, der insbesondere zur Auslenkung des Verdrängungselements angeordnet ist, wobei die Pipettiervorrichtung einen Kolbenantrieb aufweist, insbesondere einen elektrischen Motor, der das Kolbenelement antreibt, wobei die Luftkammer die Kolbenkammer zur Aufnahme des innerhalb der Kolbenkammer beweglich angeordneten Kolbens bildet, so dass insbesondere Kolben und Kolbenkammer nach Art einer konventionellen Kolbenhubpipette oder nach Art eines konventionellen Dispensers arbeiten. Insbesondere ein mittels FGL-Aktuator betriebenes erstes Ventil erlaubt hier in Kombination mit dem Kolbenantrieb wahlweise eine sehr genaue Mikrodosierung oder eine Dosierung größerer Volumina, wodurch die Pipettiervorrichtung flexibel einsetzbar ist. Wird der Formgedächtnismaterial-Aktuator vorgesehen, kann die Pipettiervorrichtung dazu eingerichtet sein, die Aufnahme und/oder Kompression von Mikrovolumina mittels einer durch den FGL-Aktuator bewirkten Bewegung des Verdrängungselements durchzuführen. Alternativ oder zusätzlich kann die Aufnahme und/oder Kompression der Mikrovolumina durch den Kolbenantrieb bewirkt werden. Im zweiten, geöffneten Zustand des ersten Ventils kann das Pipettieren von insbesondere größeren Volumina (größer gleich 2 pm) mittels des Kolbenantriebs erfolgen, also durch konventionelle Mittel bewirkt werden. The invention further relates to a pipetting device with a microdosing device according to the invention for generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet, comprising an air chamber, a displacement element, in particular a piston element, for deflection between a first position and a second position and for displacing a microvolume of the air chamber is set, wherein the pipetting preferably a Shape memory material actuator which is arranged in particular for deflecting the displacement element, wherein the pipetting device comprises a piston drive, in particular an electric motor which drives the piston element, wherein the air chamber forms the piston chamber for receiving the piston movably disposed within the piston chamber, so in particular Piston and piston chamber in the manner of a conventional Kolbenhubpipette or working in the manner of a conventional dispenser. In particular, a first valve operated by means of an FGL actuator allows, in combination with the piston drive, optionally a very precise microdosing or a dosing of larger volumes, as a result of which the pipetting device can be used flexibly. When the shape memory material actuator is provided, the pipetting device may be configured to perform microvolume uptake and / or compression by means of a movement of the displacement element caused by the FGL actuator. Alternatively or additionally, the recording and / or compression of the microvolumes can be effected by the piston drive. In the second, opened state of the first valve, the pipetting of in particular larger volumes (greater than or equal to 2 pm) can be effected by means of the piston drive, that is to say be effected by conventional means.
Das Verdrängungselement kann insbesondere mittels eines FGL-Aktuators angetrieben sein, der Bestandteil der Mikrodosiereinrichtung oder der Pipettiervorrichtung sein kann. The displacement element may in particular be driven by means of a FGL actuator, which may be part of the microdosing device or the pipetting device.
Eine typische Verwendung der Mikrodosiereinrichtung liegt in der Dosierung von biologischen, biochemischen, chemischen oder medizinischen Fluidproben in einem Labor. A typical use of the microdosing device is in the dosing of biological, biochemical, chemical or medical fluid samples in a laboratory.
Die Mikrodosiereinrichtung, oder die Mikrodosiervorrichtung oder die Pipettiervorrichtung, die eine Mikrodosiereinrichtung aufweist, oder ein externes Gerät weist vorzugsweise eine elektrische Steuereinrichtung auf, um das mindestens eine steuerbare Ventil, insbesondere das erste und/oder das zweite Ventil, insbesondere einen Aktuator bzw. FGL-Aktuator zu steuern. Es handelt sich insbesondere um eine interne Steuereinrichtung, wenn diese nicht in einem externen Gerät angeordnet ist. Die Mikrodosiereinrichtung weist vorzugsweise eine elektrische Spannungsquelle, insbesondere eine Batterie auf, um den Aktuator bzw. den FGL-Aktuator mit Energie zu versorgen. Alternativ oder zusätzlich ist eine Schnittstelle zum Anschluss einer externen Spannungsquelle vorgesehen. Ein externes Gerät oder externes Teil ist kein Bestandteil der Mikrodosiereinrichtung und kann insbesondere durch eine Verbindungseinrichtung, z.B. Kabel, mit der Mikrodosiereinrichtung verbindbar oder verbunden sein. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, das mindestens eine Ventil zu steuern, insbesondere um die Auslenkung des Ventilstößels von der ersten Position in die zweite Position zu bewirken. Sie kann zusätzlich oder alternativ auch dazu eingerichtet sein, die Auslenkung des Verdrängungselements zu steuern. Dabei ist die Steuereinrichtung vorzugsweise dazu eingerichtet, dass der Aktuator eine Kraft auf den Ventilstößel ausübt, die diesen von der ersten Position in die zweite Position bewegt, insbesondere schlagartig beschleunigt. Vorzugsweise wird der Aktuator von der Steuereinrichtung so gesteuert, dass der Aktuator eine Kraft auf den Ventilstößel auch dann ausübt, nachdem der Ventilstößel die zweite Position erreicht hat, insbesondere an einem Anschlag des Basiskörpers des Ventils anschlägt. The microdosing device, or the microdosing device or the pipetting device, which has a microdosing device, or an external device preferably has an electrical control device, around which at least one controllable valve, in particular the first and / or the second valve, in particular an actuator or Actuator control. It is in particular an internal control device, if it is not arranged in an external device. The microdosing device preferably has an electrical voltage source, In particular, a battery to supply the actuator or the FGL actuator with energy. Alternatively or additionally, an interface for connecting an external voltage source is provided. An external device or external part is not part of the microdosing device and can in particular be connected or connected to the microdosage device by means of a connection device, eg cable. The control device is preferably configured to control the at least one valve, in particular to effect the deflection of the valve stem from the first position to the second position. It may additionally or alternatively also be set up to control the deflection of the displacement element. In this case, the control device is preferably configured so that the actuator exerts a force on the valve tappet, which moves it from the first position to the second position, in particular abruptly accelerates. Preferably, the actuator is controlled by the control device so that the actuator exerts a force on the valve stem even after the valve stem has reached the second position, in particular abuts against a stop of the base body of the valve.
Alternativ kann die Mikrodosiereinrichtung ein elastisch verformbares Antriebselement aufweisen, insbesondere eine Feder, das durch den Aktuator gespannt wird, insbesondere elastisch komprimiert oder expandiert wird, und das durch seine Entspannung die Kraft auf den Ventilstößel ausübt, die diesen von der ersten Position in die zweite Position bewegt. Dabei kann der Ventilstößel in der zweiten Position durch eine Fixierungseinrichtung lösbar fixiert sein, insbesondere verrastet sein. Es kann eine Auslöseeinrichtung vorgesehen sein, um die Fixierung zu lösen, damit das Antriebselement die Auslenkung durchführt. Alternatively, the micro-metering device may comprise an elastically deformable drive element, in particular a spring, which is tensioned by the actuator, in particular elastically compressed or expanded, and which by its relaxation exerts the force on the valve tappet, the latter from the first position to the second position emotional. In this case, the valve stem can be releasably fixed in the second position by a fixing device, in particular be locked. It can be provided a triggering device to release the fixation, so that the drive element performs the deflection.
Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, die Auslenkung eines FGL- Aktuators von der ersten in die zweite Position zu steuern. Dazu ist der FGL-Aktuator insbesondere an einer ersten Kontaktstelle und einer zweiten Kontaktstelle elektrisch kontaktiert, um bei Anliegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Kontaktstellen von einem Strom durchflossen zu werden, der den FGL-Aktuator erwärmt, um durch den Formgedächtniseffekt (FGE) die Auslenkung zu bewirken. Die Steuereinrichtung ist insbesondere dazu eingerichtet, um den zeitlichen Verlauf und die Amplitude der am FGL-Aktuator angelegten Spannung vorzugeben. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den FGL-Aktuator mit einem sehr kurzen Spannungs- bzw. Stromimpuls zu aktivieren. Die Zeitspanne beträgt vorzugsweise einige 10 Millisekunden (ms), vorzugsweise 1 ms bis 100 ms, vorzugsweise 10 ms bis 100 ms, insbesondere etwa 10 ms. Dadurch wird ein schnelles Auslenken des FGL-Aktuators erreicht. Vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den FGL-Aktuator, insbesondere nach einer Zeitspanne des Aktivierens, durch eine Pulsweitenmodulation anzusteuern. Dies erfolgt insbesondere so, dass die effektive Spannung soweit gedrosselt wird, dass die Schaltposition bzw. die mechanische Spannung des FGL- Aktuators gerade gehalten werden kann. The control device is in particular configured to control the deflection of a FGL actuator from the first to the second position. For this purpose, the FGL actuator is electrically contacted, in particular at a first contact point and a second contact point, in order to flow through an electric current between the two contact points of a current that heats the FGL actuator to the shape memory effect (FGE) the Cause deflection. The control device is in particular configured to control the time course and the Amplitude of the voltage applied to the FGL actuator. Preferably, the control device is adapted to activate the FGL actuator with a very short voltage or current pulse. The time period is preferably a few 10 milliseconds (ms), preferably 1 ms to 100 ms, preferably 10 ms to 100 ms, in particular about 10 ms. This achieves a fast deflection of the FGL actuator. Preferably, the control device is adapted to control the FGL actuator, in particular after a period of activation, by a pulse width modulation. This is done in particular so that the effective voltage is throttled so far that the switching position or the mechanical stress of the FGL actuator can be kept straight.
Die Steuereinrichtung weist insbesondere eine elektronische Datenverarbeitungseinrichtung auf, insbesondere eine CPU oder einen Mikroprozessor. Die Steuereinrichtung kann programmgesteuert sein, insbesondere mittels Programmparameter, die Zeitpunkt und/oder Art der Auslenkung des Verdrängungselements der Mikrodosiereinrichtung festlegen. Es ist aber auch möglich, die Steuerung der Mikrodosiereinrichtung durch analogelektronische Ansteuerung des Aktuators zu realisieren, also ohne eine Datenverarbeitungseinrichtung. The control device has in particular an electronic data processing device, in particular a CPU or a microprocessor. The control device can be program-controlled, in particular by means of program parameters, which determine the point in time and / or the type of deflection of the displacement element of the microdosing device. But it is also possible to realize the control of the microdosing by analog-electronic control of the actuator, ie without a data processing device.
Die Mikrodosiereinrichtung, oder die Mikrodosiervorrichtung oder die Pipettiervorrichtung, die eine Mikrodosiereinrichtung aufweist, oder ein externes Gerät, weist vorzugsweise eine Benutzerschnittstelleneinrichtung auf, mit der ein Benutzer die elektrische Steuereinrichtung steuert, insbesondere indem er die zur Steuerung der Mikrodosiereinrichtung verwendeten, insbesondere Steuersignale erzeugenden, Programmparameter durch Benutzereingaben beeinflusst oder indem er, im Fall einer analogelektronischen Steuerung, die Abgabe oder Aufnahme des gewünschten Mikrodosiervolumens und die Erzeugung der Steuersignale auslöst, die den Aktuator des mindestens einen Ventils aktivieren und/oder deaktivieren. Die Benutzerschnittstelleneinrichtung kann jeweils einen oder mehrere elektrische Schalter, Knöpfe und/oder Sensoren aufweisen, und kann Ausgabeeinrichtungen, z.B. Anzeigen, insbesondere ein Display aufweisen. Die Steuereinrichtung kann mindestens eine elektrische Schnittstelle aufweisen, mit der Steuersignale austauschbar sind, insbesondere mit einem externen Gerät austauschbar sind. Insbesondere kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, von einem externen Gerät gesteuert zu werden, so dass die Steuereinrichtung, und damit die Mikrodosiereinrichtung oder Mikrodosiervorrichtung von einem externen Gerät mittels der elektrischen Schnittstelle steuerbar ist. Die Steuereinrichtung kann insbesondere als Steuerungsschnittstelle zwischen der Steuereinrichtung eines externen Geräts und mindestens einer Mikrodosiereinrichtung bzw. einer Mikrodosiervorrichtung ausgebildet sein. Die Steuerungsschnittstelle kann eine elektrische Schaltung aufweisen, um mindestens einen Aktuator der aus mindestens einer Mikrodosiereinrichtung in Abhängigkeit von einem Steuersignal mit Spannung zu beaufschlagen. Das Steuersignal kann dabei von einer internen Steuereinrichtung oder einer externen Steuereinrichtung erzeugt werden. Die Spannungsversorgung für mindestens einen Aktuator aus mindestens einer Mikrodosiereinrichtung kann in die Steuereinrichtung integriert sein oder kann über die mindestens eine elektrische Schnittstelle realisiert werden. The microdosing device, or the microdosing device or the pipetting device, which has a microdosing device, or an external device, preferably has a user interface device, with which a user controls the electrical control device, in particular by using the program parameters used to control the microdosage device, in particular generating control signals influenced by user input or by, in the case of an analog electronic control, the dispensing or recording of the desired microdosage volume and the generation of the control signals that activate and / or deactivate the actuator of the at least one valve. The user interface device may each have one or more electrical switches, buttons and / or sensors, and may have output devices, eg displays, in particular a display. The control device may have at least one electrical interface with which control signals can be exchanged, in particular being exchangeable with an external device. In particular, the control device can be set up to be controlled by an external device, so that the control device, and thus the microdosing device or microdosing device, can be controlled by an external device by means of the electrical interface. The control device can in particular be designed as a control interface between the control device of an external device and at least one microdosing device or a microdosing device. The control interface may include an electrical circuit for applying voltage to at least one actuator of the at least one microdosing device in response to a control signal. The control signal can be generated by an internal control device or an external control device. The voltage supply for at least one actuator from at least one microdosing device can be integrated in the control device or can be realized via the at least one electrical interface.
Die elektrische Schnittstelle kann zum Senden und/oder Empfangen von elektrischen Signalen, insbesondere von Daten, ausgebildet sein. Der Signalaustausch kann über eine drahtgebundene oder drahtlose Verbindungseinrichtung erfolgen. Insbesondere wenn eine interne Steuereinrichtung über eine elektrische Schnittstelle mit dem Gerät, insbesondere der Pipettiervorrichtung, mittels einer Verbindungseinrichtung verbindbar oder temporär verbunden ist, so wird dieses Gerät als externes Gerät bezeichnet. The electrical interface can be designed for transmitting and / or receiving electrical signals, in particular data. The signal exchange can take place via a wired or wireless connection device. In particular, when an internal control device via an electrical interface with the device, in particular the pipetting device, by means of a connecting device connectable or temporarily connected, this device is referred to as an external device.
Das externe Gerät kann eine Pipettiervorrichtung sein, insbesondere eine portable, handgehaltene Pipettiervorrichtung bzw. eine handgehaltene Pipette oder ein handgehaltener Dispenser. Falls die Mikrodosiereinrichtung in eine Piepttiervorrichtung integriert ist, wird die Pipettiervorrichtung nicht als externes Gerät bezeichnet. Die Mikrodosiereinrichtung oder eine Mikrodosiervorrichtung kann ein eigenständiges bzw. autonom arbeitendes Gerät sein, das grundsätzlich ohne Vermittlung eines externen Gerätes betrieben werden kann. Die Mikrodosiereinrichtung kann aber auch als Modul eines externen Gerätes ausgebildet sein. Das Modul ist ein wahlweise mit dem externen Gerät verbindbares, eigenständiges Zubehörteil. Das Modul kann sich dadurch auszeichnen, dass es -insbesondere ausschließlich- in Abhängigkeit vom externen Gerät betrieben wird bzw. betreibbar ist, indem insbesondere eine Steuereinrichtung des externen Geräts die Auslenkung mindestens eines Verdrängungselementes mindestens einer Mikrodosiereinrichtung steuert. The external device may be a pipetting device, in particular a portable, hand-held pipetting device or a hand-held pipette or a hand-held dispenser. If the microdosing device is integrated in a piecing device, the pipetting device is not referred to as an external device. The microdosing device or a microdosing device can be an autonomous or autonomously operating device, which in principle can be operated without the intermediary of an external device. However, the microdosing device can also be designed as a module of an external device. The module is an optional accessory that can be connected to the external device. The module can do this characterized in that it is - in particular exclusively - operated in dependence on the external device or is operable, in particular by a control device of the external device controls the deflection of at least one displacement element of at least one microdosing.
Die Erfindung betrifft ferner ein System zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls, beinhaltend eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung und eine konventionelle oder zur Steuerung der Mikrodosiereinrichtung eingerichtete Pipettiervorrichtung, die dazu dient, diesen Über druck im ersten Luftkanalabschnitt zu erzeugen, wobei die erste Öffnung der Mikrodosiereinrichtung mit einer Luftkammer der Pipettiervorrichtung verbindbar ist oder verbunden ist, die zudem aufweist: ein Verdrängungselement, das zur Verdrängung eines Mikrovolumens (V) der Luftkammer eingerichtet ist, und einen Antrieb, um die Auslenkung des Verdrängungselements anzutreiben, wodurch im ersten Zustand des ersten Ventils der Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt erzeugbar ist. The invention further relates to a system for generating a Mikrodosiervolumens a fluid sample in the form of a microfine jet, comprising a microdosing device according to the invention and a conventional or designed to control the microdosing device pipetting device, which serves to generate this pressure in the first air duct section, wherein the first opening of the Micro-metering device is connectable or connected to an air chamber of the pipetting device, which further comprises: a displacement element, which is adapted to displace a microvolume (V) of the air chamber, and a drive to drive the deflection of the displacement element, whereby in the first state of the first valve the pressure in the first air duct section can be generated.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls mittels einer Mikrodosiereinrichtung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung, aufweisend den Schritt (Abgabeschritt), dass das erste Ventil so gesteuert wird, dass die Durchlassöffnung mittels des ersten Ventils schlagartig geöffnet wird, wodurch, bedingt durch den Druckausgleich zwischen dem ersten und zweiten Luftkanalabschnitt, ein Mikroluftvolumen aus dem ersten Luftkanalabschnitt austritt und ein Mikroluftvolumen (V) den Luftkanal durch die zweite Öffnung verlässt, so dass ein durch das Mikrovolumen (V) bestimmtes Mikrodosiervolumen der im Fluidtransferbehälter gehaltenen Fluidprobe verdrängt wird und in Form eines Mikrofreistrahls aus dem Fluidtransferbehälter in den Außenraum abgegeben wird. The invention further relates to a method for generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet by means of a microdosing device, in particular a microdosing device according to the invention, comprising the step (discharge step) that the first valve is controlled so that the passage opening is opened abruptly by means of the first valve whereby, due to the pressure equalization between the first and second air duct section, a micro air volume exits the first air duct section and a micro air volume (V) leaves the air duct through the second opening so that a microdosage volume determined by the microvolume (V) is maintained in the fluid transfer container Fluid sample is displaced and is discharged in the form of a microfine jet from the fluid transfer container in the outer space.
Vorzugsweise weist das Verfahren die Schritte auf, dass mittels einer Pipettiervorrichtung, die eine mit der ersten Öffnung verbundene Luftkammer und ein Verdrängungselement aufweist, durch Verdrängung eines Mikrovolumens (V) in der Luftkammer ein Überdruck in dem ersten Luftkanalabschnitt hergestellt wird, bevor der Abgabeschritt erfolgt. Preferably, the method comprises the steps that by means of a pipetting device which has an air chamber connected to the first opening and a displacement element, by displacing a microvolume (V) in the Air pressure in the first air duct section is made before the discharge step takes place.
Das Verfahren kann Schritte beinhalten, die einem Pipettiervorgang realisieren, d.h. der Abgabe des zuvor aufgenommenen Volumens der Fluidprobe. Das Verfahren kann auch Schritte beinhalten, die einen Dispensiervorgang realisieren, d.h. der schrittweisen Abgabe von Teilvolumina des zuvor aufgenommenen Volumens der Fluidprobe. The method may include steps that implement a pipetting operation, i. the delivery of the previously recorded volume of the fluid sample. The method may also include steps that implement a dispensing operation, i. the stepwise delivery of partial volumes of the previously collected volume of the fluid sample.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere bei einer Mikrodosiereinrichtung angewandt, die eine Luftkammer aufweist, die mit der ersten Öffnung verbunden ist, ein Verdrängungselement, das zur Verdrängung eines Mikrovolumens (V) der Luftkammer eingerichtet ist, und einen Antrieb, um die Auslenkung des Verdrängungselements anzutreiben, wodurch im ersten Zustand des ersten Ventils der Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt erzeugbar ist. The method according to the invention is applied in particular to a microdosing device which has an air chamber which is connected to the first opening, a displacement element which is arranged to displace a microvolume (V) of the air chamber, and a drive to drive the displacement of the displacement element, whereby in the first state of the first valve, the overpressure in the first air duct section can be generated.
Das Verfahren wird besondere bei einer Mikrodosiereinrichtung angewandt, bei der der erste Luftkanalabschnitt eine verschließbare dritte Öffnung aufweist, die den ersten Luft kanalabschnitt mit dem Außenraum verbindet, und ein steuerbares zweites Ventil auf weist, das dazu eingerichtet ist, die dritte Öffnung des Luftkanals wahlweise, in einem ersten Zustand, geschlossen zu halten, um den Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt gegenüber dem zweiten Luftkanalabschnitt zu ermöglichen, oder, in einem zweiten Zu stand, geöffnet zu halten, sowie einen Wechsel vom ersten in den zweiten Zustand zur Herbeiführung eines Druckausgleichs im ersten Luftkanalabschnitt zum Außenraum zu ermöglichen. The method is particularly applied to a microdosing device in which the first air duct section has a closable third opening which connects the first air duct section to the outside space and a controllable second valve which is adapted to selectively open the third opening of the air duct, in a first state, to keep it closed to allow the overpressure in the first air duct section opposite the second air duct section, or to keep it open in a second state, and a change from the first to the second state to effect pressure equalization in the first air duct section to allow for outdoor space.
Das Verfahren weist vorzugsweise den Schritt auf, dass ein Fluidprobe, insbesondere eine Flüssigkeit, z.B. eine flüssige Laborprobe, in einen mit der Mikrodosiereinrichtung verbundenen Fluidtransferbehälter, z.B. eine Pipettenspitze, aufgenommen wird. Zur Aufnahme der Fluidprobe wird das Verdrängungselement, insbesondere ein Kolbenelement, von einer ersten in eine zweite Position bewegt. Bei einem Pipettiervorgang sieht das Verfahren zur Aufnahme der Fluidprobe durch Ansaugen vorzugsweise mindestens einen der nachfolgend genannten Schritte vor, insbesondere in dieser Reihenfolge: dass das erste und das zweite Ventil geschlossen sind und das Verdrängungselement in der ersten Position ist; dass das erste Ventil geöffnet wird, um die Durchlassöffnung zu öffnen; dass das Verdrängungselement von der ersten in die zweite Position bewegt wird; dass das erste Ventil und damit die Durchlassöffnung wieder geschlossen wird. Die Fluidprobe, insbesondere mit dem gewünschten Mikrodosiervolumen, ist nun im Fluidtransferbehälter und wird dort durch den leichten Unterdruck/Kapillarkräfte in üblicher Weise gehalten. The method preferably comprises the step of taking a fluid sample, in particular a liquid, eg a liquid laboratory sample, into a fluid transfer container, eg a pipette tip, connected to the microdosing device. For receiving the fluid sample, the displacement element, in particular a piston element, is moved from a first to a second position. In a pipetting operation, the method for receiving the fluid sample by suction preferably provides at least one of the following steps, in particular in this order: that the first and second valves are closed and the displacement element is in the first position; that the first valve is opened to open the passage opening; that the displacement element is moved from the first to the second position; that the first valve and thus the passage opening is closed again. The fluid sample, in particular with the desired microdosage volume, is now in the fluid transfer container and is held there by the slight negative pressure / capillary forces in the usual way.
Das Verfahren zur Abgabe der Fluidprobe sieht vorzugsweise mindestens einen der nachfolgend genannten Schritte vor, insbesondere in dieser Reihenfolge: dass das Verdrängungselement sich in der zweiten Position befindet und dass das erste und das zweite Ventil geschlossen sind (Ausgangssituation); dass das Verdrängungselement in die erste Position bewegt wird, während die Ventile geschlossen sind, wodurch das Luftvolumen in Luftkammer und im ersten Luftkanalabschnitt komprimiert wird, so dass der Überdruck erzeugt wird; dass das erste Ventil geöffnet wird, nachdem das Verdrängungselement die erste Position erreicht hat - dadurch entspannt sich die komprimierte Luft sofort und beschleunigt die Fluidprobe mit maximaler Geschwindigkeit. Die Fluidprobe mit dem gewünschten Mikrodosiervolumen tritt aus der Öffnung des Fluidtransferbehälters aus. Vorzugsweise ist auch der Schritt vorgesehen, einen Überhub des Verdrängungselements durchzuführen, um einen „Blowout“ des gesamten Restes der im Fluidtransferbehälter eventuell noch enthaltenen Fluidprobe durchzuführen. Dies erfolgt durch weiteres Bewegen (in derselben Richtung des Verdrängungselements, die der Richtung der Bewegung von der zweiten in die erste Position entspricht) des Verdrängungselements aus der ersten Position in eine weitere Abgabe-Position. Alternativ kann der Überhub auch gleich mit dem erstgenannten Abgabeschritt durchgeführt werden, dies bewirkt eine weitere (höhere) Beschleunigung der Fluidprobe. The method for dispensing the fluid sample preferably provides at least one of the following steps, in particular in this order: that the displacement element is in the second position and that the first and the second valve are closed (initial situation); that the displacement element is moved to the first position while the valves are closed, whereby the volume of air in the air chamber and in the first air duct section is compressed, so that the overpressure is generated; that the first valve is opened after the displacement element has reached the first position - this immediately relaxes the compressed air and accelerates the fluid sample at maximum speed. The fluid sample having the desired microdosage volume exits the opening of the fluid transfer container. Preferably, the step is also provided to perform an overstroke of the displacement element in order to perform a "blowout" of the entire remainder of the fluid sample possibly still contained in the fluid transfer container. This is done by further moving (in the same direction of the displacement element that corresponds to the direction of movement from the second to the first position) of the displacement element from the first position to a further delivery position. Alternatively, the overstroke can also be performed the same with the first-mentioned discharge step, this causes a further (higher) acceleration of the fluid sample.
Bei einem Dispensiervorgang sieht das Verfahren zur Aufnahme der Fluidprobe durch Ansaugen vorzugsweise mindestens einen der nachfolgend genannten Schritte vor, insbesondere in dieser Reihenfolge: dass das erste und das zweite Ventil geschlossen sind und das Verdrängungselement in der ersten Position ist; dass das erste Ventil geöffnet wird, um die Durchlassöffnung zu öffnen; dass das Verdrängungselement von der ersten in die zweite Position bewegt wird; dass das erste Ventil und damit die Durchlassöffnung wieder geschlossen wird. Die Fluidprobe, insbesondere mit dem gewünschten Gesamtvolumen, ist nun im Fluidtransferbehälter und wird dort durch den leichten Unterdruck/Kapillarkräfte in üblicher Weise gehalten. In a dispensing operation, the method for receiving the fluid sample by aspiration preferably provides at least one of the following steps, in particular in this order: that the first and second valves are closed and the displacement element is in the first position; that the first valve is opened to open the passage opening; that the displacement element is moved from the first to the second position; that the first valve and thus the passage opening is closed again. The fluid sample, in particular with the desired total volume, is now in the fluid transfer container and is held there by the slight negative pressure / capillary forces in the usual way.
Das Gesamtvolumen beinhaltet das Dosiervolumen und ein Zusatzvolumen. Mittels des Zusatzvolumens kann ein Restvolumen oder ein Verwerfvolumen vorgesehen werden. Das Restvolumen verbleibt nach Abgabe aller Teilvolumina im Fluidtransferbehälter und stellt sicher, dass auch für den letzten Abgabeschritt mindestens das gewünschte Teilvolumen verfügbar ist. Der Verwerfhub dient dazu, vor der Abgabe der Teilvolumina nach dem Freistrahlprinzip eine erste Abgabemenge gemäß Verwerfhub zu erzeugen, so dass der Meniskus der Fluidprobe an der Abgabeöffnung des Fluidtransferbehälters bei allen darauffolgenden Schritten in gleicher Weise definiert ist - der Meniskus kann bei der ersten Abgabe, also direkt nach der Aufnahme, anders sein als nach einem Abriss gemäß Freistrahlprinzip. Die zweite Position des Verdrängungselements wird insbesondere dem Gesamtvolumen entsprechend eingestellt. The total volume includes the dosing volume and an additional volume. By means of the additional volume, a residual volume or a discarding volume can be provided. The residual volume remains in the fluid transfer container after delivery of all partial volumes and ensures that at least the desired partial volume is available even for the last delivery step. The discard stroke serves to generate a first delivery amount according to the discard stroke prior to delivery of the partial volumes according to the free-jet principle, so that the meniscus of the fluid sample at the delivery port of the fluid transfer container is defined in the same way for all subsequent steps - the meniscus can be used at the first delivery, so directly after shooting, be different than after a demolition according to free jet principle. The second position of the displacement element is adjusted in particular to the total volume accordingly.
Beim Dispensiervorgang sieht das Verfahren zur Abgabe der Fluidprobe ohne Vorsehen eines Verwerfhubes vorzugsweise mindestens einen der nachfolgend genannten Schritte vor, insbesondere in dieser Reihenfolge: dass das Verdrängungselement sich in der zweiten Position befindet und dass das erste und das zweite Ventil geschlossen sind (Ausgangssituation); dass das zweite Ventil geöffnet wird, wodurch der erste Luftkanalabschnitt ventiliert wird; dass das Verdrängungselement um die Strecke des Zusatzhubes in Richtung der ersten Position bewegt wird, wodurch insbesondere ein mögliches Spiel der Antriebsmechanik kompensiert wird, die das Verdrängungselement antreibt; dass das zweite Ventil wieder geschlossen wird; dass das Verdrängungselement um die Strecke eines gewünschten Teilvolumens in Richtung der ersten Position zu einer Zwischenposition bewegt wird, dadurch wird die Luft im ersten Luftkanalabschnitt komprimiert, so dass der Überdruck erzeugt wird; dass das erste Ventil geöffnet wird, nachdem das Verdrängungselement die Zwischenposition erreicht hat - dadurch entspannt sich die komprimierte Luft sofort und beschleunigt die Fluidprobe mit maximaler Geschwindigkeit, die Fluidprobe mit dem gewünschten Mikrodosier-Teilvolumen tritt hierbei aus der Öffnung des Fluidtransferbehälters aus und das erste Ventil wird dann wieder geschlossen (Abgabe des Teilvolumens); dass der letztgenannte Schritt der Abgabe des Teilvolumens in gewünschter Weise wiederholt wird, beim letzten Abgabeschritt kann sich das Verdrängungselement in der ersten Position befinden. Vorzugsweise ist auch der Schritt vorgesehen, einen Überhub des Verdrängungselements durchzuführen, um einen„Blowout“ des gesamten Restvolumens der im Fluidtransferbehälter eventuell noch enthaltenen Fluidprobe durchzuführen. Dies erfolgt durch weiteres Bewegen (in derselben Richtung des Verdrängungselements, die der Richtung der Bewegung von der zweiten in die erste Position entspricht) des Verdrängungselements aus der ersten Position in eine weitere Abgabe-Position. In the dispensing operation, the method for dispensing the fluid sample without providing a knockout preferably provides at least one of the following steps, particularly in this order: that the displacer is in the second position and the first and second valves are closed (initial situation); that the second valve is opened, whereby the first air duct section is ventilated; that the displacement element is moved by the distance of the additional stroke in the direction of the first position, whereby in particular a possible clearance of the drive mechanism is compensated, which drives the displacement element; that the second valve is closed again; that the displacement element is moved by the distance of a desired part volume in the direction of the first position to an intermediate position, thereby the air in the first air duct section is compressed, so that the overpressure is generated; that the first one Valve is opened after the displacement element has reached the intermediate position - this relaxes the compressed air immediately and accelerates the fluid sample at maximum speed, the fluid sample with the desired microdosing partial volume exits from the opening of the fluid transfer container and the first valve is then again closed (delivery of partial volume); that the latter step of discharging the partial volume is repeated as desired, in the last dispensing step the displacement element may be in the first position. Preferably, the step is also provided to carry out an overstroke of the displacement element in order to carry out a "blowout" of the entire residual volume of the fluid sample possibly still contained in the fluid transfer container. This is done by further moving (in the same direction of the displacement element that corresponds to the direction of movement from the second to the first position) of the displacement element from the first position to a further delivery position.
Beim Dispensiervorgang sieht das Verfahren zur Abgabe der Fluidprobe mit Vorsehen eines Verwerfhubes vorzugsweise mindestens einen der nachfolgend genannten Schritte vor, insbesondere in dieser Reihenfolge: dass das Verdrängungselement sich in der zweiten Position befindet und dass das erste und das zweite Ventil geschlossen sind (Ausgangssituation); dass das Verdrängungselement um die Strecke des Zusatzhubes in Richtung der ersten Position bis zu einer Ausgangsposition bewegt wird, dadurch wird die Luft im ersten Luftkanalabschnitt komprimiert, so dass der Überdruck erzeugt wird, und es wird insbesondere ein mögliches Spiel der Antriebsmechanik kompensiert, die das Verdrängungselement antreibt; dass das erste Ventil geöffnet wird, nachdem das Verdrängungselement die Ausgangsposition erreicht hat - dadurch entspannt sich die komprimierte Luft sofort und beschleunigt die Fluidprobe mit maximaler Geschwindigkeit, der Verwerfhub verlässt nach dem Freistrahlprinzip den Fluidtransferbehälter und der Meniskus an dessen Abgabeöffnung wird definiert; dass das erste Ventil wieder geschlossen wird; dass das Verdrängungselement um die Strecke eines gewünschten Teilvolumens in Richtung der ersten Position zu einer Zwischenposition bewegt wird, dadurch wird die Luft im ersten Luftkanalabschnitt komprimiert, so dass der Überdruck erzeugt wird; dass das erste Ventil geöffnet wird, nachdem das Verdrängungselement die Zwischenposition erreicht hat - dadurch entspannt sich die komprimierte Luft sofort und beschleunigt die Fluidprobe mit maximaler Geschwindigkeit, die Fluidprobe mit dem gewünschten Mikrodosier-Teilvolumen tritt hierbei aus der Öffnung des Fluidtransferbehälters aus und das erste Ventil wird dann wieder geschlossen (Abgabe des Teilvolumens); dass der letztgenannte Schritt der Abgabe des Teilvolumens in gewünschter Weise wiederholt wird, beim letzten Abgabeschritt kann sich das Verdrängungselement in der ersten Position befinden. Vorzugsweise ist auch der Schritt vorgesehen, einen Überhub des Verdrängungselements durchzuführen, um die Abgabe des letzten Teilvolumens schrittgleich mit dem „Blowout“ eines möglichen geringen Restvolumens der im Fluidtransferbehälter eventuell noch enthaltenen Fluidprobe durchzuführen. Dies erfolgt durch weiteres Bewegen (in derselben Richtung des Verdrängungselements, die der Richtung der Bewegung von der zweiten in die erste Position entspricht) des Verdrängungselements aus der ersten Position in eine weitere Abgabe-Position. In the dispensing operation, the method for dispensing the fluid sample preferably provides at least one of the following steps, particularly in this order: the displacement element is in the second position and the first and second valves are closed (initial situation); that the displacement element is moved by the distance of the additional stroke in the direction of the first position to an initial position, thereby the air in the first air duct section is compressed, so that the overpressure is generated, and in particular a possible play of the drive mechanism is compensated, which is the displacement element drives; that the first valve is opened after the displacement element has reached the starting position - thereby the compressed air immediately relaxes and accelerates the fluid sample at maximum speed, the displacement stroke exits the fluid transfer container according to the free-jet principle and the meniscus at its delivery port is defined; that the first valve is closed again; that the displacement element is moved by the distance of a desired part volume in the direction of the first position to an intermediate position, thereby the air in the first air duct section is compressed, so that the overpressure is generated; that the first valve is opened after the displacement element has reached the intermediate position - this relaxes the compressed air immediately and accelerates the fluid sample at maximum speed, the fluid sample with the desired microdosing partial volume in this case exits from the opening of the fluid transfer container and the first valve is then closed again (delivery of the partial volume); that the latter step of discharging the partial volume is repeated as desired, in the last dispensing step the displacement element may be in the first position. Preferably, the step is also provided to carry out an overstroke of the displacement element in order to carry out the dispensing of the last partial volume with the same blowout of a possible small remaining volume of the fluid sample possibly still contained in the fluid transfer container. This is done by further moving (in the same direction of the displacement element that corresponds to the direction of movement from the second to the first position) of the displacement element from the first position to a further delivery position.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung, des Systems und des Verfahrens und weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele in Zusammenhang mit den Figuren. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Wesentlichen gleiche Bauteile. Further preferred embodiments of the microdosing device according to the invention, the system and the method and further aspects of the invention will become apparent from the following description of the embodiments in conjunction with the figures. Like reference numerals denote substantially the same components.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 a zeigt in einer seitlichen Querschnittsansicht eine erfindungsgemäße Mikrodosiereinrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 a shows a lateral cross-sectional view of a microdosing device according to the invention in accordance with a first exemplary embodiment.
Fig. 1 b zeigt in einer seitlichen Querschnittsansicht ein erfindungsgemäßes Ventil einer Mikrodosiereinrichtung wie in Fig. 1 a gezeigt, gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. 1 b shows, in a lateral cross-sectional view, an inventive valve of a microdosing device as shown in FIG. 1 a, according to a first exemplary embodiment.
Fig. 1 c zeigt in einer seitlichen Querschnittsansicht ein zweites Ventil der Mikrodosiereinrichtung aus Fig. 1 a. Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht die Mikrodosiereinrichtung der Fig. 1 a. FIG. 1 c shows in a lateral cross-sectional view a second valve of the microdosing device from FIG. 1 a. Fig. 2 shows in a perspective view of the microdosing of Fig. 1 a.
Fig. 3a zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Aktuatoreinrichtung auf Basis einer Formgedächtnislegierung, in einer ersten nicht-ausgelenkten Position. 3a shows a schematic perspective view of an actuator device based on a shape memory alloy in a first non-deflected position.
Fig. 3b zeigt die Aktuatoreinrichtung der Fig. 3a, in einer zweiten ausgelenkten Position. FIG. 3b shows the actuator device of FIG. 3a in a second deflected position. FIG.
Fig. 3c zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine weitere Aktuatoreinrichtung auf Basis einer Formgedächtnislegierung, in einer ersten nicht- ausgelenkten Position. 3c shows a schematic perspective view of a further actuator device based on a shape memory alloy in a first non-deflected position.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Aktuatoreinrichtung der Fig. 3a mit angeschlossener elektrischer Steuereinrichtung. 4 shows a schematic perspective view of an actuator device of FIG. 3a with connected electrical control device.
Fig. 5 zeigt eine typische Kraft-Auslenkungs-Kennlinie eines FGL-Aktuators, der mit einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung in einem Ausführungsbeispiel verwendet wird. Fig. 5 shows a typical force-deflection characteristic of a FGL actuator used with a microdosing device according to the invention in one embodiment.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm des Ergebnisses einer Dynamischen Differenzkalorimetrie (engl. DSC) zur Bestimmung der Phasenübergangs- oder Schalttemperaturen eines in einer erfindungsgemäßen Mikrodosiereinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendeten NiTi-Formgedächtnismaterials. 6 shows a diagram of the result of a differential scanning calorimetry (DSC) for determining the phase transition or switching temperatures of a NiTi shape memory material used in a microdosing device according to an embodiment of the invention.
Figur 1 a zeigt die Mikrodosiereinrichtung 1 , verbunden auf der einen Seite mit einem Verbindungsabschnitt 100, der als Arbeitskonus dient und auf dem eine Pipettenspitze 99 aufgesteckt ist, und verbunden auf der anderen Seite mit einem Verbindungsabschnitt 200 einer konventionellen Pipette. Die Mikrodosiereinrichtung 1 dient dem Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls. Sie weist einen Luftkanal 10 auf, der eine Durchlassöffnung 14 aufweist, die einen ersten Luftkanalabschnitt 1 1 und einen zweiten Luftkanalabschnitt 12 des Luftkanals 10 verbindet. Der erste Luftkanalabschnitt 1 1 weist eine erste Öffnung 21 auf und der zweite Luftkanalabschnitt 12 weist eine zweite Öffnung 22 auf, mit welcher der die Fluidprobe enthaltende Fluidtransferbehälter 99 durch eine Steck-Klemmverbindung verbunden ist. Die Mikrodosiereinrichtung 1 weist ein steuerbares erstes Ventil 31 auf, das dazu eingerichtet ist, die Durchlassöffnung 14 des Luftkanals wahlweise, in einem ersten Zustand, geschlossen zu halten, um einen Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt 1 1 gegenüber dem zweiten Luftkanalabschnitt 12 zu ermöglichen, oder, in einem zweiten Zustand, geöffnet zu halten, sowie einen schlagartigen Wechsel vom ersten in den zweiten Zustand zu ermöglichen. 1 a shows the microdosing device 1, connected on one side with a connecting portion 100, which serves as a working cone and on which a pipette tip 99 is attached, and connected on the other side with a connecting portion 200 of a conventional pipette. The microdosing device 1 serves to generate a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet. It has an air duct 10, which has a passage opening 14, which has a first air duct section 11 and a second air duct section 12 of the air duct 10 combines. The first air duct section 1 1 has a first opening 21 and the second air duct section 12 has a second opening 22, with which the fluid transfer container 99 containing the fluid sample is connected by a plug-in clamping connection. The microdosing device 1 has a controllable first valve 31, which is adapted to keep the passage opening 14 of the air duct optionally, in a first state, closed in order to allow an overpressure in the first air duct section 11 relative to the second air duct section 12, or in a second state, to keep it open, and to allow a sudden change from the first to the second state.
Die Mikrodosiereinrichtung 1 und die Pipettiervorrichtung (symbolisiert durch ihren Verbindungsabschnitt 200, 200‘, bildet ein erfindungsgemäßes System zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls. The microdosing device 1 and the pipetting device (symbolized by its connecting section 200, 200 ') form a system according to the invention for generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet.
Die Mikrodosiereinrichtung weist eine Kabelverbindung 50 auf, die insbesondere Bestandteil des Systems 400 ist, durch welche die Ventile 31 , 32 jeweils mit der elektrischen Steuereinrichtung der Pipettiervorrichtung verbunden sind und dadurch von dieser steuerbar sind. Hier weist die Pipettiervorrichtung (nicht vollständig gezeigt) eine Luftkammer auf, die mit der ersten Öffnung über den Verbindungsabschnitt 200 verbunden ist, ein Verdrängungselement, das zur Verdrängung eines Mikrovolumens (V) der Luftkammer eingerichtet ist, und einen Antrieb, um die Auslenkung des Verdrängungselements anzutreiben, wodurch im ersten Zustand des ersten Ventils der Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt erzeugbar ist. Das Mikrovolumen V ist hier identisch mit dem bei einem Pipettiervorgang abzugebenden Mikrodosiervolumen. Das Verdrängungselement der Pipettiervorrichtung ist ein Kolbenelement, das zur vom Anwender auswählbaren Verdrängung von Mikrovolumina und von Volumina größer als 2 mI, und insbesondere kleiner oder gleich 100 mI eingerichtet ist. Die erste Öffnung 21 der Mikrodosiereinrichtung 1 ist mit dem Arbeitskonus 201 der Pipettiervorrichtung über eine Steck-/Klemmverbindung verbindbar, so dass mittels der Pipettiervorrichtung im ersten Luftkanalabschnitt 1 1 der gewünschte Überdruck einstellbar ist. Die Mikrodosiereinrichtung 1 kann aber auch eine eigene Steuereinrichtung haben (nicht gezeigt), die unabhängig von der Steuereinrichtung der Pipettiervorrichtung arbeitet. In diesem Fall wird der Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt durch die Pipettiervorrichtung erzeugt, und der Anwender löst insbesondere die Öffnung des ersten Ventils manuell aus. Die Mikrodosiereinrichtung kann ferner auch so ausgebildet sein (nicht gezeigt), dass diese auch die Luftkammer, z.B. eine Kolbenkammer, das Verdrängungselement, z.B. ein Kolbenelement, und/oder den Antrieb mit optional Antriebsmechanik aufweist. Dadurch wird aus der Mikrodosiereinrichtung eine eigenständige Vorrichtung, die vollständig unabhängig von einer externen Pipettiervorrichtung betreibbar ist. The microdosing device has a cable connection 50, which is in particular part of the system 400, by which the valves 31, 32 are respectively connected to the electrical control device of the pipetting device and are thereby controllable by the latter. Here, the pipetting device (not completely shown) has an air chamber connected to the first opening via the connecting portion 200, a displacer configured to displace a microvolume (V) of the air chamber, and a driver to drive the displacement of the displacer to drive, whereby in the first state of the first valve, the pressure in the first air duct section can be generated. The microvolume V is here identical to the microdosage volume to be dispensed during a pipetting procedure. The displacement element of the pipetting device is a piston element adapted for user-selectable displacement of microvolumes and volumes greater than 2mI, and more preferably less than or equal to 100mL. The first opening 21 of the microdosing device 1 can be connected to the working cone 201 of the pipetting device via a plug / clamp connection, so that the desired overpressure can be set in the first air duct section 11 by means of the pipetting device. However, the microdosing device 1 can also have its own control device (not shown), which operates independently of the control device of the pipetting device. In this case, the overpressure in the first air duct section is generated by the pipetting device, and in particular the user manually triggers the opening of the first valve. Furthermore, the microdosing device can also be designed (not shown) such that it also has the air chamber, eg a piston chamber, the displacement element, eg a piston element, and / or the drive with optional drive mechanism. As a result, the microdosing device becomes an independent device which can be operated completely independently of an external pipetting device.
Die elektrische Steuereinrichtung, insbesondere eine elektrische Steuereinrichtung der Mikrodosiereinrichtung, ist dazu eingerichtet, das erste Ventil 31 so zu steuern, dass die Durchlassöffnung 14 mittels des ersten Ventils 31 schlagartig geöffnet wird, wodurch, bedingt durch den Druckausgleich zwischen dem ersten 1 1 und zweiten Luftkanalabschnitt 12, ein Mikroluftvolumen aus dem ersten Luftkanalabschnitt 1 1 austritt und ein Mikroluftvolumen (V) den Luftkanal 10 durch die zweite Öffnung 22 verlässt, so dass ein durch das Mikroluftvolumen (V) bestimmtes Mikrodosiervolumen der im Fluidtransferbehälter 99 gehaltenen Fluidprobe verdrängt wird und in Form eines Mikrofreistrahls aus dem Fluidtransferbehälter in den Außenraum abgegeben wird. The electrical control device, in particular an electrical control device of the microdosing, is adapted to control the first valve 31 so that the passage opening 14 is opened abruptly by means of the first valve 31, whereby, due to the pressure equalization between the first 1 1 and second air duct section 12, a micro air volume exits from the first air duct section 11 and a micro air volume (V) leaves the air duct 10 through the second opening 22, so that a microdosage volume of the fluid sample held in the fluid transfer container 99 is displaced by the micro air volume (V) and is in the form of a Microfree jet is discharged from the fluid transfer container in the outer space.
Der erste Luftkanalabschnitt 1 1 weist eine verschließbare dritte Öffnung 23 auf, die den ersten Luftkanalabschnitt 1 1 mit dem Außenraum verbindet, und ein steuerbares zweites Ventil 32, das dazu eingerichtet ist, die dritte Öffnung 23 des Luftkanals 10 wahlweise, in einem ersten Zustand, geschlossen zu halten, um den Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt 1 1 gegenüber dem zweiten Luftkanalabschnitt zu ermöglichen, oder, in einem zweiten Zustand, geöffnet zu halten, sowie einen Wechsel vom ersten in den zweiten Zustand zur Herbeiführung eines Druckausgleichs im ersten Luftkanalabschnitt 1 1 zum Außenraum zu ermöglichen. The first air duct section 11 has a closable third opening 23 which connects the first air duct section 11 to the outside space, and a controllable second valve 32 which is adapted to selectively open the third opening 23 of the air duct 10 in a first state. to keep closed to allow the overpressure in the first air duct section 1 1 relative to the second air duct section, or to keep open in a second state, as well as a change from the first to the second state to bring about a pressure equalization in the first air duct section 1 1 to the outside to enable.
Der Luftkanal 10 mit seinem ersten 1 1 und zweiten 12 Abschnitt ist in einem Basiskörper 40 der Mikrodosiereinrichtung 1 ausgebildet. Der Luftkanal 10 verläuft im Wesentlichen linear. Zur Realisierung der Durchlassöffnung 14 ist der Luftkanal in Höhe der Durchlassöffnung 14 durch eine Wand verschlossen. Durch einen Bypassabschnitt 15, der im Basiskörper ausgebildet ist, wird der erste Abschnitt 1 1 des Luftkanals 10 zur Durchlassöffnung 14 umgelenkt, von dort beginnt der zweite Luftkanalabschnitt 12, der über den Bypassabschnitt 15 wieder in den linear verlaufenden Bereich übergeht. Die Durchlassöffnung 14 ist durch die Membran 49 verschließbar, wenn diese durch den mittels der Feder gespannten Ventilstößel des ersten Ventils 31 gegen die Durchlassöffnung 14 gepresst wird. Zum Öffnen des Ventils wird der Ventilstößel mittels einer Aktuatoreinrichtung schlagartig ausgelenkt. Die Aktuatoreinrichtung weist zwei kreuzweise angeordnete FGL-Aktuatoren auf, deren Kreuzungspunkt oberhalb des Ventilstößels zentriert ist. Die Aktivierung dieser Aktuatoren mittels dem von der Steuereinrichtung gesteuertem Strom wird aufrecht erhalten, solange die Öffnung des Ventils gewünscht oder vorbestimmt ist. The air duct 10 with its first 11 and second 12 sections is formed in a base body 40 of the microdosing device 1. The air duct 10 extends substantially linear. To realize the passage opening 14 of the air duct is closed at the level of the passage opening 14 by a wall. By a bypass section 15, which is formed in the base body, the first portion 1 1 of the air duct 10 is deflected to the passage opening 14, from there begins the second air passage section 12, which merges via the bypass section 15 again in the linearly extending region. The passage opening 14 can be closed by the membrane 49 when it is pressed against the passage opening 14 by the valve tappet of the first valve 31, which is tensioned by the spring. To open the valve, the valve stem is deflected abruptly by means of an actuator device. The actuator device has two crosswise arranged SMA actuators whose crossing point is centered above the valve stem. The activation of these actuators by means of the current controlled by the controller is maintained as long as the opening of the valve is desired or predetermined.
Der Rahmen Y markiert das zweite Ventil 32, das dem Ventilieren des ersten Luftkanalabschnitts dient. In Fig. 1 c ist ein Querschnitt durch ein Ventil gezeigt, dass wie das zweite Ventil 32 aufgebaut ist. In Fig. 1 b ist ein Querschnitt durch ein Ventil gezeigt, dass wie das erste Ventil 31 aufgebaut ist. The frame Y marks the second valve 32, which serves to ventilate the first air duct section. In Fig. 1 c, a cross section through a valve is shown, which is constructed as the second valve 32. In Fig. 1 b is shown a cross section through a valve that is constructed as the first valve 31.
Die Ventile 31 , 32 weisen jeweils, wie anhand des Ventils 31 in Fig. 1 b exemplarisch gezeigt ist, einen Ventilstößel 36a, eine Ventilfeder 36b und einem Klemmstift 36d auf. Der Klemmstift dient zur Vorspannungsjustage des Formgedächtnismaterial-Aktuators 36e. Die Ventilführung 37 ist in eine Aussparung des Basiskörpers eingepasst, zwischen Ventilführung 37 und Basiskörper ist die Membran 49 (36c) eingeklemmt, die als Verschlusselement für beide Ventile 31 , 32 eingesetzt wird. Ein Deckelteil 42 deckt die Ventilführung 37 über dem Basiskörper 40 ab, ist an diesem befestigt und dient als Widerlager der Feder 36b, die zwischen Deckelteil und dem Flansch des Ventilstößels 36a eingespannt ist. Über dem Deckelteil ist die Platine 41 befestigt. Auf dieser sind die FGL-Aktuatoren durch Verlöten befestigt, um bei Kontraktion den Klemmstift 36d und den mit diesem verbundenen Ventilstößel 36a auszulenken, um das Ventil zu öffnen. In der Figur 1 b ist der erste, geschlossene Zustand des Ventils 31 zu sehen, bei dem die Durchlassöffnung 14 verschlossen ist. In der Figur 1 c ist der geschlossene Zustand des zweiten Ventils 32 zu sehen, bei dem mittels der Membran 49 die dritte Öffnung 23, nämlich die Durchlassöffnung 23 verschlossen ist, die den mit der Umgebung verbundenen Bypasskanal 43 mit dem ersten Luftkanalabschnitt 1 1 verbindet. The valves 31, 32 each have, as exemplified by the valve 31 in Fig. 1 b, a valve stem 36a, a valve spring 36b and a clamping pin 36d. The clamp pin is for preload adjustment of the shape memory material actuator 36e. The valve guide 37 is fitted into a recess of the base body, between the valve guide 37 and the base body, the membrane 49 (36 c) is clamped, which is used as a closure element for both valves 31, 32. A cover part 42 covers the valve guide 37 above the base body 40 from, is fixed thereto and serves as an abutment of the spring 36 b, which is clamped between the cover part and the flange of the valve stem 36 a. About the cover part, the board 41 is attached. On this, the FGL actuators are fastened by soldering to deflect on contraction the pin 36d and associated tappet 36a to open the valve. In the figure 1 b, the first, closed state of the valve 31 can be seen, in which the passage opening 14 is closed. In the figure 1 c, the closed state of the second valve 32 can be seen, in which by means of the membrane 49, the third opening 23, namely the passage opening 23 is closed, which connects the bypass passage 43 connected to the environment with the first air duct section 1 1.
Fig. 3a bis 3c zeigen exemplarisch, wie ein bewegliches Element, z.B. ein Verdrängungselement oder ähnlich auch ein Ventilstößel, ausgelenkt werden können. Figures 3a to 3c show by way of example how a movable element, e.g. a displacement element or similarly also a valve lifter, can be deflected.
Eine Kontraktion des Formgedächtnismaterial-Aktuator 85 führt dazu, siehe Fig. 3a und 3b, dass das bewegliche Element 83‘ in kürzester Zeit, also impulsartig bzw. schlagartig, von der ersten P1 in die zweite Position P2 bewegt wird. A contraction of the shape memory material actuator 85 leads, see FIGS. 3a and 3b, that the movable element 83 'is moved from the first P1 to the second position P2 in the shortest possible time, that is to say in a pulse-like manner.
Das Formgedächtnismaterial-Aktuator ist eine Legierung auf Basis von TiNiCu, die im Vergleich zum herkömmlichen NiTi noch ermüdungsresistenter ist und damit eine vorteilhafte Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit des Formgedächtnismaterial-Aktuators bietet. Die Phasenübergangs- oder Schalttemperaturen des Materials werden mittels Dynamischer Differenzkalorimetrie (engl. DSC) bestimmt, siehe Diagramm der Fig. 6. In dieser Messung erscheint der für die Aktuierung wichtige Phasenübergang als Peak. Aus dem Diagramm lässt sich entnehmen, dass für ein Schalten des Aktuators die Temperatur des Aktuators auf mindestens 67 °C erhöht werden muss; für das Zurückstellen muss die Temperatur wiederum auf höchstens 50 °C gesenkt werden. Unterhalb der materialspezifischen kritischen Temperatur 50 °C befindet sich der Formgedächtnismaterial-Aktuator insbesondere in der Martensit-Phase und lässt sich bereits durch geringe Kräfte (scheinbar) plastisch verformen. In diesem Zustand befindet sich der Formgedächtnismaterial-Aktuator in der in Fig. 3a gezeigten ersten Position des beweglichen Elements. Der Formgedächtnismaterial-Aktuator kann in der ersten Position insbesondere so angeordnet sein, dass er unter einer mechanischen Spannung steht. Er kann aber auch entspannt sein. Beim Aufheizen auf die weitere kritische Temperatur 67°C wird innerhalb von Millisekunden die ursprüngliche Bauteilgestalt wiederhergestellt, das Material verhält sich dann wie ein gewöhnliches Metall entsprechend dem Hookschen Gesetz. Die kritischen Temperaturen des Formgedächtnismaterial-Aktuators sind einstellbar, indem ein elektrischer Strom I das Formgedächtnismaterial-Aktuator durchfliesst. Dazu ist eine Spannungsversorgung vorgesehen, mit der sich ein durch den Formgedächtnismaterial-Aktuator führender Stromkreis wahlweise zum Aufheizen schließen lässt (Fig. 3b) oder zum Abkühlen des Formgedächtnismaterial-Aktuator öffnen lässt (Fig. 3a). Es wird zwischen beweglichem Element und Aktuator vorzugsweise eine Kugel 83b‘ oder ein Flalterungselement 85a‘ eingesetzt, die/das sich unter dem X-förmigen, taschen-artig gekrümmten Aktuatoreinrichtung 85 selbst zentriert. The shape memory material actuator is a TiNiCu-based alloy that is even more fatigue-resistant than the conventional NiTi and thus offers advantageous long-term stability and reliability of the shape memory material actuator. The phase transition or switching temperatures of the material are determined by means of differential scanning calorimetry (DSC), see diagram of FIG. 6. In this measurement, the phase transition important for the actuation appears as a peak. From the diagram it can be seen that for a switching of the actuator, the temperature of the actuator must be increased to at least 67 ° C; for the reset, the temperature must be lowered again to a maximum of 50 ° C. Below the material-specific critical temperature 50 ° C, the shape memory material actuator is in particular in the martensite phase and can already (apparently) plastically deform by small forces. In this state, the shape memory material actuator is in the first position of the movable element shown in FIG. 3a. The shape memory material actuator may in particular be arranged in the first position so that it is under a mechanical stress. He can also be relaxed. When heating up to a further critical temperature of 67 ° C, the original component shape is restored within milliseconds; the material then behaves like an ordinary metal according to Hooke's law. The critical temperatures of the shape memory material actuator are adjustable by an electric current I flows through the shape memory material actuator. For this purpose, a power supply is provided with which a circuit leading through the shape memory material actuator can optionally be closed for heating (FIG. 3 b) or can be opened to cool the shape memory material actuator (FIG. 3 a). Preferably, a ball 83b 'or flattening member 85a' is used between the movable member and the actuator which itself centers under the X-shaped pocket-like curved actuator means 85.
Die Figuren 3a und 3b zeigen die X-förmig angeordnete, taschen-artig gebildete Aktuatoreinrichtung 85, wobei in Fig. 3a eine erste Position gezeigt ist, in der das bewegliche Element vom Rückstellelement, also z.B. einer Feder, in der ersten Position gehalten wird, und wobei in Fig. 3b die zweite Position gezeigt ist, in der die Aktuatoreinrichtung 85 aktiviert wurde und das bewegliche Element ausgelenkt wurde bis zur zweiten Position in den Anschlag. Die Aktuatoreinrichtung 85 weist zwei Formgedächtnismaterial-Aktuatoren auf Basis einer NiCuTi-Legierung auf, nämlich zwei langgestreckte, stegförmige, auf Basis von gesputtertem Film hergestellte Formgedächtnismaterial-Aktuatoren, die einander überkreuzend, also X-förmig, zentral oberhalb der Kugel des beweglichen Elements 83‘ angeordnet sind. Die Verwendung Film-basierter Aktuatoren ermöglicht ein Einstellen der Kräfte und Stellwege durch Anpassung der zweidimensionalen Geometrie. Die im Verhältnis zum Volumen sehr große Oberfläche bleibt dabei erhalten und sorgt für eine schnelle Wärmeabgabe bzw. Rückstellung des Aktuators im stromlosen Zustand. Figures 3a and 3b show the X-shaped pocket-like actuator means 85, with Fig. 3a showing a first position in which the movable member is displaced from the return member, e.g. a spring is held in the first position, and shown in Fig. 3b, the second position in which the actuator 85 has been activated and the movable member has been deflected to the second position in the stop. The actuator device 85 has two shape memory material actuators based on a NiCuTi alloy, namely two elongate web-shaped shape memory material actuators produced on the basis of sputtered film, which cross each other, ie X-shaped, centrally above the ball of the movable element 83 '. are arranged. The use of film-based actuators allows adjustment of forces and travel paths by adapting the two-dimensional geometry. The very large in relation to the volume surface is maintained and ensures rapid heat dissipation or provision of the actuator in the de-energized state.
Die Enden der Formgedächtnismaterial-Aktuatoren sind am Basiskörper 86, 40 bzw. an der Platine der Mikrodosiereinrichtung 80 jeweils an den beiden Kopplungsstellen 88 (Fig. 3a) verankert. Die Formgedächtnismaterial-Aktuator sind oberhalb der Auflagestelle so gespannt, dass die Kreuzungsstelle 85a jeweils eine Krümmungsstelle des Formgedächtnismaterial-Aktuators bildet. Dadurch wird, wie in den Figuren 3a, 3b und 3c beispielhaft dargestellt ist, ein schalenartiger Bereich der Aktuatoreinrichtung gebildet, durch die sich die Aktuatoreinrichtung oberhalb der Auflagestelle zentriert und eine präzise entlang der linearen Bewegungsrichtung zwischen der ersten und zweiten Position nach unten gerichtete Kraft erzeugt, die eine entsprechend präzise Auslenkung zur Folge hat. Die zwei Formgedächtnismaterial-Aktuatoren können durch ein Verbindungsglied (nicht gezeigt) gekoppelt sein. Während in Fig. 3a bis 3c das bewegliche Element 83‘ aus quaderförmigen Abschnitten aufgebaut ist, kann es auch anders geformt sein, insbesondere mit zylinderförmigen Abschnitten, sowie mit einer Kugel als Auflagefläche für die Aktuatoreinrichtung 85. The ends of the shape memory material actuators are anchored to the base body 86, 40 or to the circuit board of the microdosing device 80 at the two coupling points 88 (FIG. 3a). The shape memory material actuator are stretched above the support point so that the intersection 85a each forms a point of curvature of the shape memory material actuator. As a result, as shown by way of example in FIGS. 3a, 3b and 3c, a shell-like region of the actuator device is formed, through which the actuator device centers above the support point and generates a force directed downwardly along the linear direction of movement between the first and second position that provide a correspondingly precise deflection entails. The two shape memory material actuators may be coupled by a link (not shown). While in FIGS. 3 a to 3 c the movable element 83 'is constructed from cuboidal sections, it can also be shaped differently, in particular with cylindrical sections, and with a ball as support surface for the actuator device 85.
Die Membran 49 besteht aus hochflexiblem PDMS der Dicke 200 pm und ist im stromlosen Zustand der Formgedächtnismaterial-Aktuatoren vorausgelenkt, um die Ventilöffnung zu schließen. The membrane 49 is made of highly flexible PDMS of thickness 200 pm and is deflected in the de-energized state of the shape memory material actuators to close the valve opening.
Die Aktuatoren der Aktuatoreinrichtung 85 sind beispielsweise jeweils paarweise auf eine Trägerplatte bzw. Platine mit integrierten Leiterbahnen aufgebracht und elektrisch kontaktiert, siehe Fig. 3a, 3b. Die elektrische Ansteuerung der Formgedächtnismaterial- Aktuator erfolgt über eine elektrische Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Spannung gleichzeitig an beider Formgedächtnismaterial-Aktuatoren anzulegen und diese synchron zu kontrahieren. Beispielsweise werden über ein dreiadriges Kabel beide Aktuatoren an eine Stromquelle angeschlossen. Eine mittlere Ader dient dabei als gemeinsame Masse-Elektrode. Für ein möglichst schnelles Schalten werden die Aktuatoren im Betrieb mit einem sehr kurzen Spannungs- bzw. Stromimpuls aktiviert, der einige 10 ms dauert, und anschließend die effektive Spannung durch Pulsweitenmodulation soweit gedrosselt, dass die Schaltposition der Formgedächtnismaterial-Aktuatoren gerade gehalten werden kann. The actuators of the actuator device 85 are, for example, in each case applied in pairs to a carrier plate or board with integrated strip conductors and electrically contacted, see FIGS. 3a, 3b. The electrical actuation of the shape memory material actuator takes place via an electrical control device, which is set up to simultaneously apply a voltage to both shape memory material actuators and to contract them synchronously. For example, two actuators are connected to a power source via a three-wire cable. A middle wire serves as a common ground electrode. For the fastest possible switching, the actuators are activated during operation with a very short voltage or current pulse lasting a few tens of ms, and then the effective voltage is throttled so far by pulse width modulation that the switching position of the shape memory material actuators can be kept straight.
Für ein möglichst schnelles Schalten der Formgedächtnismaterial-Aktuatoren werden die Versorgungsspannung auf 4 V, die Dauer des initialen Spannungspulses auf 10 ms, sowie die Pulsweitenmodulation beispielsweise auf einen Duty Cycle von 1/128 eingestellt. Die tatsächliche Schaltzeit wird z.B. durch Beobachtung des Aktors (bzw. der darunterliegenden Kugel) mit einer Hochgeschwindigkeitskamera bestimmt. Ein Formgedächtnismaterial-Aktuator benötigt insbesondere weniger als 2 ms für das Zurücklegen des Hubes. Die Kraft-Auslenkungs-Kennlinien der FGL-Aktuatoren lassen sich mittels einer Zugprüfmaschine bestimmen. Die Steuerung dieser Verfahren zum Betreiben des Moduls 1 sind vorzugsweise durch eine in gewünschter Weise eingerichtete, insbesondere programmierte, elektrische Steuereinrichtung 350 implementiert (Fig. 4). Die Steuereinrichtung 350 kann Bestandteil des Moduls 1 sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung 350 ein externes Gerät oder dessen Bestandteil sein. Insbesondere kann die Steuereinrichtung 350 Bestandteil einer modifizierten Pipettiervorrichtung sein, insbesondere eine um die Steuereinrichtung 350 ergänzte konventionelle Pipettiervorrichtung. For the fastest possible switching of the shape memory material actuators, the supply voltage is set to 4 V, the duration of the initial voltage pulse to 10 ms, and the pulse width modulation, for example, to a duty cycle of 1/128. The actual switching time is determined, for example, by observing the actuator (or the ball below it) with a high-speed camera. In particular, a shape memory material actuator requires less than 2 ms to travel the stroke. The force-deflection characteristics of the FGL actuators can be determined by means of a tensile tester. The control of these methods for operating the module 1 are preferably implemented by a, in particular, programmed, electrical control device 350 (FIG. 4). The control device 350 may be part of the module 1. Alternatively, the controller 350 may be an external device or its component. In particular, the control device 350 may be part of a modified pipetting device, in particular a conventional pipetting device supplemented by the control device 350.

Claims

Patentansprüche claims
1. Mikrodosiereinrichtung (1 ) zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluid probe in Form eines Mikrofreistrahls, aufweisend einen Luftkanal (10), der eine Durchlassöffnung (14) aufweist, die einen ersten Luftkanalabschnitt (1 1 ) und einen zweiten Luftkanalabschnitt (12) des Luftkanals verbindet, wobei der erste Luftkanalabschnitt (1 1 ) eine erste Öffnung (21 ) aufweist und der zweite Luftkanalabschnitt (12) eine zweite Öffnung (22) aufweist, mit der ein die Fluidprobe enthaltender Fluidtransferbehälter (99) verbindbar ist, ein steuerbares erstes Ventil (31 ), das dazu eingerichtet ist, die Durchlassöffnung (14) des Luftkanals (10) wahlweise, in einem ersten Zustand, geschlossen zu hal ten, um einen Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt (1 1 ) gegenüber dem zweiten Luftkanalabschnitt (12) zu ermöglichen, oder, in einem zweiten Zustand, geöffnet zu halten, sowie einen schlagartigen Wechsel vom ersten in den zweiten Zustand zu ermöglichen, wobei die Mikrodosiereinrichtung dazu eingerichtet ist, das erste Ventil (31 ) so zu steuern, dass die Durchlassöffnung (14) mittels des ersten Ventils schlagartig ge öffnet wird, wodurch, bedingt durch den Druckausgleich zwischen dem ersten (1 1 ) und zweiten Luftkanalabschnitt (12), ein Mikroluftvolumen aus dem ersten Luftka nalabschnitt austritt und ein Mikroluftvolumen (V) den Luftkanal (10) durch die zwei te Öffnung (22) verlässt, so dass ein durch das Mikroluftvolumen (V) bestimmtes Mikrodosiervolumen der im Fluidtransferbehälter (99) gehaltenen Fluidprobe ver drängt wird und in Form eines Mikrofreistrahls aus dem Fluidtransferbehälter in den Außenraum abgegeben wird. 1. microdosing (1) for generating a Mikrodosiervolumens a fluid sample in the form of a microfine jet, comprising an air duct (10) having a passage opening (14) having a first air duct section (1 1) and a second air duct section (12) of the air duct wherein the first air duct section (11) has a first opening (21) and the second air duct section (12) has a second opening (22), to which a fluid transfer container (99) containing the fluid sample is connectable, a controllable first valve (11). 31) adapted to hold the passage opening (14) of the air duct (10) selectively, in a first state, closed to allow overpressure in the first air duct section (11) relative to the second air duct section (12), or, in a second state, to keep it open, as well as to enable a sudden change from the first to the second state, the microdosing device is adapted to control the first valve (31) such that the passage opening (14) is opened abruptly by means of the first valve, whereby, due to the pressure equalization between the first (1 1) and second air passage section (12), a micro air volume exits from the first air duct portion and a micro air volume (V) leaves the air duct (10) through the second orifice (22) so that a microdosage volume determined by the micro air volume (V) displaces the fluid sample held in the fluid transfer container (99) is discharged and in the form of a microfine jet from the fluid transfer container in the outer space.
2. Mikrodosiereinrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei die erste Öffnung der Mikrodo siereinrichtung mit einer Luftkammer einer Pipettiervorrichtung verbindbar ist, die zudem aufweist: ein Verdrängungselement, das zur Verdrängung eines Mikrovolu mens (V) der Luftkammer eingerichtet ist, und einen Antrieb, um die Auslenkung des Verdrängungselements anzutreiben, wodurch im ersten Zustand des ersten Ventils der Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt erzeugbar ist. 2. microdosing device according to claim 1, wherein the first opening of the Mikrodo siereinrichtung with an air chamber of a pipetting device is connectable, further comprising: a displacement element, which is adapted to displace a Mikrovolu mens (V) of the air chamber, and a drive to the deflection to drive the displacement element, whereby in the first state of the first valve, the pressure in the first air duct section can be generated.
3. Mikrodosiereinrichtung gemäß Anspruch 1 , wobei die Mikrodosiereinrichtung eine Luftkammer aufweist, die mit der ersten Öffnung verbunden ist, ein Verdrängungs element, das zur Verdrängung eines Mikrovolumens (V) der Luftkammer eingerich tet ist, und einen Antrieb, um die Auslenkung des Verdrängungselements anzutrei ben, wodurch im ersten Zustand des ersten Ventils der Überdruck im ersten Luft kanalabschnitt erzeugbar ist. 3. microdosing device according to claim 1, wherein the micro-metering device has an air chamber which is connected to the first opening, a displacement element which is rich tet for displacing a microvolume (V) of the air chamber, and a drive to the deflection of the displacement element anzutrei ben, whereby in the first state of the first valve, the pressure in the first air channel section can be generated.
4. Mikrodosiereinrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Verdrängungsele ment ein Kolbenelement ist, das dazu eingerichtet ist, im ersten Zustand des ersten Ventils (31 ) das Mikroluftvolumen (V) zu verdrängen und das dazu eingerichtet ist, im zweiten Zustand des ersten Ventils ein Makroluftvolumen zu verdrängen. 4. microdosing according to claim 1 or 2, wherein the Verdrängungsele element is a piston member which is adapted to displace in the first state of the first valve (31) the micro air volume (V) and which is adapted to, in the second state of the first valve to displace a macro air volume.
5. Mikrodosiereinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Öffnung der Mikrodosiereinrichtung mit dem Arbeitskonus einer Pipettiervorrichtung verbindbar ist, so dass mittels der Pipettiervorrichtung im ersten Luftkanalabschnitt der gewünschte Überdruck einstellbar ist. 5. microdosing according to one of the preceding claims, wherein the first opening of the microdosing is connectable to the working cone of a pipetting device, so that by means of the pipetting device in the first air duct section of the desired pressure is adjustable.
6. Mikrodosiereinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Luftkanalabschnitt eine verschließbare dritte Öffnung (23) aufweist, die den ersten Luftkanalabschnitt mit dem Außenraum verbindet, und ein steuerbares zweites Ventil (32) aufweist, das dazu eingerichtet ist, die dritte Öffnung des Luftkanals wahlweise, in einem ersten Zustand, geschlossen zu halten, um den Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt gegenüber dem zweiten Luftkanalabschnitt zu ermögli chen, oder, in einem zweiten Zustand, geöffnet zu halten, sowie einen Wechsel vom ersten in den zweiten Zustand zur Herbeiführung eines Druckausgleichs im ersten Luftkanalabschnitt zum Außenraum zu ermöglichen. 6. The microdosing device according to claim 1, wherein the first air duct section has a closable third opening (23) which connects the first air duct section to the outside space, and has a controllable second valve (32) which is adapted to open the third opening of the third Air duct selectively, in a first state, to keep closed to ermögli Chen the pressure in the first air duct section relative to the second air duct section, or to keep open in a second state, and a change from the first to the second state to bring about a pressure equalization in the first air duct section to allow for outdoor space.
7. Mikrodosiereinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste Ventil einen Formgedächtnislegierungs(FGL)-Aktuator aufweist. 7. The microdosing device according to one of the preceding claims, wherein the first valve has a shape memory alloy (FGL) actuator.
8. Mikrodosiereinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die eine elektri sche Steuereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, das erste Ventil (31 ) so zu steuern, dass die Durchlassöffnung (14) mittels des ersten Ventils schlagartig geöffnet wird, wodurch, bedingt durch den Druckausgleich zwischen dem ersten (1 1 ) und zweiten Luftkanalabschnitt (12), ein Mikroluftvolumen aus dem ersten Luftkanalabschnitt austritt und ein Mikroluftvolumen (V) den Luftkanal (10) durch die zweite Öffnung (22) verlässt, so dass ein durch das Mikroluftvolumen (V) be stimmtes Mikrodosiervolumen der im Fluidtransferbehälter (99) gehaltenen Fluid probe verdrängt wird und in Form eines Mikrofreistrahls aus dem Fluidtransferbe hälter in den Außenraum abgegeben wird. 8. microdosing according to one of the preceding claims, which has an electrical cal control device which is adapted to control the first valve (31) so that the passage opening (14) is opened by means of the first valve abruptly, whereby, due to the Pressure equalization between the first (1 1) and second air duct section (12), a micro air volume exiting the first air duct section and a micro air volume (V) the air duct (10) through the second opening (22) leaves, so that by the micro air volume (V ) be true microdosage volume of the fluid transfer container (99) held fluid sample is displaced and in the form of a microfree jet from the Fluidtransferbe container is discharged into the outer space.
9. System (400) zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls, beinhaltend eine Mikrodosiereinrichtung gemäß einem der vorherigen Ansprüche und eine Pipettiervorrichtung, die dazu dient, diesen Über druck im ersten Luftkanalabschnitt zu erzeugen, wobei die erste Öffnung der Mikrodosiereinrichtung mit einer Luftkammer der Pipettiervorrichtung verbindbar ist oder verbunden ist, die zudem aufweist: ein Verdrängungselement, das zur Ver drängung eines Mikrovolumens (V) der Luftkammer eingerichtet ist, und einen An trieb, um die Auslenkung des Verdrängungselements anzutreiben, wodurch im ers ten Zustand des ersten Ventils der Überdruck im ersten Luftkanalabschnitt erzeug bar ist. 9. System (400) for generating a Mikrodosiervolumens a fluid sample in the form of a microfine jet, comprising a microdosing according to one of the preceding claims and a pipetting device which serves to generate this pressure in the first air duct section, wherein the first opening of the microdosing with a Air chamber of the pipetting device is connectable or connected, which further comprises a displacement element which is set to Ver displacement of a microvolume (V) of the air chamber, and a drive to drive the deflection of the displacement element, whereby in Ers th state of the first valve the pressure in the first air duct section is producible bar.
10. System gemäß Anspruch 9, wobei die Pipettiervorrichtung insbesondere eine kommerziell erhältliche Pipettiervorrichtung ist, wobei die Pipettiervorrichtung eine elektrische Steuereinrichtung aufweist, die dazu eingerichtet ist, das erste Ventil (31 ) so zu steuern, dass die Durchlassöffnung (14) mittels des ersten Ventils schlagartig geöffnet wird, wodurch, bedingt durch den Druckausgleich zwischen dem ersten (1 1 ) und zweiten Luftkanalabschnitt (12), ein Mikroluftvolumen aus dem ersten Luftkanalabschnitt austritt und ein Mikroluftvolumen (V) den Luftkanal (10) durch die zweite Öffnung (22) verlässt, so dass ein durch das Mikroluftvolumen (V) bestimmtes Mikrodosiervolumen der im Fluidtransferbehälter (99) gehaltenen Flu- idprobe verdrängt wird und in Form eines Mikrofreistrahls aus dem Fluidtransferbe hälter in den Außenraum abgegeben wird. 10. The system according to claim 9, wherein the pipetting device is in particular a commercially available pipetting device, wherein the pipetting device has an electrical control device which is adapted to control the first valve (31) such that the passage opening (14) by means of the first valve is opened suddenly, due to the pressure equalization between the first (1 1) and second air duct section (12), a micro air volume exiting the first air duct section and a micro air volume (V) the air duct (10) through the second opening (22) leaves in that a micro-metering volume, determined by the micro-air volume (V), of the fluids held in the fluid-transfer container (99). idprobe is displaced and in the form of a microfire jet from the Fluidtransferbe container is discharged into the outer space.
1 1 . System gemäß Anspruch 9 oder 10, mit einer Kabelverbindung, welche die Mikro dosiereinrichtung mit einer elektrischen Steuereinrichtung der Pipettiervorrichtung verbindet, so dass das mindestens eine Ventil der Mikrodosiereinrichtung durch die elektrischen Steuereinrichtung steuerbar ist, insbesondere um das erste Ventil (31 ) so zu steuern, dass die Durchlassöffnung (14) mittels des ersten Ventils schlagartig geöffnet wird, wodurch, bedingt durch den Druckausgleich zwischen dem ersten (1 1 ) und zweiten Luftkanalabschnitt (12), ein Mikroluftvolumen aus dem ersten Luftkanalabschnitt austritt und ein Mikroluftvolumen (V) den Luftkanal (10) durch die zweite Öffnung (22) verlässt, so dass ein durch das Mikroluftvolumen (V) be stimmtes Mikrodosiervolumen der im Fluidtransferbehälter (99) gehaltenen Fluid probe verdrängt wird und in Form eines Mikrofreistrahls aus dem Fluidtransferbe hälter in den Außenraum abgegeben wird. 1 1. System according to claim 9 or 10, with a cable connection, which connects the micro metering device with an electrical control device of the pipetting device, so that the at least one valve of the micro-metering device is controllable by the electrical control device, in particular to control the first valve (31) so that the passage opening (14) is opened abruptly by means of the first valve, whereby, due to the pressure equalization between the first (1 1) and second air duct section (12), a micro air volume exits from the first air duct section and a micro air volume (V) exits the air duct ( 10) through the second opening (22) leaves, so that by the micro air volume (V) be true microdosage volume of the fluid transfer container (99) held fluid sample is displaced and in the form of a microfire jet from the Fluidtransferbe container is discharged into the outer space.
12. Verfahren (500) zum Erzeugen eines Mikrodosiervolumens einer Fluidprobe in Form eines Mikrofreistrahls mittels einer Mikrodosiereinrichtung gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, aufweisend den Schritt (Abgabeschritt), dass das erste Ventil so gesteuert wird, dass die Durchlassöffnung mittels des ersten Ventils schlagartig geöffnet wird, wodurch, bedingt durch den Druckausgleich zwischen dem ersten und zweiten Luftkanalabschnitt, ein Mikroluftvolumen aus dem ersten Luftkanalabschnitt austritt und ein Mikroluftvolumen (V) den Luftkanal durch die zweite Öffnung verlässt, so dass ein durch das Mikrovolumen (V) bestimmtes Mikrodosiervolumen der im Fluidtransferbehälter gehaltenen Fluidprobe verdrängt wird und in Form eines Mikrofreistrahls aus dem Fluidtransferbehälter in den Au ßenraum abgegeben wird. 12. A method (500) for generating a microdosage volume of a fluid sample in the form of a microfree jet by means of a microdosing according to one of the preceding claims, comprising the step (discharge step) that the first valve is controlled so that the passage opening is opened by means of the first valve abruptly whereby, due to the pressure equalization between the first and second air duct section, a micro air volume exits the first air duct section and a micro air volume (V) leaves the air duct through the second opening so that a microdosage volume determined by the microvolume (V) is maintained in the fluid transfer container Fluid sample is displaced and discharged in the form of a microfine jet from the fluid transfer container in the Au ßenraum.
13. Verfahren gemäß Anspruch 12, aufweisend die Schritte, dass mittels einer Pipet tiervorrichtung, die eine mit der ersten Öffnung verbundene Luftkammer und ein Verdrängungselement aufweist, durch Verdrängung eines Mikrovolumens (V) in der Luftkammer ein Überdruck in dem ersten Luftkanalabschnitt hergestellt wird, bevor der Abgabeschritt erfolgt. 13. The method according to claim 12, comprising the steps of, by means of a pipetting device having an air chamber connected to the first opening and a displacement element, by displacement of a microvolume (V) in the air chamber, an overpressure in the first air duct section is made before the delivery step takes place.
14. Verfahren gemäß Anspruch 12 oder 13, aufweisend Schritte, die der Aufnahme und/oder Abgabe der Fluidprobe bei einem Pipettier- oder Dispensiervorgang die- nen. 14. A method according to claim 12 or 13, comprising steps for receiving and / or delivering the fluid sample in a pipetting or dispensing operation.
15. Verwendung der Mikrodosiereinrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, des Systems gemäß einem der Ansprüche 9 bis 1 1 oder des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14 zur Erzeugung eines Mikrodosiervolumens einer Labor- probe im Freistrahl, insbesondere einer wässrigen Laborprobe, insbesondere einer biologischen, medizinischen, chemischen, biochemischen, pharmazeutischen oder forensischen Probe. 15. Use of the microdosing according to one of claims 1 to 8, the system according to any one of claims 9 to 1 1 or the method according to any one of claims 12 to 14 for generating a microdosage volume of a laboratory sample in the free jet, in particular an aqueous laboratory sample, in particular a biological, medical, chemical, biochemical, pharmaceutical or forensic sample.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3838412A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-23 MT.DERM GmbH Device and method for the dosed delivery of a microfluidic fluid quantity in the picoliter and microlitter region and a hand tool for local puncturing of a human or animal skin

Citations (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0119573A1 (en) 1983-03-21 1984-09-26 Miles Laboratories, Inc. Microdroplet dispensing apparatus and method
WO1999010099A1 (en) 1997-08-26 1999-03-04 Eppendorf-Netheler-Hinz Gmbh Micrometering system
WO1999037400A1 (en) 1998-01-22 1999-07-29 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Microdosing device
EP0876219B1 (en) 1995-11-01 2000-05-31 Tecan AG Automated pipetting of small volumes
EP1206966B1 (en) 2000-11-17 2003-07-23 Tecan Trading AG Device for aspirating and dispensing liquid samples
WO2006018617A1 (en) * 2004-08-16 2006-02-23 The Technology Partnership Plc Liquid dispensing device
EP1488106B1 (en) 2002-05-07 2006-06-14 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Free jet dosing module and method for the production thereof
US20060225786A1 (en) * 2005-04-11 2006-10-12 Unaxis International Trading Ltd Method for operating a pneumatic device for the metered delivery of a liquid and pneumatic device
EP1654068B1 (en) 2003-08-14 2007-01-24 Roland Zengerle Microdosing device and method for the dosed delivery of liquids
DE102007010412A1 (en) * 2007-02-13 2008-08-14 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Apparatus and method for dosing liquids in gas-filled spaces
DE10022398B4 (en) 2000-04-28 2011-03-17 Eppendorf Ag Gas cushion micro-dosing system
EP2412439A1 (en) * 2010-07-26 2012-02-01 Hamilton Bonaduz AG Pipette device with throttle position in the pipette channel
WO2013167594A1 (en) 2012-05-08 2013-11-14 Roche Diagnostics Gmbh Dispensing assembly
DE102012209314A1 (en) * 2012-06-01 2013-12-05 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Device and method for dispensing or receiving a liquid volume
US9221046B2 (en) 2014-01-30 2015-12-29 Rainin Instrument, Llc Air displacement pipette with enhanced blowout

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6347665A (en) 1986-08-14 1988-02-29 コントロン　インスツルメンツ　ホールディング　エヌ．ブイ． Method and device for operating pipet
JPH087222B2 (en) 1990-01-18 1996-01-29 持田製薬株式会社 Automatic dispensing dilution device
DE29713744U1 (en) 1997-08-01 1998-12-03 Planatol Klebetechnik Gmbh Glue and / or moistening device
DE10238564B4 (en) 2002-08-22 2005-05-04 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. pipetting
DE102008016549A1 (en) 2008-03-27 2009-11-19 Nyársik, Lajos, Dr. Dosing apparatus for contact free dispensing of liquids, has channel module for collecting and dispensing liquid by capillary and regulated pressure system for generation of over pressure

Patent Citations (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0119573A1 (en) 1983-03-21 1984-09-26 Miles Laboratories, Inc. Microdroplet dispensing apparatus and method
EP0876219B1 (en) 1995-11-01 2000-05-31 Tecan AG Automated pipetting of small volumes
WO1999010099A1 (en) 1997-08-26 1999-03-04 Eppendorf-Netheler-Hinz Gmbh Micrometering system
DE19737173B4 (en) 1997-08-26 2007-04-05 Eppendorf Ag micro-dosing system
WO1999037400A1 (en) 1998-01-22 1999-07-29 Hahn-Schickard-Gesellschaft für angewandte Forschung e.V. Microdosing device
DE10022398B4 (en) 2000-04-28 2011-03-17 Eppendorf Ag Gas cushion micro-dosing system
EP1206966B1 (en) 2000-11-17 2003-07-23 Tecan Trading AG Device for aspirating and dispensing liquid samples
EP1488106B1 (en) 2002-05-07 2006-06-14 Fraunhofer-Gesellschaft Zur Förderung Der Angewandten Forschung E.V. Free jet dosing module and method for the production thereof
EP1654068B1 (en) 2003-08-14 2007-01-24 Roland Zengerle Microdosing device and method for the dosed delivery of liquids
WO2006018617A1 (en) * 2004-08-16 2006-02-23 The Technology Partnership Plc Liquid dispensing device
US20060225786A1 (en) * 2005-04-11 2006-10-12 Unaxis International Trading Ltd Method for operating a pneumatic device for the metered delivery of a liquid and pneumatic device
DE102007010412A1 (en) * 2007-02-13 2008-08-14 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Apparatus and method for dosing liquids in gas-filled spaces
EP2412439A1 (en) * 2010-07-26 2012-02-01 Hamilton Bonaduz AG Pipette device with throttle position in the pipette channel
WO2013167594A1 (en) 2012-05-08 2013-11-14 Roche Diagnostics Gmbh Dispensing assembly
DE102012209314A1 (en) * 2012-06-01 2013-12-05 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Device and method for dispensing or receiving a liquid volume
US9221046B2 (en) 2014-01-30 2015-12-29 Rainin Instrument, Llc Air displacement pipette with enhanced blowout

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