WO2024013044A1 - Verfahren zum einstellen eines piezoelektrischen aktors - Google Patents

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WO2024013044A1
WO2024013044A1 PCT/EP2023/068954 EP2023068954W WO2024013044A1 WO 2024013044 A1 WO2024013044 A1 WO 2024013044A1 EP 2023068954 W EP2023068954 W EP 2023068954W WO 2024013044 A1 WO2024013044 A1 WO 2024013044A1
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actuator
impedance
impedance value
dispensing
determined
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PCT/EP2023/068954
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Inventor
Lena Lautscham
Marlene FIEDLER
Original Assignee
Cytena Gmbh
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    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00—Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/02—Burettes; Pipettes
    • B01L3/0241—Drop counters; Drop formers
    • B01L3/0268—Drop counters; Drop formers using pulse dispensing or spraying, eg. inkjet type, piezo actuated ejection of droplets from capillaries
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H02N2/02—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing linear motion, e.g. actuators; Linear positioners ; Linear motors
    • H02N2/06—Drive circuits; Control arrangements or methods
    • H02N2/062—Small signal circuits; Means for controlling position or derived quantities, e.g. for removing hysteresis
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    • H10N30/802—Circuitry or processes for operating piezoelectric or electrostrictive devices not otherwise provided for, e.g. drive circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01L2400/04—Moving fluids with specific forces or mechanical means
    • B01L2400/0403—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces
    • B01L2400/0433—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces
    • B01L2400/0439—Moving fluids with specific forces or mechanical means specific forces vibrational forces ultrasonic vibrations, vibrating piezo elements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12M—APPARATUS FOR ENZYMOLOGY OR MICROBIOLOGY; APPARATUS FOR CULTURING MICROORGANISMS FOR PRODUCING BIOMASS, FOR GROWING CELLS OR FOR OBTAINING FERMENTATION OR METABOLIC PRODUCTS, i.e. BIOREACTORS OR FERMENTERS
    • C12M33/00—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus
    • C12M33/04—Means for introduction, transport, positioning, extraction, harvesting, peeling or sampling of biological material in or from the apparatus by injection or suction, e.g. using pipettes, syringes, needles

Definitions

  • the invention relates to a method for adjusting a piezoelectric actuator, a dispensing device, a data processing unit for carrying out the method, a computer program, a computer-readable data carrier and a data carrier signal.
  • Isolated cells are becoming an increasingly important material. Active ingredients such as monoclonal antibodies and other proteins will be produced using so-called monoclonal cell lines. These are populations of cells that all descend from a single mother cell. The production of monoclonal cell lines is necessary because this is the only way to ensure that all cells in the population have an almost identical genome in order to produce active ingredients with constant and reproducible quality.
  • cells are transferred individually into containers in a microtiter plate.
  • the cells to be transferred are produced by genetically modifying a host cell line and separating these modified cells.
  • Individual cells are deposited into the microtiter plates using devices that are also referred to as dispensing devices.
  • Dispensing devices are known, each of which has a dispenser that contains liquid sample.
  • the dispenser is designed in such a way that liquid sample, for example in the form of a drop, is only dispensed after a dispenser section has been actuated.
  • the dispensing section is actuated by a piston of the dispensing device, which is actuated by a piezoelectric actuator of the dispensing device.
  • the piston presses against the dispenser section when the piston is actuated by the piezoelectric element.
  • the drop speed, the drop volume and the drop shape depend on the piston speed and the depth of penetration of the piston into the dispenser section.
  • the depth of penetration of the piston into the dispenser area can be between 5 and 10 gm (micrometers).
  • the liquid samples ejected during the dispensing processes are comparable and/or stable, in particular with regard to their speed and/or shape and/or volume. In other words, it is desirable to be able to repeatedly dispense liquid samples with the same physical properties. So there is a need for the ejected liquid samples in the Have substantially the same speed and/or the same shape and/or the same volume.
  • the tolerances in the manufacture of the above-mentioned components are usually above 5 to 10 gm of penetration depth.
  • the tolerances can change during operation of the dispensing device. This happens, for example, when the dispenser is replaced by another dispenser. Replacing the dispenser may be necessary if another liquid sample needs to be dispensed after a dispensing process in order to avoid contamination of the liquid samples. It may also happen that the piston and/or the piezoelectric actuator must be replaced as part of maintenance and/or repair of the dispensing device.
  • the above-mentioned tolerances make it difficult to install the piezoelectric actuator with such precision that the piezoelectric actuator is biased with a predetermined voltage.
  • the preload of the piezoelectric actuator is necessary to avoid damage to the actuator and to dispense the liquid sample with the specified physical properties.
  • the piezoelectric actuator is biased. Since the penetration depth and/or piston speed depend on the preload of the actuator, liquid samples often cannot be repeatedly ejected with the same physical properties, so that the ejected liquid samples are not comparable and/or stable. In particular, the ejected liquid samples often have different speeds and/or different shapes and/or different volumes.
  • the actuator is set manually in known dispensing devices.
  • an attempt is made to find a setting of the piezoelectric actuator in which the above-mentioned disadvantages are avoided.
  • manual adjustment is inaccurate and time-consuming.
  • the object of the invention is to provide a method by means of which the piezoelectric actuator can be adjusted precisely and quickly.
  • the task is solved by a method for adjusting a piezoelectric actuator of a dispensing device, the method having the following steps: Sending out at least one excitation signal to the actuator and determining at least one impedance value of the excited actuator, the piezoelectric actuator being adjusted depending on the determined at least one impedance value.
  • a further object of the invention is to provide a dispensing device in which the actuator can be adjusted accurately and quickly.
  • a dispensing device with a dispenser for dispensing liquid sample, a piezoelectric actuator and a data processing device which is configured to output at least one excitation signal to the actuator and to determine at least one impedance value of the excited actuator, the data processing device being configured to set the actuator depending on the determined at least one impedance value.
  • the dispensed liquid samples can have essentially the same speed and/or the same shape and/or the same volume. Focusing on the impedance is advantageous because the tolerances of the components of the dispensing devices influence the impedance.
  • adjusting the piezoelectric actuator in particular on the basis of the specific impedance of the actuator, offers the advantage that the tolerances are taken into account when adjusting the piezoelectric actuator. In this respect, replacing the dispenser has no influence on the repeatability and/or comparability of the dispensed liquid samples.
  • the piezoelectric actuator it is also no longer necessary for the piezoelectric actuator to be mechanically biased to a precise voltage. As explained in detail below, a voltage can be determined within the scope of the method according to the invention, by means of which the piezoelectric actuator is to be biased. With the method according to the invention, there is no longer any need to find an optimal preload through manual tests. Therefore, the piezoelectric actuator can be adjusted quickly and precisely using the method.
  • a dispensing device is understood to be a device by means of which a or several liquid samples can only be dispensed after the dispenser has been activated.
  • the dispenser can be operated directly or indirectly by the actuator.
  • the dispensing device can have a piston that is actuated by the actuator when the actuator receives an excitation signal.
  • the dispenser is configured in such a way that the liquid sample in the dispenser cannot be dispensed without actuation by the piston or actuator.
  • a predetermined volume can be dispensed by means of the dispensing device, in particular by appropriate actuation by the piston, which can contain a predetermined number of particles.
  • the liquid sample dispensed by means of the dispensing device can be a drop, in particular a free-flying drop.
  • the liquid drop can have a volume in a range between 1 fl (femtoliter) to 1 L (microliter), in particular between 1 pl (picoliter) to 1 pL (microliter).
  • the sample output can be carried out using a drop-on-demand operation method. In this case, the device outputs samples discretely and not continuously.
  • the dispensed liquid sample can be a jet which, after being dispensed from the dispenser, may break down into individual drops of liquid.
  • the liquid sample dispensed from the dispensing device can contain liquid and no particles in the dispensing operation, that is to say in an operation in which the piezoelectric actuator is already set.
  • the dispensed liquid sample may comprise liquid and a single particle.
  • the liquid sample dispensed may include liquid and more than a single particle.
  • the particles can be biological particles, where the biological particles can be microorganisms such as bacteria, archaeans, yeasts, fungi, and viruses, or cells, DNA, RNA or proteins.
  • the liquid sample may contain a single or several of the aforementioned biological particles.
  • the liquid can be a suspension that can promote growth of the biological particles arranged in the liquid.
  • the particle can be a glass or polymer bead, in particular which has the same or substantially the same volume as a cell.
  • the piezoelectric actuator can be designed in stack form.
  • the Piezoelectric actuator has several, in particular piezoceramic, elements. The individual elements are connected to each other.
  • the piezoelectric actuator can also have only a single, in particular piezoceramic, element.
  • the element can have any shape.
  • the element can be polygonal, disc-shaped or tubular.
  • the piezoelectric actuator also has electrodes for applying an electric field to the elements or the element.
  • the actuator and thus the elements can be mechanically prestressed by a prestressing device. Prestressing is understood to mean a compressive force exerted on the elements by the prestressing device, by means of which the elements are pressed together.
  • the excitation signal is a signal applied to the piezoelectric actuator to deflect the actuator.
  • a deflection of the actuator also causes a deflection of the piston.
  • the piston can, in particular, only move linearly.
  • the excitation signal applied to the actuator in an adjustment operation for adjusting the piezoelectric actuator is different from an excitation signal applied to the actuator in a dispensing operation for dispensing liquid sample.
  • the determined impedance value is an impedance value of the piezoelectric actuator. It was recognized that the impedance value depends on the bias voltage applied to the actuator. In the present case, the dispenser and the biasing device therefore influence the impedance value because the biasing voltage is adjusted via the biasing device and the dispenser as a counter-tensioning element. In the event that the dispensing device has a piston, the piston also influences the impedance value. It is clear that the method can be used to determine several impedance values that depend on the frequency of the excitation signal.
  • the excitation signal can be a voltage signal, in particular a sinusoidal one.
  • the excitation signal can lie within a frequency range. The frequency range can be selected such that it includes the resonance frequency of the actuator.
  • the excitation signal can be varied over time.
  • the excitation signal can be a sweep signal. This means that multiple impedance values can be obtained with one excitation signal.
  • several excitation signals can be sent to the actuator.
  • the individual excitation signals can each have a sinusoidal curve.
  • the excitation signals can differ from each other in frequency.
  • the excitation signals can lie within the aforementioned predetermined frequency range.
  • the excitation signals can each be a voltage signal. This means that the actuator can be supplied with different excitation signals that differ from one another in their frequency. In particular, voltages that differ from each other in frequency can be applied to the actuator.
  • the excitation signal applied to the actuator in a setting operation of the actuator can differ from an excitation signal applied to the actuator in a dispensing operation.
  • the amplitude of the excitation signal applied in the setting mode can be smaller than the amplitude of the excitation signal applied in the dispensing mode.
  • the amplitude of the excitation signal can be so low that the deflection of the actuator is not sufficient for a liquid sample to be ejected from the dispenser.
  • the choice of such an excitation signal in the setting operation offers the advantage that a measuring device for measuring the impedance and/or data processing device is not damaged.
  • the at least one impedance value resulting from sending the excitation signal that has a frequency within the frequency range can be assigned to a mechanical bias.
  • the resulting impedance values can each be assigned to a mechanical bias. This is possible because the mechanical bias of the actuator was not changed during the impedance determination.
  • an impedance value or several impedance values can be assigned to a mechanical preload setting. As described in more detail below, this is exploited in the dispensing operation to produce comparable dispensed liquid samples.
  • the data received by the data processing device can already contain information about the impedance.
  • the data can represent at least one impedance value.
  • the impedance is determined outside the data processing device.
  • the at least one impedance value can be determined by the data processing device on the basis of the received data.
  • the impedance value can be determined based on the voltage across the actuator and a resistance connected by the actuator or a resistor connected in series with the actuator. The two values are determined by stimulating the actuator with an alternating voltage with a specific frequency. In order to obtain the entire impedance spectrum, i.e. several impedance values, several impedance measurements must be carried out at different excitation frequencies.
  • the actuator can be biased during a determination process of the at least one impedance value.
  • the at least one impedance value can be determined when the actuator is biased.
  • the dispensing device has a pretensioning device which exerts a mechanical pretension on the actuator.
  • the actuator can be clamped against the dispenser.
  • the dispensing device can have the piston.
  • the piston can be arranged in the power flow between the actuator and the dispenser. In the preloaded state, the actuator is in direct contact with the dispenser or with the piston. The piston is in contact with the dispenser. If the dispensing device is designed without a piston, the actuator is in contact with the dispenser in the preloaded state.
  • the determination process includes sending out the at least one excitation signal and determining the at least one impedance value.
  • Such a structure enables all tolerances of the above-mentioned components to be taken into account when determining the at least one impedance value and to be visible in the impedance values. This allows the tolerances to be taken into account when adjusting the piezoelectric actuator.
  • tolerances of components other than the above-mentioned components of the dispensing device can also be taken into account when adjusting the actuator if they have an influence on the mechanical preload and thus on the impedance of the actuator.
  • the at least one impedance value can be determined in the setting operation of the dispensing device.
  • setting mode the actuator is set and/or the values required for setting the actuator are determined.
  • the amplitude of the excitation signal in the setting operation can be smaller than the amplitude of the excitation signal in the dispensing operation of the dispensing device.
  • the “setting mode” of an actuator is therefore understood to mean an operating state of the dispensing device in which the actuator is adjusted such that repeatable and/or stable and/or comparable liquid samples can be dispensed in the dispensing mode.
  • the “dispensing mode” of the actuator is an operating state in which the actuator is operated with the at least one parameter determined in the setting mode, in particular the mechanical preload and/or the excitation signal.
  • the amplitude of the excitation signal is sufficiently high, that the piston or actuator penetrates far enough into the dispensing section so that liquid sample is dispensed.
  • the setting operation can be carried out before the dispensing operation. This offers the advantage that the liquid samples dispensed in the dispensing operation are comparable, in particular with regard to, for example, shape, volume, speed.
  • the setting operation can be carried out after replacing the dispenser and/or replacing the actuator and/or after a predetermined number of dispensing steps, in each of which a liquid sample is dispensed.
  • the setting operation is carried out after a predetermined number of dispensing steps in order to check whether the dispensing device still functions as desired.
  • the data processing device can determine at least one reference impedance value.
  • multiple reference impedance values can be determined.
  • several dispensing processes can be carried out.
  • Each of the dispensing processes can have one dispensing step or several dispensing steps, in each of which a liquid sample is dispensed.
  • the individual dispensing processes differ in the mechanical preload that is applied to the actuator. However, the dispensing steps within the dispensing process take place with the same preload.
  • a physical property of the dispensing device and/or the liquid sample dispensed in a dispensing process is determined.
  • the data processing device can check whether the physical property meets a predetermined condition.
  • the specified condition is fulfilled when the physical property of a dispensed liquid sample corresponds to a specified physical property.
  • “Corresponds” also includes the case that the specific physical property does not correspond exactly to the specified physical property, but lies within a specified tolerance range.
  • the physical property can be determined for all liquid samples of a dispensing process. This can be repeated for each dispensing process.
  • the determination of the physical property can be done manually or automatically. Any property of the dispensed liquid sample that can be measured and/or determined on the basis of measurements is considered a physical property.
  • the property can be an optical property of the liquid sample and/or the shape of the dispensed liquid sample.
  • the property of the liquid sample may be the volume of the liquid sample and/or the velocity of the liquid sample. Additionally, the property may be the number of drops emitted following an excitation signal and/or whether each excitation signal also results in output of a liquid sample.
  • a dispensing process can be determined in which the dispensed liquid sample or samples have a predetermined property
  • an impedance measurement can be carried out and at least one reference impedance value can be determined.
  • at least one reference impedance value can be determined, the actuator being biased during the impedance measurement with the bias voltage applied in the dispensing process, at which the physical property of the liquid sample and/or the dispensing device corresponds to the predetermined physical property.
  • the dispensing device can have an optical detection device for optically detecting the dispensed liquid sample.
  • the physical property of the liquid sample can be determined on the basis of the recorded liquid sample.
  • the optical detection device can have an imaging device for generating an image.
  • the at least one reference impedance value is determined analogously to the at least one impedance value. This means that at least one excitation signal or several excitation signals is or are transmitted to the actuator, the excitation signal amplitude being frequency-dependent or the excitation signals having a different frequency.
  • the data processing device determines the impedance of the excited actuator. Furthermore, reference is made to the above statements.
  • the at least one specific reference impedance value can be stored in an electrical memory of the dispensing device.
  • the data processing device can check whether at least one setting condition is met.
  • the setting condition can depend on the at least one reference impedance value and/or on the at least one impedance value. Alternatively or additionally, the setting condition can also depend on a further impedance value, which is described in detail below.
  • the data processing device can adjust the actuator depending on the test result.
  • the actuator can be adjusted by changing the mechanical bias applied to the actuator.
  • the dispensing device can have a biasing device for biasing the piezoelectric actuator.
  • the biasing device can have a motor by means of which a biasing element, such as a screw, is moved in order to change the bias applied to the actuator.
  • the excitation signal sent to the data processing device can be changed. In this way, an amplitude of the control signal can be changed. As a result, the actuator can be adjusted quickly and easily.
  • Adjusting the actuator via the mechanical preload has the advantage that the impedance value can be used as a controlled variable in a control system.
  • several determination processes can be carried out as part of the setting operation, in which at least one impedance value or several impedance values are determined. The determination processes differ from each other in the mechanical preload applied to the actuator.
  • the change in the control signal has no influence on the impedance, so that control with the impedance as a controlled variable in setting mode does not make sense.
  • the excitation signal in particular the amplitude of the excitation signal, can be changed in dispensing operation depending on the test result in order to adjust the actuator.
  • a relationship between the excitation signal applied in a dispensing operation and the test result can be stored. It is therefore known which excitation signal is to be applied to the actuator in dispensing mode if, for example, a specific impedance value differs from a reference impedance value.
  • the relationship between the excitation signal in dispensing operation and the test result can be determined in a laboratory, especially once.
  • the test result can, for example, be the deviation of the determined impedance value from the reference impedance value. Further test results that can be used to determine the excitation signal are listed below.
  • the determination of the at least one reference impedance value can be part of the setting operation.
  • the reference impedance values can be determined once, especially in a laboratory, and used for all dispensing devices. Alternatively or additionally, it is possible to determine the reference impedance values before starting up the dispensing device and/or before dispensing operation. In addition, it is possible to determine the reference impedance values at predetermined times and/or after maintenance of the dispensing device, in particular after replacing the actuator.
  • reference impedance values are understood to be impedance values that result when the actuator is in an ideal state. In the ideal state, the actuator is set such that liquid samples are repeatedly dispensed with the same physical properties.
  • the data processing device can check whether the determined impedance value corresponds to the reference impedance value or lies in a predetermined range that has the impedance value. It can be checked whether several impedance values correspond to the assigned reference impedance values or are in the specified range. The two values are assigned to each other if an impedance value assigned to a frequency of the excitation signal corresponds to a reference impedance value or lies in the predetermined range that is assigned to the same frequency of the excitation signal.
  • the tolerances of the components of the dispensing device have no negative influence on the dispensing process if the actuator is adjusted such that the determined impedance values correspond to the reference impedance values or are in the predetermined range.
  • the actuator can be adjusted such that the specific impedance value corresponds to the reference impedance value or lies in the predetermined range that has the reference impedance value. As already described above, this can be done by changing the bias voltage on the actuator. As part of a control system, the mechanical preload can be changed until the above setting condition is met.
  • the actuator can be adjusted by the data processing device.
  • Reference impedance value in an excitation signal in a dispensing operation Dispensing device should be taken into account.
  • the amplitude of the excitation signal in the dispensing mode can be selected accordingly so that the deviation determined in the setting mode is compensated for.
  • comparable liquid samples can also be obtained in dispensing operation in this way.
  • the excitation signals to be applied to the actuator during dispensing operation which depend on the deviation, can be stored in a memory.
  • the actuator can be adjusted in the following way. This procedure can be carried out in addition to or as an alternative to the procedure described above. The following examination of the reference impedance values can be carried out by the data processing device.
  • a reference impedance value and/or a reference frequency value can be determined for a reference impedance point.
  • a reference impedance point is a point that is associated with a reference impedance value and a reference frequency value. Reference impedance values and/or reference frequency values can be determined for several reference impedance points.
  • the reference impedance point can be a resonance point or an anti-resonance point.
  • a resonance point has an impedance value that is a local impedance minimum
  • the anti-resonance point has an impedance value that is a local impedance maximum.
  • a reference frequency difference between two reference impedance points can be determined. In this way, at least one reference frequency range between resonance points or between anti-resonance points can be determined. Alternatively or additionally, a reference frequency difference between a resonance point and an anti-resonance point can be determined. In addition, a number of reference impedance points, in particular a number of resonance points and/or a number of anti-resonance points, can be determined in a reference frequency range.
  • the data processing device can check whether a specific impedance point, such as a resonance point or anti-resonance point, corresponds to the reference impedance point, such as the reference resonance point or the Antireference resonance point, corresponds to or lies in a predetermined range that has the impedance point.
  • a specific impedance point such as a resonance point or anti-resonance point
  • it can be checked whether the impedance value of the impedance point corresponds to the reference impedance value of the reference impedance point or lies in a predetermined range that has the reference impedance value, and / or whether the frequency value of the impedance point corresponds to the reference frequency value of the reference impedance point or lies in a predetermined range that has the reference frequency value having.
  • An impedance point is a point that is assigned an impedance value and a frequency value.
  • it can be checked as a setting condition whether there is a frequency difference between two impedance points that corresponds to the reference frequency difference or lies in a predetermined range that has the reference frequency difference.
  • a setting condition it can be checked whether there are a number of impedance points in a frequency range that corresponds to the number of reference impedance points in the reference frequency range. It can be checked whether the frequency range corresponds to the reference frequency range or is shifted by a predetermined range from the reference frequency range
  • the aforementioned setting conditions offer the advantage that not every impedance value is used to adjust the actuator, but only certain frequency ranges and/or impedance points. This allows the actuator to be adjusted quickly.
  • the data processing device sets the actuator depending on the test result.
  • the actuator can thus be adjusted such that the measured impedance value of the impedance point corresponds to the reference impedance value of the reference impedance point or lies in a predetermined range that has the reference impedance value.
  • the actuator can be adjusted such that the frequency value of the impedance point corresponds to the reference frequency value of the reference impedance point or lies in a predetermined range that has the reference frequency value.
  • the data processing device can adjust the actuator such that the frequency difference between two impedance points corresponds to the reference frequency difference or lies in a predetermined range that has the reference frequency difference.
  • the data processing device can set the actuator such that a number of
  • Impedance points are present in a frequency range that corresponds to the number of Reference impedance points in the reference frequency range corresponds.
  • the data processing device can adjust the actuator in such a way that the frequency range is shifted in such a way that it corresponds to the reference frequency range or the offset between the frequency range and the reference frequency range is in a predetermined range.
  • the frequency range can be equal to the reference frequency range.
  • the same number of impedance points and reference impedance points are present in the same frequency range.
  • it can be checked whether the same number of resonance points and/or anti-resonance points are present in the same frequency range.
  • the number can have the value zero, so that there is no impedance point and/or reference impedance point in the frequency range.
  • the actuator can be adjusted by changing the mechanical preload applied to the actuator.
  • at least one or more impedance points can be caused to shift with respect to its impedance value and/or frequency value.
  • the displacement of the at least one impedance point can take place in such a way that at least one setting condition mentioned above is fulfilled.
  • the excitation signal to the actuator in the dispensing mode can be changed depending on the test result of the setting mode.
  • the excitation signal in particular the amplitude of the excitation signal, a mechanical preload that is too high or too low can be compensated for.
  • the actuator can therefore be precisely adjusted by using the excitation signal in dispensing mode.
  • the actuator can be easily adjusted by checking whether one or more setting conditions are met. This is possible because the tolerances of the components of the dispensing devices are reflected in the impedance values and therefore a target state for the actuator can be easily set by looking at the impedance values.
  • the actuator can be easily adjusted if the determined impedance values are examined to determine whether a resonance and/or an anti-resonance is present in at least one predetermined frequency range and/or whether at least one impedance value is in a predetermined impedance range and/or whether a predetermined number of resonances and/or antiresonances in a predetermined frequency range is available.
  • the change in the bias voltage described above can be carried out as part of a regulation by the data processing device.
  • the data processing device can cause the transmission of one or more control signals and the associated determination of impedance values to be carried out several times in succession until at least one of the above-mentioned setting conditions or several setting conditions are met.
  • At least one further impedance value in particular several further impedance values, can be determined to adjust the piezoelectric actuator.
  • the actuator is not biased during the determination process.
  • the impedance value is influenced by the actuator and not by the piston and/or dispenser and/or the biasing device.
  • the adjustment of the actuator on the basis of this method can take place alternatively or in addition to one of the two embodiments described above or in addition to both embodiments described above.
  • the data processing device can determine at least one reference deviation of the reference impedance value from the further impedance value. In addition, a deviation between the at least one impedance value and the further impedance value can be determined. It is also possible for several reference deviations and several deviations to be determined in an analogous manner.
  • the actuator can be set in such a way that the deviation corresponds to the reference deviations or lies in a predetermined range that has the reference deviation. If several deviations and several reference deviations are determined, the actuator can be adjusted in such a way that the respective deviation corresponds to the respectively assigned reference deviation or lies in the predetermined range.
  • the data processing device can also change the bias voltage of the piezoelectric actuator in this method for adjusting the actuator. With this method, too, the change in the bias voltage can be carried out as part of a regulation by the data processing device.
  • the data processing device can cause the transmission of at least one control signal and the associated determination of impedance values several times is carried out until the at least one deviation corresponds to the reference deviation or is in the specified range.
  • the data processing device can change an amplitude of the control signal during dispensing operation.
  • the change depends on the test result from the setting operation.
  • the amount of change depends on the extent to which the deviation differs from the reference deviation.
  • This method takes advantage of the fact that the reference deviations of the further impedance values and the reference impedance values are constant or essentially constant, regardless of the tolerances in the dispensing device. Therefore, during the setting operation of the actuator, the change in the bias voltage and/or the amplitude of the excitation signal can be determined in a simple manner if the deviation between the determined impedance values for a biased actuator and the other impedance values is known.
  • the bias voltage must be changed in such a way that the deviation between the determined impedance values and the further impedance values corresponds to the reference deviation or lies within the specified range.
  • the amplitude of the excitation signal can be changed in the dispensing operation so that the dispensed liquid samples are comparable.
  • the setting operation of the actuator is ended.
  • the dispensing device can thus be transferred to the dispensing mode in which liquid sample is dispensed.
  • the preload is changed to the preload determined in the setting operation and/or the dispensing process(es) is carried out with the preload determined in the setting operation and/or the control signal.
  • a dispenser is a device that receives liquid samples.
  • the dispenser dispenses liquid sample after actuation by the piston or actuator in the dispensing operation.
  • the liquid sample is dispensed through an outlet opening of the dispenser.
  • the outlet opening is dimensioned such that no liquid sample emerges from the dispenser due to capillary forces when the dispenser is not actuated by the piston or actuator.
  • the dispenser can be releasably inserted into a holder of the dispensing device. This makes it possible to replace the dispenser, for example to avoid contamination of liquid samples.
  • the dispenser may include the dispenser portion actuated by the piston or actuator to dispense liquid sample.
  • the dispenser section can be made of a material that is different from the material of the rest of the dispenser. In particular, the dispenser section may have a mechanical membrane that is actuated by the piston to dispense liquid sample.
  • the dispenser section can have the outlet opening through which liquid sample emerges from the dispenser.
  • the dispenser can have a receiving space with a receiving opening for introducing liquid sample into the dispenser.
  • the receiving space can be fluidly connected to the outlet opening by means of an outlet channel, the outlet channel running at least partially in the dispenser section.
  • the outlet channel can have a smaller flow cross section than the receiving space.
  • the dispensing device can have a deflection and/or suction device.
  • the deflection device serves to deflect the dispensed liquid sample, in particular the dispensed drop.
  • the suction device is used to suck off the liquid sample dispensed.
  • the dispensed liquid can be diverted into a reject container and/or sucked off.
  • the deflection and/or suction can take place before the dispensed liquid enters the container, in particular the container of a microtiter plate.
  • the dispensed liquid can be deflected and/or sucked off if the liquid does not contain any particles.
  • the dispensed liquid can be deflected and/or sucked off if the number of particles contained in the liquid is greater or less than a predetermined value, in particular greater than 1.
  • a data processing device which has means by means of which the method according to the invention can be carried out is particularly advantageous.
  • the data processing device can have an excitation unit for outputting the excitation signal.
  • the data processing device can have a computing unit.
  • the computing unit can be configured in such a way that it determines the impedance values based on the received data and/or sets the actuator in the manner described above.
  • the data processing device can have a processor.
  • the data processing device can have a circuit board with electrical components, such as the processor. Using the electrical components, for example, Impedance value can be determined.
  • the data processing device can be designed in such a way that it adjusts the actuator.
  • the data processing device can be designed such that it controls and/or regulates the dispensing operation of the dispensing device.
  • another data processing device can be present, by means of which the dispensing operation of the dispensing device is controlled or regulated.
  • a computer program that includes commands which, when the program is executed by a computer, cause it to carry out the method according to the invention.
  • the computer can be the data processing device mentioned above.
  • a data carrier signal that the computer program transmits is also an advantage.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a dispensing device according to the invention
  • FIG. 7 is a flow chart illustrating a method for adjusting the piezoelectric actuator according to a first embodiment
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a method for adjusting the piezoelectric actuator according to a second embodiment
  • FIG. 9 shows a control scheme for adjusting the piezoelectric actuator according to a third embodiment.
  • a dispensing device 1 shown in FIG. 1 has a dispenser 2 for receiving liquid sample 3.
  • the dispensing device 1 has a piston 4 for actuating the dispenser 2 in order to dispense liquid sample 3 from the dispenser 2.
  • the dispensing device 1 has a piezoelectric actuator 5 for actuating the piston 4 and a data processing device 6.
  • the data processing device 6 is configured in such a way as to transmit multiple excitation signals to the actuator 5.
  • the actuator 5 actuates the piston 4 based on the excitation signals, which results in the piston 4 actuating the dispenser 2 in order to dispense liquid sample 3 from the dispenser 2.
  • the data processing device 6 has an excitation unit 12 for generating the excitation signals.
  • the dispensing device 1 also has a biasing device 8, by means of which the piezoelectric actuator 5 is mechanically biased with a voltage.
  • the mechanical biasing device 8 is electrically connected to the data processing device 6. Therefore, the data processing device 6 can control the mechanical bias by sending control signals to, for example, a motor of the biasing device 8.
  • the biasing device 8 can be operated manually in order to adjust the bias applied to the actuator.
  • the dispenser 2 can have a receiving space 9, which is used to hold liquid sample 3.
  • the receiving space 9 has an inlet opening through which liquid sample 3 is fed into the receiving space 9.
  • the dispenser 2 can have a dispenser body 16, which is transparent and designed as a solid body.
  • the dispenser 15 can be a drop generator, which, as shown in Figure 5, dispenses the liquid in the form of a drop.
  • the dispenser 2 has a dispenser section 10 which is fluidly connected to the receiving space 9.
  • the dispensing section 10 has an outlet opening through which liquid sample emerges from the dispenser 2.
  • the outlet opening has a geometry such that the liquid sample cannot exit the outlet opening due to capillary forces if the piston 3 does not actuate the dispenser section 10.
  • the dispenser has an outlet channel which is fluidly connected to the outlet opening at one end and to the receiving space at the other is.
  • the outlet channel extends partially through the dispenser section 10 and has a smaller flow cross section than the receiving space 9.
  • the dispenser section 10 has a flexible membrane and consists of a different material than the dispenser body 16.
  • the dispensed liquid sample 3 can only contain liquid. Alternatively, the dispensed liquid sample 3 may contain one or more particles. In the dispensing mode, the dispensed liquid sample 3 has a predetermined number of particles, which are dispensed into a container 17.
  • the dispensing device 1 has a holding device, not shown, which carries the containers 17.
  • the containers 17 can be part of a microtiter plate 18.
  • the dispensing device 1 has a movement device 19, by means of which the dispenser 2 and the microtiter plate 18 can be moved relative to one another. This makes it possible to set the container into which the liquid sample is dispensed.
  • the traversing device 19 is electrically connected to the data processing device 6 and is controlled by the data processing device 6.
  • the dispensing device 1 also has an optical detection device 7.
  • the optical detection device 7 is configured such that it can detect the dispensed liquid sample 3.
  • the optical detection device 7 is configured such that it detects at least a part of the outlet channel and the outlet opening.
  • the optical detection device 7 can determine whether the dispensed liquid sample 3 has a predetermined physical property.
  • the optical detection device 7 is electrically connected to the data processing device 6.
  • the dispensing device 1 has a suction or deflection device by means of which the dispensed liquid sample 3 can be suctioned off or deflected before the liquid sample enters the container 17.
  • the suction and/or deflection usually takes place in the dispensing operation if the dispensed liquid sample does not have a predetermined number of particles.
  • a liquid sample 3 is dispensed when the dispensing section 10 is operated by the piston 4.
  • the piston 4 is actuated by the piezoelectric actuator 5, with the piston 4 moving linearly.
  • the actuation of the piston 4 takes place depending on the through
  • the data processing device 6 transmits the excitation signal to the actuator 5.
  • the dispensing device 1 can be operated in a setting mode.
  • the actuator 5 is adjusted such that the liquid samples 3 dispensed in a dispensing operation are comparable. This is the case, for example, if the liquid samples 3 have the same shape and/or the same volume and/or the same speed.
  • the data processing device 6 transmits at least one excitation signal to the actuator 5 preloaded by means of the biasing device 8.
  • at least one impedance value of the excited actuator 5 is determined.
  • the data processing device 6 is configured such that it receives data.
  • the received data may contain voltage and/or current information.
  • the data processing device 6 can determine the at least one impedance value based on the received data.
  • the data processing device 6 has a computing unit 13, by means of which the at least one impedance value is determined.
  • the data processing device 6 sets the piezoelectric actuator 5 depending on the impedances of the actuation system 11.
  • the dispensing device 1 can have a measuring device that determines the impedances.
  • the determined impedances are transmitted to the data processing device 6.
  • the reference impedance curve depends on the frequency of the excitation signal that is transmitted to the actuator 5.
  • the reference impedance curve corresponds to the impedance curve that is present when the actuator 5 is biased, in which the dispensed liquid sample 3 has a predetermined property in the dispensing operation of the dispensing device. In this case, the liquid samples dispensed in a dispensing facility are comparable.
  • the reference impedance curve thus represents the desired impedance curve, so that the three methods described in more detail below are intended to ensure that the actuator 5 is adjusted in such a way that the specific impedance curve corresponds to the Reference impedance curve corresponds. The determination of the reference impedance curve is described in more detail in Figure 6.
  • the reference impedance curve has some characteristic reference frequency ranges and/or reference impedance points. There is a first reference frequency range R1, which has two characteristic reference impedance points.
  • the reference impedance points are a reference resonance point 21 and an anti-reference resonance point 22.
  • the second reference frequency range R2 which has four characteristic reference impedance points.
  • the second reference frequency range thus has two reference resonance points 21 and two reference anti-resonance points 22.
  • the two reference resonance points 21 differ from each other in their reference impedance value.
  • the two reference antiresonance points differ from each other in their reference impedance values.
  • the first reference frequency range R1 has a lower frequency than the second reference frequency range R2.
  • the width of the second reference frequency range R2 corresponds to the width of the second frequency range F2, in a state in which the actuator 5 is not biased. This condition is shown in Figure 5.
  • the second reference frequency range R2 is selected analogously to the second frequency range F2 shown in FIG. 5 such that it has a reference resonance point and a reference antiresonance point.
  • the reference resonance point can be the reference resonance point with the lowest impedance value.
  • FIG. 3 shows impedance curves in a state in which the piezoelectric actuator is biased with a voltage that is too low and in a state in which the piezoelectric actuator is biased with an ideal voltage.
  • the impedance curve is shown in dashed lines in the state in which the piezoelectric actuator is biased with the ideal voltage.
  • the impedance curve shown in dashed lines corresponds to the reference impedance curve shown in FIG. 2.
  • the impedance curve depends on the frequency of the excitation signal that is transmitted to the actuator 5.
  • the impedance curve and the reference impedance curve differ.
  • the impedance curve in a first frequency range F1 which corresponds to the reference frequency range R1 does not have any characteristic impedance points.
  • the impedance curve in the first frequency range F1 has no resonance point and no anti-resonance point.
  • the number of impedance points in the first frequency range differs from the number of reference impedance points in the first reference frequency range.
  • the impedance curve also differs from the reference impedance curve in the second frequency range F2.
  • the second frequency range F2 is shifted from the reference frequency range towards smaller frequencies.
  • the second frequency range F2, analogous to the second reference resonance point, includes the resonance point with the lowest impedance value and a predetermined area around the resonance point.
  • the impedance curve has six characteristic impedance points, while the reference impedance curve only has four characteristic impedance points.
  • the impedance curve has three resonance points 14 and three anti-resonance points 15 and the reference impedance curve has two reference resonance points 21 and two reference anti-resonance points 22.
  • the number of impedance points is different from the number of reference impedance points in the second frequency range.
  • a difference is that a frequency difference between two impedance points is significantly different from a reference frequency difference between two reference impedance points.
  • the frequency difference can be determined between frequency values assigned to the resonance points or between a frequency value assigned to a resonance point and a frequency value assigned to an antiresonance point.
  • the impedance curve in a state in which the piezoelectric actuator is biased with too high a voltage and in a state in which the piezoelectric actuator is biased with an ideal voltage.
  • the impedance curve is shown in dashed lines in the state in which the piezoelectric actuator is biased with the ideal voltage.
  • the reference impedance curve shown in dashed lines corresponds to that shown in FIG Reference impedance curve.
  • the impedance curve depends on the frequency of the excitation signal that is transmitted to the actuator 5.
  • the impedance curve differs from the reference impedance curve.
  • the impedance curve analogous to the impedance curve shown in FIG. 3, has no characteristic impedance points in the first frequency range F1, i.e. no resonance point and no anti-resonance point.
  • a third frequency range F3 of the impedance curve which lies between the first and second frequency ranges, there are two characteristic impedance points, namely a resonance point 14 and an anti-resonance point 15. This is not the case with the reference impedance curve.
  • the impedance values of the impedance points occurring in the third frequency range F3 differ from the reference impedance values of the reference impedance points present in the second reference frequency range R2.
  • the impedance curve has two impedance points in the second frequency range F2, namely a resonance point 14 and an anti-resonance point 15.
  • the second frequency range F2 is selected such that it contains the two impedance points 14, 15.
  • the width of the second frequency range F2 is known. This width is used to define the second reference frequency range R2 and for the impedance curves shown in FIGS. 3 and 4. This makes it possible to say whether the second frequency range is shifted in comparison to the second reference frequency range R2 or not.
  • Fig. 6 shows a flowchart for determining reference impedance values.
  • a dispensing process is carried out which has one or more dispensing steps.
  • a liquid sample is dispensed per dispensing step.
  • the piston 4 is actuated by the actuator 5, the actuator 5 receiving at least one excitation signal, in particular a voltage signal, from the data processing device 6.
  • the mechanical preload of the actuator 5 not changed.
  • the optical detection device 7 detects the dispensed liquid sample.
  • the optical detection device determines a physical property of the dispensed liquid sample 3.
  • the physical property can be the volume of the liquid sample and/or the shape of the dispensed liquid and/or the speed of the liquid sample and/or other properties.
  • the biasing of the actuator 5 is changed by the biasing device 8 and steps S1 to S3 are carried out again. This means that another dispensing process is carried out with one or more dispensing steps.
  • a reference impedance measurement is carried out in the fourth step S4.
  • the actuator 5 is preloaded with the preload which corresponds to the preload of the actuator 5, in which the liquid samples 3 which have the specified property were dispensed.
  • at least one excitation signal is transmitted to the actuator 5 and at least one reference impedance value, in particular several reference impedance values, is determined.
  • the excitation signal can be varied in frequency.
  • the actuator 5 can be sent several excitation signals that differ from one another in frequency, and thus several reference impedance values can be determined.
  • FIG. 7 shows a flowchart that illustrates a method for adjusting the piezoelectric actuator 5 according to a first embodiment.
  • a dispenser 2 is inserted into a holder of the dispensing device 1.
  • the data processing device 6 switches to a setting mode in which at least one excitation signal is transmitted to the piezoelectric actuator 5, the frequency of which varies over time.
  • the actuator can be supplied with 5 excitation signals that differ from each other in frequency.
  • the mechanical bias is during the transmission of the at least one excitation signal and/or during the determination of the Impedance values not changed.
  • the data processing device 6 determines at least one impedance value for each excitation signal. This means that after passing through a predetermined frequency range, there are several impedance values.
  • a check is made based on the determined impedance values as to whether the actuator 5 is set correctly.
  • a correctly adjusted actuator 5 causes the dispensed liquid sample 3 to have the desired physical property in the dispensing operation of the dispensing device 1.
  • the test takes advantage of the fact that the reference impedance curve (see Figure 2) is known.
  • reference frequency ranges R1, R2 and/or reference impedance points 21, 22 are known, which can be used to assess whether the actuator 5 is set correctly.
  • the third step T3 it can be checked whether one or more of the setting conditions mentioned below are met or not. This makes it possible to check whether a resonance and an anti-resonance are present in a first frequency range F1 of the impedance curve. In addition, it can be checked whether the second frequency range F2 corresponds to the second reference frequency range or is arranged offset from it. Depending on whether the offset is directed towards smaller or larger frequencies, it can be determined whether the bias voltage applied to the actuator is too low or too high.
  • the number of impedance points present in the second frequency range namely resonance points and/or anti-resonance points
  • the data processing device 6 carries out the above-mentioned tests and uses the test result or results to determine whether the actuator 5 is set correctly.
  • the actuator 5 is set correctly if the test or tests show that the impedance values meet the conditions described in Figure 2.
  • the data processing device can use the test result or test results to determine whether the preload is too high or too low.
  • the actuator 5 is then adapted in a fourth step S4.
  • the preload of the actuator 5 can be changed by the preload device 8.
  • the second and third steps T2, T3 are then repeated with the changed bias voltage. This process continues until it is determined in the third step T3 that at least one or more setting conditions are met.
  • the data processing device determines that the actuator 5 is set correctly. Therefore, in the fifth step T5, the setting operation is ended and the dispensing operation of the dispensing device 1 is started. In dispenser mode, the actuator 5 is preloaded with the preload determined in the setting mode.
  • FIG. 8 shows a flowchart illustrating a method for adjusting the piezoelectric actuator 5 according to a second embodiment.
  • the first step P1 corresponds to the step T1 from FIG. 7, so that reference is made to the above statements.
  • the actuator 5 is supplied with at least one excitation signal, analogous to the second step T2, the frequency of which varies over time.
  • the actuator can be supplied with several excitation signals that differ from each other in frequency.
  • the actuator 5 is not biased. This means that the data processing device 6 determines further impedance values that have the course shown in FIG.
  • a third step P3 an impedance measurement is carried out again.
  • at least one excitation signal is supplied to the actuator 5, the frequency of which varies over time.
  • the actuator is supplied with several excitation signals that differ from each other in frequency.
  • the actuator 5 is, however, mechanically preloaded by the pretensioning device 8.
  • the impedance values are determined analogously to the second step P2. Assuming that the actuator 5 is not set correctly, impedance values are obtained which have the course shown in FIG. 3 or FIG. 4 or a course similar thereto.
  • a fourth step P4 at least one deviation between the impedance values determined in the third step P3 and the impedance values determined in the second step P2 is determined.
  • a fifth step P5 it is determined whether the at least one deviation corresponds to a reference deviation.
  • the reference deviation corresponds to a deviation between the further impedance values that were determined when the actuator was not biased and whose course is shown in FIG. 5, and reference impedance values that were determined analogously to the method described in FIG. 6 and are shown in FIG. 2.
  • the data processing device 6 checks whether the at least one deviation corresponds to the reference deviation or lies in a predetermined range that contains the reference deviation. If this is not the case, the actuator 5 is adjusted in a sixth step P6. The adjustment is carried out analogously to the fourth step from FIG. 7, in that the mechanical preload applied to the actuator 5 is changed. Steps P3 and P4 are then repeated until the setting condition in the fourth step P4 is met.
  • the data processing device ends the setting mode in the seventh step P7 and switches to dispensing mode.
  • dispensing mode the actuator 5 is preloaded with the preload determined in the setting mode.
  • FIG. 9 shows a control scheme for adjusting the piezoelectric actuator 5 according to a third embodiment.
  • the third embodiment differs from the two embodiments, the sequence of which is shown in FIG. 7 and FIG. 8 in that for each impedance value it is checked whether it corresponds to a reference impedance value or lies in a predetermined range that contains the reference impedance value. This is explained in more detail below.
  • the impedance measurement is carried out analogously to the two methods by sending at least one excitation signal, in particular several excitation signals, to the actuator 5. In this regard, see the above statements are referred to.
  • a deviation from a reference impedance value which is assigned to the impedance value, is determined for, in particular, each impedance value.
  • the impedance value and the reference impedance value are assigned to each other via the frequency value of the excitation signal. So both values have the same frequency value.
  • a third control step C3 determines whether the actuator 5 is set correctly or needs to be set. If the actuator 5 needs to be adjusted, a manipulated variable for the biasing device 8 is output in the third control step C3, whereupon the bias of the actuator 5 is changed.
  • the impedance measurement is carried out again in a fourth control step C4, but the bias voltage of the actuator 5 was changed on the basis of the manipulated variable.
  • the control steps C1 to C3 are repeated until the deviation between the at least one impedance value and the reference impedance value is in the predetermined range. In this case, it is determined in the third control step C3 that the setting operation has ended.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines piezoelektrischen Aktors (5) einer Dispensiervorrichtung (1), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Aussenden von wenigstens einem Anregungssignal an den Aktor (5) und Bestimmen wenigstens eines Impedanzwerts des angeregten Aktors (5), wobei der piezoelektrische Aktor (5) abhängig von dem bestimmten wenigstens einen Impedanzwert eingestellt wird.

Description

Verfahren zum Einstellen eines piezoelektrischen Aktors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines piezoelektrischen Aktors, eine Dispensiervorrichtung, eine Datenverarbeitungseinheit zum Ausführen des Verfahrens, ein Computerprogramm, einen computerlesbaren Datenträger und ein Datenträgersignal.
Vereinzelte Zellen werden ein immer wichtigeres Material. So werden Wirkstoffe, wie beispielsweise monoklonale Antikörper und andere Proteine mit Hilfe sogenannter monoklonaler Zelllinien hergestellt werden. Dies sind Populationen aus Zellen, die alle von einer einzelnen Mutterzelle abstammen. Das Herstellen von monoklonalen Zelllinien ist notwendig, da nur so sichergestellt werden kann, dass alle Zellen der Population ein annährend gleiches Genom haben, um Wirkstoffe mit konstanter und reproduzierbarer Qualität zu erzeugen.
Um eine monoklonale Zelllinie zu erzeugen, werden Zellen einzeln in Behältnisse einer Mikrotiterplatte überführt. Die zu überführenden Zellen werden hergestellt, indem eine Host-Zelllinie genetisch verändert wird und diese veränderten Zellen vereinzelt werden. Das Ablegen einzelner Zellen in die Mikrotiterplatten geschieht durch Vorrichtungen, die auch als Dispensiervorrichtungen bezeichnet werden.
Es sind Dispensiervorrichtungen bekannt, die jeweils einen Dispenser aufweisen, der flüssige Probe enthält. Der Dispenser ist derart ausgebildet, dass flüssige Probe z.B. in Form eines Tropfens erst nach Betätigung eines Dispenserabschnitts dispensiert wird. Der Dispenserabschnitt wird durch einen Kolben der Dispensiervorrichtung betätigt, der durch einen piezoelektrischen Aktor der Dispensiervorrichtung aktuiert wird. So drückt der Kolben gegen den Dispenserabschnitt, wenn der Kolben durch das piezoelektrische Element betätigt wird. Dabei hängt die Tropfengeschwindigkeit, das Tropfenvolumen, die Tropfenform von der Kolbengeschwindigkeit und der Eindringtiefe des Kolbens in den Dispenserabschnitt ab. Dabei kann die Eindringtiefe des Kolbens in den Dispenserbereich zwischen 5 bis 10 gm (Mikrometer) betragen.
Seitens der Benutzer der Dispensiervorrichtung besteht der Bedarf, dass die während der Dispensiervorgänge ausgestoßenen flüssigen Proben, insbesondere hinsichtlich ihrer Geschwindigkeit und/oder Form und/oder Volumen, vergleichbar und/oder stabil sind. Mit anderen Worten, es ist gewünscht, dass wiederholt flüssige Proben mit gleichen physikalischen Eigenschaften dispensiert werden können. So besteht der Bedarf, dass die ausgestoßenen flüssigen Proben im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit und/oder die gleiche Form und/oder das gleiche Volumen haben.
Diese Anforderung ist jedoch nicht ohne Weiteres zu erfüllen. So liegen die Toleranzen bei der Herstellung der oben genannten Bauteile üblicherweise über den 5 bis 10 gm der Eindringtiefe. Außerdem können sich die Toleranzen während des Betriebs der Dispensiervorrichtung verändern. Dies erfolgt beispielsweise, wenn der Dispenser durch einen anderen Dispenser ausgetauscht wird. Ein Dispensertausch kann notwendig sein, wenn nach einem Dispensiervorgang eine andere flüssige Probe dispensiert werden soll, um eine Kontamination der flüssigen Proben zu vermeiden. Außerdem kann es vorkommen, dass im Rahmen der Wartung und/oder Reparatur der Dispensiervorrichtung der Kolben und/oder der piezoelektrische Aktor getauscht werden muss.
Die oben genannten Toleranzen erschweren es, den piezoelektrischen Aktor derart präzise einzubauen, dass der piezoelektrische Aktor mit einer vorgegebenen Spannung vorgespannt ist. Die Vorspannung des piezoelektrischen Aktors ist notwendig, um eine Beschädigung des Aktors zu vermeiden und die flüssige Probe mit den vorgegebenen physikalischen Eigenschaften zu dispensieren. Im Ergebnis ist bei den bekannten Dispensiervorrichtungen nicht bekannt, mit welcher Spannung der piezoelektrische Aktor vorgespannt ist. Da die Eindringtiefe und/oder Kolbengeschwindigkeit von der Vorspannung des Aktors abhängen, können flüssige Proben oftmals nicht wiederholt mit gleichen physikalischen Eigenschaften ausgestoßen werden, sodass die ausgestoßenen flüssigen Proben nicht vergleichbar und/oder stabil sind. Insbesondere weisen die ausgestoßenen flüssigen Proben oftmals unterschiedliche Geschwindigkeit und/oder unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Volumen auf.
Um diese Nachteile zu vermeiden, wird bei bekannten Dispensiervorrichtungen der Aktor manuell eingestellt. Insbesondere wird versucht, eine Einstellung des piezoelektrischen Aktors zu finden, bei der die oben genannten Nachteile vermieden sind. Die manuelle Einstellung ist jedoch ungenau und zeitaufwändig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren bereitzustellen, mittels dem der piezoelektrische Aktor genau und schnell eingestellt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Einstellen eines piezoelektrischen Aktors einer Dispensiervorrichtung, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Aussenden von wenigstens einem Anregungssignal an den Aktor und Bestimmen wenigstens eines Impedanzwerts des angeregten Aktors, wobei der piezoelektrische Aktor abhängig von dem bestimmten wenigstens einen Impedanzwert eingestellt wird.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dispensiervorrichtung bereitzustellen, bei der der Aktor genau und schnell eingestellt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Dispensiervorrichtung mit einem Dispenser zum Dispensieren von flüssiger Probe, einem piezoelektrischen Aktor und einer Datenverarbeitungseinrichtung, die konfiguriert ist, wenigstens ein Anregungssignal an den Aktor auszugeben und wenigstens einen Impedanzwert des angeregten Aktors zu bestimmen, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung konfiguriert ist, den Aktor abhängig von dem bestimmten wenigstens einen Impedanzwert einzustellen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch Berücksichtigen der Impedanz beim Einstellen des Aktors wiederholbare und/oder stabile und/oder vergleichbare ausgestoßene flüssige Proben realisiert werden können. Insbesondere können die dispensierten flüssigen Proben im Wesentlichen die gleiche Geschwindigkeit und/oder die gleiche Form und/oder das gleiche Volumen haben. Ein Abstellen auf die Impedanz ist vorteilhaft, weil die Toleranzen der Bauteile der Dispensiervorrichtungen Einfluss auf die Impedanz haben. Somit bietet das Einstellen des piezoelektrischen Aktors, insbesondere auf der Basis der bestimmten Impedanz des Aktors, den Vorteil, dass die Toleranzen beim Einstellen des piezoelektrischen Aktors berücksichtigt werden. Insofern hat auch ein Dispensertausch keinen Einfluss auf die Wiederholbarkeit und/oder Vergleichbarkeit der dispensierten flüssigen Proben. Bei der erfindungsgemäßen Ausführung ist es außerdem nicht mehr notwendig, dass der piezoelektrische Aktor auf eine präzise Spannung mechanisch vorgespannt ist. Wie nachfolgend im Detail erläutert ist, kann eine Spannung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelt werden, mittels der der piezoelektrische Aktor vorgespannt werden soll. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besteht somit keine Notwendigkeit mehr, durch manuelle Versuche eine optimale Vorspannung zu finden. Daher kann mittels des Verfahrens der piezoelektrische Aktor schnell und genau eingestellt werden.
Im Sinne der Erfindung wird als Dispensiervorrichtung eine Vorrichtung verstanden, mittels der eine oder mehrere flüssige Proben erst nach Betätigung des Dispensers dispensiert werden. Der Dispenser kann durch den Aktor direkt oder indirekt betätigt werden. Dabei kann die Dispensiervorrichtung einen Kolben aufweisen, der durch den Aktor aktuiert wird, wenn der Aktor ein Anregungssignal empfängt. Der Dispenser ist derart konfiguriert, dass die im Dispenser befindliche flüssige Probe ohne Betätigung durch den Kolben oder Aktor nicht dispensiert werden kann. Dabei kann mittels der Dispensiervorrichtung, insbesondere durch entsprechendes Betätigen durch den Kolben, ein vorgegebenes Volumen dispensiert werden, das eine vorgegebene Anzahl an Partikeln enthalten kann. Die oben genannten Merkmale unterscheiden eine Dispensiervorrichtung von einem Durchflusszytometer, bei dem keine vorgegebene Ausgabe von flüssigen Proben durch Betätigen eines Kolbens oder Aktors erfolgen kann.
Die mittels der Dispensiervorrichtung, insbesondere des Dispensers, ausgegebene flüssige Probe kann ein, insbesondere frei fliegender, Tropfen sein. Der flüssige Tropfen kann ein Volumen in einem Bereich zwischen 1 fl (Femtoliter) bis 1 L (Mikroliter), insbesondere zwischen 1 pl (Pikoliter) bis 1 pL (Mikroliter), aufweisen. Dabei kann die Probenausgabe nach einer Drop-on-Demand Betriebsweise ausgeführt werden. Bei dieser erfolgt durch die Vorrichtung eine diskrete und keine kontinuierliche Probenausgabe. Alternativ kann die ausgegebene flüssige Probe ein Strahl sein, der nach Ausgeben aus dem Dispenser gegebenenfalls in einzelne Flüssigkeitstropfen zerfällt.
Die aus der Dispensiervorrichtung ausgegebene flüssige Probe kann im Dispensierbetrieb, also in einem Betrieb, bei dem der piezoelektrische Aktor bereits eingestellt ist, Flüssigkeit und kein Partikel aufweisen. Alternativ kann die ausgegebene flüssige Probe Flüssigkeit und ein einziges Partikel aufweisen. Darüber hinaus kann die ausgegebene flüssige Probe Flüssigkeit und mehr als ein einziges Partikel aufweisen.
Die Partikel können biologische Partikel sein, wobei die biologischen Partikel Mikroorganismen, wie Bakterien, Archaean, Hefen, Pilze, und Viren, oder Zellen, DNA, RNA oder Proteine sein können. Die flüssige Probe kann ein einziges oder mehrere der zuvor genannten biologischen Partikel aufweisen. Dabei kann die Flüssigkeit eine Suspension sein, die ein Wachstum der in der Flüssigkeit angeordneten biologischen Partikel fördern kann. Alternativ kann das Partikel ein Glas- oder Polymerkügelchen sein, insbesondere das das Gleiche oder im Wesentlichen das Gleiche Volumen aufweist wie eine Zelle.
Der piezoelektrische Aktor kann in Stapelform ausgeführt sein. In diesem Fall weist der piezoelektrische Aktor mehrere, insbesondere piezokeramische, Elemente auf. Die einzelnen Elemente sind miteinander verbunden. Bei einer alternativen Ausführung kann der piezoelektrische Aktor auch nur ein einziges, insbesondere piezokeramisches, Element aufweisen. Unabhängig von der Ausführung des Aktors kann das Element eine beliebige Form aufweisen. So kann das Element mehrkantig oder scheibenförmig oder rohrförmig ausgeführt sein. Der piezoelektrische Aktor weist außerdem Elektroden zum Anlegen eines elektrischen Feldes an die Elemente oder das Element auf. Der Aktor und somit die Elemente können durch eine Vorspanneinrichtung mechanisch vorgespannt sein. Als Vorspannung wird eine durch die Vorspanneinrichtung auf die Elemente ausgeübte Druckkraft verstanden, mittels denen die Elemente zusammengepresst werden.
Das Anregungssignal ist ein Signal, das an den piezoelektrischen Aktor angelegt wird, um den Aktor auszulenken. Bei einer Dispensiervorrichtung, die zusätzlich den Kolben aufweist, bewirkt eine Auslenkung des Aktors auch eine Auslenkung des Kolbens. Der Kolben kann sich nach Aktuieren durch den Aktor, insbesondere nur, linear bewegen. Wie nachstehend näher beschrieben ist, unterscheidet sich das Anregungssignal, das in einem Einstellbetrieb zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors an Aktor angelegt wird, von einem Anregungssignal, das in einem Dispensierbetrieb zum Dispensieren von flüssiger Probe an den Aktor angelegt wird.
Der bestimmte Impedanzwert ist ein Impedanzwert des piezoelektrischen Aktors. Es wurde erkannt, dass der Impedanzwert von der am Aktor anliegenden Vorspannung abhängt. Im vorliegenden Fall beeinflusst daher der Dispenser und die Vorspanneinrichtung den Impedanzwert, weil die Vorspannung über die Vorspanneinrichtung und den Dispenser als Gegenspannelement eingestellt wird. Für den Fall, dass die Dispensiervorrichtung einen Kolben aufweist, beeinflusst der Kolben ebenfalls den Impedanzwert. Es ist klar, dass mittels des Verfahrens mehrere Impedanzwerte bestimmt werden können, die von der Frequenz des Anregungssignals abhängen.
Bei einer besonderen Ausführung kann das Anregungssignal ein, insbesondere sinusförmiges, Spannungssignal sein. Das Anregungssignal kann innerhalb eines Frequenzbereichs liegen. Dabei kann der Frequenzbereich derart gewählt sein, dass er die Resonanzfrequenz des Aktors umfasst. Darüber hinaus kann das Anregungssignal über die Zeit variiert werden. Insbesondere kann das Anregungssignal ein Sweep Signal sein. Somit können mit einem Anregungssignal mehrere Impedanzwerte erhalten werden. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Anregungssignale an den Aktor gesendet werden. Die einzelnen Anregungssignale können jeweils einen sinusförmigen Verlauf aufweisen. Außerdem können sich die Anregungssignale in der Frequenz voneinander unterscheiden. Dabei können die Anregungssignale innerhalb des zuvor genannten vorgegebenen Frequenzbereichs liegen. Dabei können die Anregungssignale jeweils ein Spannungssignal sein. Somit können dem Aktor unterschiedliche Anregungssignale zugeführt werden, die sich in ihrer Frequenz voneinander unterschieden. Insbesondere können an den Aktor Spannungen angelegt werden, die sich in ihrer Frequenz voneinander unterscheiden.
Das in einem Einstellbetrieb des Aktors an den Aktor angelegte Anregungssignal kann sich von einem in einem Dispensierbetrieb an den Aktor angelegten Anregungssignal unterscheiden. So kann die Amplitude des im Einstellbetrieb angelegten Anregungssignal kleiner sein als die Amplitude des im Dispensierbetrieb angelegten Anregungssignals. Dabei kann die Amplitude des Anregungssignals derart gering sein, dass die Auslenkung des Aktors nicht ausreicht, damit eine flüssige Probe aus dem Dispenser ausgestoßen wird. Die Wahl eines derartigen Anregungssignals im Einstellbetrieb bietet den Vorteil, dass eine Messvorrichtung zum Messen der Impedanz und/oder Datenverarbeitungseinrichtung nicht beschädigt wird.
Der bei einem Aussenden des Anregungssignals, das eine Frequenz innerhalb des Frequenzbereichs aufweist, resultierende wenigstens eine Impedanzwert kann einer mechanischen Vorspannung zugeordnet werden. Beim Aussenden von mehreren Anregungssignalen können die resultierenden Impedanzwerte jeweils einer mechanischen Vorspannung zugeordnet werden. Dies ist möglich, weil die mechanische Vorspannung des Aktors während der Impedanzbestimmung nicht geändert wurde. Im Ergebnis kann somit einer mechanischen Vorspannungseinstellung ein Impedanzwert oder mehrere Impedanzwerte zugeordnet werden. Dies wird, wie nachstehend näher beschrieben ist, in dem Dispensierbetrieb zum Erzeugen von vergleichbaren dispensierten flüssigen Proben ausgenutzt.
Die von der Datenverarbeitungseinrichtung empfangen Daten können bereits Informationen zur Impedanz enthalten. Insbesondere können die Daten wenigstens einen Impedanzwert darstellen. In diesem Fall wird die Impedanz außerhalb der Datenverarbeitungseinrichtung bestimmt. Alternativ oder zusätzlich kann der wenigstens eine Impedanzwert durch die Datenverarbeitungseinrichtung auf der Basis der empfangenen Daten bestimmt werden. Der Impedanzwert kann auf der Basis der über der am Aktor anliegenden Spannung und eines durch den Aktor oder einen in Reihe mit dem Aktor geschalteten Widerstand bestimmt werden. Die beiden Werte werden unter Anregung des Aktors durch eine Wechselspannung mit einer bestimmten Frequenz bestimmt. Um das gesamte Impedanz-Spektrum, also mehrere Impedanzwerte, zu erhalten, müssen mehrere Messungen der Impedanz bei unterschiedlichen Anregungsfrequenzen durchgeführt werden.
Der Aktor kann bei einem Bestimmungsvorgang des wenigstens einen Impedanzwerts vorgespannt werden. Insbesondere kann der wenigstens eine Impedanzwert bestimmt werden, wenn der Aktor vorgespannt ist. Dazu weist die Dispensiereinrichtung eine Vorspanneinrichtung auf, die eine mechanische Vorspannung auf den Aktor ausübt. Der Aktor kann gegen den Dispenser gespannt werden. Dabei kann die Dispensiervorrichtung den Kolben aufweisen. Der Kolben kann im Kraftfluss zwischen dem Aktor und dem Dispenser angeordnet sein. Im vorgespannten Zustand ist der Aktor direkt mit dem Dispenser oder mit dem Kolben in Kontakt. Der Kolben ist in Kontakt mit dem Dispenser. Bei einer Ausführung der Dispensiervorrichtung ohne Kolben, ist im vorgespannten Zustand der Aktor mit dem Dispenser in Kontakt. Der Bestimmungsvorgang enthält das Aussenden des wenigstens einen Anregungssignals und das Bestimmen des wenigstens einen Impedanzwerts.
Ein derartiger Aufbau ermöglicht, dass bei der Bestimmung des wenigstens einen Impedanzwerts alle Toleranzen der oben genannten Komponenten berücksichtigt ist und in den Impedanzwerten sichtbar ist. Dies ermöglicht, dass die Toleranzen bei dem Einstellen des piezoelektrischen Aktors berücksichtigt werden. Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass zusätzlich auch Toleranzen von anderen Komponenten als den oben genannten Komponenten der Dispensiervorrichtung beim Einstellen des Aktors berücksichtigt werden können, wenn sie einen Einfluss auf die mechanische Vorspannung und somit auf die Impedanz des Aktors haben.
Der wenigstens eine Impedanzwert kann in dem Einstellbetrieb der Dispensiervorrichtung bestimmt werden. Im Einstellbetrieb erfolgt das Einstellen des Aktors und/oder die Bestimmung der Werte, die für das Einstellen des Aktors benötigt werden. Wie oben bereits beschrieben ist, kann im Einstellbetrieb die Amplitude des Anregungssignals kleiner sein als die Amplitude des Anregungssignals im Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung. Als „Einstellbetrieb" eines Aktors wird somit ein Betriebszustand der Dispensiervorrichtung verstanden, bei dem der Aktor derart eingestellt wird, dass im Dispensierbetrieb wiederholbare und/oder stabile und/oder vergleichbare flüssige Proben dispensiert werden können. Dagegen ist der „Dispensierbetrieb" des Aktors ein Betriebszustand, bei dem der Aktor mit dem wenigstens einem im Einstellbetrieb ermittelten Parameter, insbesondere der mechanischen Vorspannung und/oder dem Anregungssignal, betrieben wird. In dem Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung ist die Amplitude des Anregungssignals ausreichend hoch, dass der Kolben oder Aktor so weit in den Dispensierabschnitt eindringt, damit flüssige Probe dispensiert wird.
Der Einstellbetrieb kann zeitlich vor dem Dispensierbetrieb durchgeführt werden. Dies bietet den Vorteil, dass die im Dispensierbetrieb dispensierten flüssigen Proben, insbesondere hinsichtlich z.B. Form, Volumen, Geschwindigkeit, vergleichbar sind. Dabei kann der Einstellbetrieb nach einem Dispensertausch und/oder einem Austausch des Aktors und/oder nach einer vorgegebenen Anzahl an Dispensierschritten, in denen jeweils eine flüssige Probe dispensiert wird, durchgeführt werden. Das Ausführen des Einstellbetriebs nach einer vorgegebenen Anzahl an Dispensierschritten erfolgt, um zu prüfen, ob die Dispensiervorrichtung noch wie gewünscht funktioniert.
Bei einer besonderen Ausführung kann die Datenverarbeitungseinrichtung wenigstens einen Referenzimpedanzwert bestimmen. Insbesondere können mehrere Referenzimpedanzwerte bestimmt werden. Zum Bestimmen des wenigstens einen Referenzimpedanzwerts können mehrere Dispensiervorgänge durchgeführt werden. Jeder der Dispensiervorgänge kann einen Dispensierschritt oder mehrere Dispensierschritte aufweisen, in denen jeweils eine flüssige Probe dispensiert wird. Die einzelnen Dispensiervorgänge unterscheiden sich in der mechanischen Vorspannung, die an den Aktor angelegt ist. Jedoch erfolgen die Dispensierschritte innerhalb des Dispensiervorgangs mit der gleichen Vorspannung.
Dabei wird eine physikalische Eigenschaft der Dispensiervorrichtung und/oder der in einem Dispensiervorgang dispensierten flüssigen Probe bestimmt. Die Datenverarbeitungseinrichtung kann prüfen, ob die physikalische Eigenschaft eine vorgegebene Bedingung erfüllt. Die vorgegebene Bedingung ist erfüllt, wenn die physikalische Eigenschaft einer dispensierten flüssigen Probe einer vorgegebenen physikalischen Eigenschaft entspricht. Mit „entspricht" ist auch der Fall umfasst, dass die bestimmte physikalische Eigenschaft der vorgegebenen physikalischen Eigenschaft nicht exakt entspricht, sondern in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegt. Die physikalische Eigenschaft kann für alle flüssigen Proben eines Dispensiervorgangs bestimmt werden. Dies kann für jeden Dispensiervorgangwiederholt werden. Die Bestimmung der physikalischen Eigenschaft kann manuell oder automatisch erfolgen. Als physikalische Eigenschaft wird jede Eigenschaft der dispensierten flüssigen Probe angesehen, die gemessen und/oder die auf der Basis von Messungen bestimmt werden kann. So kann die Eigenschaft eine optische Eigenschaft der flüssigen Probe sein und/oder die Form der dispensierten flüssigen Probe. Alternativ oder zusätzlich kann die Eigenschaft der flüssigen Probe das Volumen der flüssigen Probe und/oder die Geschwindigkeit der flüssigen Probe sein. Darüber hinaus kann die Eigenschaft die Anzahl der Tropfen sein, die nach einem Anregungssignal ausgegeben werden und/oder ob jedes Anregungssignal auch zu einer Ausgabe einer flüssigen Probe führt.
Sofern ein Dispensiervorgang ermittelt werden kann, bei dem die dispensierte flüssige Probe oder die dispensierten flüssigen Proben eine vorgegebene Eigenschaft aufweist, kann eine Impedanzmessung durchgeführt und wenigstens ein Referenzimpedanzwert bestimmt werden. Mit anderen Worten, es kann wenigstens ein Referenzimpedanzwert bestimmt werden, wobei der Aktor bei der Impedanzmessung mit der im Dispensiervorgang angelegten Vorspannung vorgespannt ist, bei dem die physikalische Eigenschaft der flüssigen Probe und/oder der Dispensiervorrichtung der vorgegebenen physikalischen Eigenschaft entspricht.
Die Dispensiervorrichtung kann eine optische Erfassungseinrichtung zum optischen Erfassen der dispensierten flüssigen Probe aufweisen. Dabei kann auf der Basis der erfassten flüssigen Probe die physikalische Eigenschaft der flüssigen Probe bestimmt werden. Die optische Erfassungseinrichtung kann eine Abbildungsvorrichtung zum Erzeugen einer Abbildung aufweisen.
Die Bestimmung des wenigstens einen Referenzimpedanzwerts erfolgt analog zu dem wenigstens einen Impedanzwert. Dies bedeutet, dass wenigstens ein Anregungssignal oder mehrere Anregungssignale an den Aktor übermittelt wird bzw. werden, wobei die Anregungssignalamplitude frequenzabhängig ist oder die Anregungssignale eine unterschiedliche Frequenz haben. Die Datenverarbeitungseinrichtung bestimmt die Impedanz des angeregten Aktors. Im Übrigen wird auf die obigen Ausführungen verwiesen. Der wenigstens eine bestimmte Referenzimpedanzwert kann in einem elektrischen Speicher der Dispensiervorrichtung gespeichert werden.
Die Datenverarbeitungseinrichtung kann prüfen, ob wenigstens eine Einstellbedingung erfüllt ist. Die Einstellbedingung kann von dem wenigstens einen Referenzimpedanzwert und/oder von dem wenigstens einen Impedanzwert abhängen. Alternativ oder zusätzlich kann die Einstellbedingung auch noch von einem weiteren Impedanzwert abhängen, der nachstehend detailliert beschrieben ist. Dabei kann die Datenverarbeitungseinrichtung den Aktor abhängig vom Prüfergebnis einstellen.
Der Aktor kann eingestellt werden, indem die an den Aktor angelegte mechanische Vorspannung geändert wird. Die Dispensiervorrichtung kann eine Vorspanneinrichtung zum Vorspannen des piezoelektrischen Aktors aufweisen. Die Vorspanneinrichtung kann einen Motor aufweisen, mittels dem ein Vorspannelement, wie beispielsweise eine Schraube, bewegt wird, um die am Aktor anliegende Vorspannung zu ändern. Alternativ oder zusätzlich kann das an die Datenverarbeitungseinrichtung gesendete Anregungssignal geändert werden. So kann eine Amplitude des Ansteuersignals geändert werden. Im Ergebnis kann der Aktor auf einfache und schnelle Weise eingestellt werden.
Das Einstellen des Aktors über die mechanische Vorspannung weist den Vorteil auf, dass der Impedanzwert als Regelgröße in einer Regelung verwendet werden kann. In diesem Fall können im Rahmen des Einstellbetriebs mehrere Bestimmungsvorgänge durchgeführt werden, in denen wenigstens ein Impedanzwert oder mehrere Impedanzwerte bestimmt werden. Die Bestimmungsvorgänge unterscheiden sich voneinander in der am Aktor angelegten mechanischen Vorspannung.
Dagegen hat die Änderung des Ansteuersignals keinen Einfluss auf die Impedanz, sodass eine Regelung mit der Impedanz als Regelgröße im Einstellbetrieb nicht sinnvoll ist. Jedoch kann das Anregungssignal, insbesondere die Amplitude des Anregungssignals, im Dispensierbetrieb abhängig von dem Prüfungsergebnis geändert werden, um den Aktor einzustellen. Dazu kann eine Beziehung zwischen dem in einem Dispensierbetrieb angelegten Anregungssignal und dem Prüfungsergebnis hinterlegt sein. Somit ist bekannt, welches Anregungssignal im Dispensierbetrieb an den Aktor anzulegen ist, wenn sich beispielsweise ein bestimmter Impedanzwert von einem Referenzimpedanzwert unterscheidet. Die Beziehung zwischen dem Anregungssignal im Dispensierbetrieb und dem Prüfungsergebnis kann in einem Labor, insbesondere einmalig, bestimmt werden.
Das Prüfungsergebnis kann beispielsweise die Abweichung des bestimmten Impedanzwerts von dem Referenzimpedanzwert sein. Weitere Prüfungsergebnisse, die für die Bestimmung des Anregungssignals herangezogen werden können, sind nachstehend genannt. Die Bestimmung des wenigstens einen Referenzimpedanzwerts kann Bestandteil des Einstellbetriebs sein. Die Referenzimpedanzwerte können, insbesondere in einem Labor, einmalig bestimmt und für alle Dispensiervorrichtungen herangezogen werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Referenzimpedanzwerte vor einer Inbetriebnahme der Dispensiervorrichtung und/oder vor einem Dispensierbetrieb zu ermitteln. Darüber hinaus ist es möglich, die Referenzimpedanzwerte zu vorgegebenen Zeitpunkten und/oder nach einer Wartung der Dispensiervorrichtung, insbesondere nach einem Austausch des Aktors, zu bestimmen.
Als Referenzimpedanzwerte werden im Sinne der Erfindung Impedanzwerte verstanden, die resultieren, wenn der Aktor in einem Idealzustand ist. In dem Idealzustand ist der Aktor derart eingestellt, dass flüssige Proben wiederholt mit den gleichen physikalischen Eigenschaften dispensiert werden.
Bei einer besonderen Ausführung kann zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors die Datenverarbeitungseinrichtung prüfen, ob der bestimmte Impedanzwert dem Referenzimpedanzwert entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich, der den Impedanzwert aufweist, liegt. Dabei kann geprüft werden, ob mehrere Impedanzwerte den jeweils zugeordneten Referenzimpedanzwerten entsprechen oder in dem vorgegebenen Bereich liegen. Die beiden Werte sind einander zugeordnet, wenn ein einer Frequenz des Anregungssignals zugeordneter Impedanzwert einem Referenzimpedanzwert entspricht oder in dem vorgegebenen Bereich liegt, der der gleichen Frequenz des Anregungssignals zugeordnet ist. Die Toleranzen der Bauteile der Dispensiervorrichtung haben keinen negativen Einfluss auf den Dispensiervorgang, wenn der Aktor derart eingestellt wird, dass die bestimmten Impedanzwerte den Referenzimpedanzwerten entsprechen oder in dem vorgegebenen Bereich liegen.
Der Aktor kann derart eingestellt werden, dass der bestimmte Impedanzwert dem Referenzimpedanzwert entspricht oder in dem vorgegebenen Bereich, der den Referenzimpedanzwert aufweist, liegt. Wie oben bereits beschrieben ist, kann dies dadurch erfolgen, dass die Vorspannung an dem Aktor geändert wird. Im Rahmen einer Regelung kann die mechanische Vorspannung so lange geändert werden, bis die obige Einstellbedingung erfüllt ist. Der Aktor kann durch die Datenverarbeitungseinrichtung eingestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Abweichung zwischen dem bestimmten Impedanzwert und dem
Referenzimpedanzwert in einem Anregungssignal in einem Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung berücksichtigt werden. So kann die Amplitude des Anregungssignals im Dispensierbetrieb entsprechend gewählt werden, dass die im Einstellbetrieb ermittelte Abweichung ausgeglichen wird. Im Ergebnis können auch auf diese Weise vergleichbare flüssige Proben im Dispensierbetrieb erhalten werden. Die im Dispensierbetrieb an den Aktor anzulegenden Anregungssignale, die von der Abweichung abhängen, können in einem Speicher hinterlegt sein.
Bei einer anderen Ausführung kann der Aktor auf folgende Weise eingestellt werden. Dieses Verfahren kann zusätzlich oder alternativ zu dem oben beschriebenen Verfahren durchgeführt werden. Dabei kann die nachstehende Untersuchung der Referenzimpedanzwerte durch die Datenverarbeitungseinrichtung erfolgen.
So kann im Rahmen des Einstellbetriebs ein Referenzimpedanzwert und/oder ein Referenzfrequenzwert für einen Referenzimpedanzpunkt bestimmt werden. Ein Referenzimpedanzpunkt ist ein Punkt, dem ein Referenzimpedanzwert und ein Referenzfrequenzwert zugeordnet ist. Es können Referenzimpedanzwerte und/oder Referenzfrequenzwerte für mehrere Referenzimpedanzpunkte bestimmt werden. Der Referenzimpedanzpunkt kann ein Resonanzpunkt oder ein Antiresonanzpunkt sein. Eine Resonanzpunkt weist einen Impedanzwert auf, der ein lokales Impedanzminimum ist, und der Antiresonanzpunkt weist einen Impedanzwert auf, der ein lokales Impedanzmaximum ist. Im Ergebnis sind nach einem Untersuchen der bestimmten Referenzimpedanzwerte alle Referenzimpedanzwerte und/oder Referenzfrequenzen von charakteristischen Referenzimpedanzpunkten, wie Resonanzpunkte und/oder Antiresonanzpunkte, bekannt.
Darüber hinaus kann eine Referenzfrequenzdifferenz zwischen zwei Referenzimpedanzpunkten ermittelt werden. So kann wenigstens ein Referenzfrequenzbereich zwischen Resonanzpunkten oder zwischen Antiresonanzpunkten ermittelt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Referenzfrequenzdifferenz zwischen einem Resonanzpunkt und einem Antiresonanzpunkt bestimmt werden. Außerdem kann eine Anzahl von Referenzimpedanzpunkten, insbesondere eine Anzahl an Resonanzpunkten und/oder eine Anzahl an Antiresonanzpunkten, in einem Referenzfrequenzbereich ermittelt werden.
Die Datenverarbeitungseinrichtung kann als Einstellbedingung prüfen, ob ein bestimmter Impedanzpunkt, wie beispielsweise ein Resonanzpunkt oder Antiresonanzpunkt, dem Referenzimpedanzpunkt, wie beispielsweise dem Referenzresonanzpunkt oder dem Antireferenzresonanzpunkt, entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, der den Impedanzpunkt aufweist. Insbesondere kann geprüft werden, ob der Impedanzwert des Impedanzpunkts dem Referenzimpedanzwert des Referenzimpedanzpunktes entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, der den Referenzimpedanzwert aufweist, und/oder ob der Frequenzwert des Impedanzpunkts dem Referenzfrequenzwert des Referenzimpedanzpunktes entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, der den Referenzfrequenzwert aufweist. Ein Impedanzpunkt ist ein Punkt, dem ein Impedanzwert und eine Frequenzwert zugeordnet ist.
Darüber hinaus kann als Einstellbedingung geprüft werden, ob eine Frequenzdifferenz zwischen zwei Impedanzpunkten vorhanden ist, der der Referenzfrequenzdifferenz entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, die die Referenzfrequenzdifferenz aufweist. Außerdem kann als Einstellbedingung geprüft werden, ob eine Anzahl von Impedanzpunkten in einem Frequenzbereich vorhanden sind, die der Anzahl der Referenzimpedanzpunkte in dem Referenzfrequenzbereich entspricht. Dabei kann geprüft werden, ob der Frequenzbereich dem Referenzfrequenzbereich entspricht oder um einen vorgegebenen Bereich zu dem Referenzfrequenzbereich verschoben ist
Die zuvor genannten Einstellbedingungen bieten im Vergleich zu dem zuvor beschriebenen Verfahren den Vorteil, dass nicht jeder Impedanzwert zum Einstellen des Aktors herangezogen wird, sondern nur bestimmte Frequenzbereiche und/oder Impedanzpunkte. Dadurch kann der Aktor schnell eingestellt werden.
Die Datenverarbeitungseinrichtung stellt den Aktor abhängig von dem Prüfungsergebnis ein. So kann der Aktor derart eingestellt werden, dass der gemessene Impedanzwert des Impedanzpunkts dem Referenzimpedanzwert des Referenzimpedanzpunkts entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, der dem Referenzimpedanzwert aufweist. Alternativ oder zusätzlich kann der Aktor derart eingestellt werden, dass der Frequenzwert des Impedanzpunkts dem Referenzfrequenzwert des Referenzimpedanzpunktes entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, der den Referenzfrequenzwert aufweist. Darüber hinaus kann die Datenverarbeitungseinrichtung den Aktor derart einstellen, dass die Frequenzdifferenz zwischen zwei Impedanzpunkten der Referenzfrequenzdifferenz entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, der die Referenzfrequenzdifferenz aufweist.
Außerdem kann die Datenverarbeitungseinrichtung den Aktor derart einstellen, dass eine Anzahl von
Impedanzpunkten in einem Frequenzbereich vorhanden sind, die der Anzahl der Referenzimpedanzpunkte in dem Referenzfrequenzbereich entspricht. Dabei kann die Datenverarbeitungseinrichtung den Aktor derart einstellen, dass der Frequenzbereich derart verschoben wird, dass er dem Referenzfrequenzbereich entspricht oder der Versatz zwischen dem Frequenzbereich und dem Referenzfrequenzbereich in einem vorgegebenen Bereich liegt.
Der Frequenzbereich kann gleich dem Referenzfrequenzbereich sein. In diesem Fall ist in demselben Frequenzbereich diegleiche Anzahl an Impedanzpunkten und Referenzimpedanzpunkten vorhanden. Insbesondere kann geprüft werden, ob in demselben Frequenzbereich dieselbe Anzahl an Resonanzpunkten und/oder Antiresonanzpunkten, vorhanden ist. Die Anzahl kann den Wert Null aufweisen, sodass in dem Frequenzbereich kein Impedanzpunkt und/oder Referenzimpedanzpunkt vorhanden ist.
Der Aktor kann, wie oben bereits beschrieben ist, durch Ändern der an dem Aktor anliegenden mechanischen Vorspannung eingestellt werden. Durch Ändern der mechanischen Vorspannung kann bewirkt werden, dass sich wenigstens ein Impedanzpunkt oder mehrere Impedanzpunkte in Bezug auf seinen Impedanzwert und/oder Frequenzwert verschiebt. Die Verschiebung des wenigstens einen Impedanzpunkts kann derart erfolgen, dass wenigstens eine oben genannte Einstellbedingung erfüllt wird.
Alternativ oder zusätzlich kann das Anregungssignal an den Aktor in dem Dispensierbetrieb abhängig von dem Prüfungsergebnis des Einstellbetriebs geändert werden. Dabei kann durch ein Ändern des Anregungssignals, insbesondere der Amplitude des Anregungssignal, eine zu hohe oder zu niedrige mechanische Vorspannung ausgeglichen werden. Somit kann durch Verwenden des Anregungssignals im Dispensierbetrieb der Aktor genau eingestellt werden.
Wie nachstehend näher erläutert ist, kann durch prüfen, ob eine oder mehrere Einstellbedingungen erfüllt sind, der Aktor auf einfache Weise eingestellt werden. Dies ist möglich, weil sich die Toleranzen der Bauteile der Dispensiervorrichtungen in den Impedanzwerten wiederfinden und daher durch Betrachten der Impedanzwerte ein Sollzustand für den Aktor auf einfache Weise eingestellt werden kann. Insbesondere wurde erkannt, dass der Aktor einfach eingestellt werden kann, wenn die ermittelten Impedanzwerte dahingehend untersucht werden, ob eine Resonanz und/oder eine Antiresonanz in wenigstens einem vorbestimmten Frequenzbereich vorhanden ist und/oder ob wenigstens ein Impedanzwert in einem vorbestimmten Impedanzbereich liegt und/oder ob in einem vorbestimmten Frequenzbereich eine vorgegebene Anzahl an Resonanzen und/oder Antiresonanzen vorhanden ist.
Die oben beschriebene Änderung der Vorspannung kann im Rahmen einer Regelung durch die Datenverarbeitungseinrichtung erfolgen. Im Rahmen der Regelung kann die Datenverarbeitungseinrichtung veranlassen, dass die Übermittlung von einem oder mehreren Ansteuersignalen und die dazugehörige Ermittlung von Impedanzwerten mehrmals nacheinander durchgeführt wird, bis wenigstens eine oben genannte Einstellbedingung oder mehrere Einstellbedingungen erfüllt sind.
Bei einer besonderen Ausführung kann zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors wenigstens ein weiterer Impedanzwert, insbesondere mehrere weitere Impedanzwerte, bestimmt werden. Beim Bestimmungsvorgang ist der Aktor nicht vorgespannt. Insofern wird der Impedanzwert durch den Aktor und nicht durch den Kolben und/oder Dispenser und/oder die Vorspanneinrichtung beeinflusst. Die Einstellung des Aktors auf der Basis dieses Verfahrens kann alternativ oder zusätzlich zu einer der beiden oben beschriebenen Ausführungen oder zusätzlich zu beiden oben beschriebenen Ausführungen erfolgen.
Die Datenverarbeitungseinrichtung kann wenigstens eine Referenzabweichung des Referenzimpedanzwerts von dem weiteren Impedanzwert ermitteln. Darüber hinaus kann eine Abweichung zwischen dem wenigstens einen Impedanzwert und dem weiteren Impedanzwert ermittelt werden. Es ist auch möglich, dass mehrere Referenzabweichungen und mehrere Abweichungen in analoger weise bestimmt werden. Dabei kann der Aktor derart eingestellt werden, dass die Abweichung der Referenzabweichungen entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, der die Referenzabweichung aufweist. Sofern mehrere Abweichungen und mehrere Referenzabweichungen bestimmt werden, kann der Aktor derart eingestellt werden, dass diejeweilige Abweichung der jeweils zugeordneten Referenzabweichung entspricht oder in dem vorgegebenen Bereich liegt.
Die Datenverarbeitungseinrichtung kann auch bei diesem Verfahren zum Einstellen des Aktors die Vorspannung des piezoelektrischen Aktors ändern. Auch bei diesem Verfahren kann die Änderung der Vorspannung im Rahmen einer Regelung durch die Datenverarbeitungseinrichtung erfolgen. Im Rahmen der Regelung kann die Datenverarbeitungseinrichtung veranlassen, dass das Aussenden von wenigstens einem Ansteuersignal und die dazugehörige Ermittlung von Impedanzwerten mehrmals durchgeführt wird, bis die wenigstens eine Abweichung der Referenzabweichung entspricht oder in dem vorgegebenen Bereich liegt.
Alternativ oder zusätzlich kann die Datenverarbeitungseinrichtung eine Amplitude des Ansteuersignals im Dispensierbetrieb ändern. Die Änderung hängt vom Prüfungsergebnis aus dem Einstellbetrieb. Die Höhe der Änderung hängt davon ab, inwieweit sich die Abweichung von der Referenzabweichung unterscheidet.
Bei diesem Verfahren wird ausgenutzt, dass die Referenzabweichungen der weiteren Impedanzwerte und der Referenzimpedanzwerte konstant oder im Wesentlichen konstant sind, unabhängig von den Toleranzen in der Dispensiervorrichtung. Daher kann beim Einstellbetrieb des Aktors bei Kenntnis der Abweichung zwischen den ermittelten Impedanzwerten bei einem vorgespannten Aktor und den weiteren Impedanzwerten die Änderung der Vorspannung und/oder der Amplitude des Anregungssignals auf einfache Weise bestimmt werden. So muss die Vorspannung derart geändert werden, dass die Abweichung zwischen den ermittelten Impedanzwerten und den weiteren Impedanzwerten der Referenzabweichung entspricht oder innerhalb des vorgegebenen Bereichs liegt. Alternativ oder zusätzlich kann die Amplitude des Anregungssignals im Dispensierbetrieb entsprechend geändert werden, dass die dispensierten flüssigen Proben vergleichbar sind.
Nachdem der piezoelektrische Aktor durch Ändern der Vorspannung mittels der Vorspanneinrichtung eingestellt ist und/oder nachdem bekannt ist, das Ansteuersignal im Dispensierbetrieb geändert werden müssen, ist der Einstellbetrieb des Aktors beendet. Der Dispensiervorrichtung kann somit in den Dispensierbetrieb überführt werden, in dem flüssige Probe dispensiert wird. Dabei wird die Vorspannung auf die im Rahmen des Einstellbetriebs ermittelte Vorspannung geändert und/oder der oder die Dispensiervorgänge werden mit der im Einstellbetrieb ermittelten Vorspannung und/oder dem Ansteuersignal durchgeführt.
Als Dispenser wird eine Einrichtung verstanden, der flüssige Probe aufnimmt. Darüber hinaus dispensiert der Dispenser flüssige Probe nach einer Betätigung durch den Kolben oder Aktor in dem Dispensierbetrieb. Die flüssige Probe wird durch eine Auslassöffnung des Dispensers ausgegebenen. Die Auslassöffnung ist derart dimensioniert, dass aufgrund von Kapillarkräften keine flüssige Probe aus dem Dispenser austritt, wenn der Dispenser durch den Kolben oder Aktor nicht betätigt wird.
Der Dispenser kann wieder lösbar in einer Halterung der Dispensiervorrichtung eingesetzt werden. Dadurch ist es möglich, den Dispenser auszutauschen, um beispielsweise Kontamination von flüssigen Proben zu vermeiden. Der Dispenser kann den Dispenserabschnitt aufweisen, der durch den Kolben oder Aktor betätigt wird, um flüssige Probe zu dispensieren. Der Dispenserabschnitt kann aus einem Material bestehen, der sich vom Material des restlichen Dispensers unterscheidet. Insbesondere kann der Dispenserabschnitt eine mechanische Membran aufweisen, die durch den Kolben betätigt wird, um flüssige Probe zu dispensieren. Dabei kann der Dispenserabschnitt die Auslassöffnung aufweisen, durch die flüssige Probe aus dem Dispenser austritt. Darüber hinaus kann der Dispenser einen Aufnahmeraum mit einer Aufnahmeöffnung zum Einführen von flüssiger Probe in den Dispenser aufweisen. Der Aufnahmeraum kann mit der Auslassöffnung mittels eines Auslasskanals fluidisch verbunden sein, wobei der Auslasskanal wenigstens teilweise in dem Dispenserabschnitt verläuft. Der Auslasskanal kann einen kleineren Strömungsquerschnitt aufweisen als der Aufnahmeraum.
Die Dispensiervorrichtung kann eine Ablenk- und/oder Absaugeinrichtung aufweisen. Die Ablenkeinrichtung dient zum Ablenken der ausgegebenen flüssigen Probe, insbesondere des ausgegebenen Tropfens. Die Absaugeinrichtung dient zum Absaugen der ausgegebenen flüssigen Probe. Die ausgegebene Flüssigkeit kann in ein Ausschussbehältnis abgelenkt und/oder abgesaugt werden. Das Ablenken und/oder Absaugen kann erfolgen, bevor die ausgegebene Flüssigkeit in das Behältnis, insbesondere das Behältnis einer Mikrotiterplatte eintritt. Dabei kann die ausgegebene Flüssigkeit abgelenkt und/oder abgesaugt werden, wenn die Flüssigkeit keine Partikel enthält. Alternativ kann die ausgegebene Flüssigkeit abgelenkt und/oder abgesaugt werden, wenn die Anzahl der in der Flüssigkeit enthaltenen Partikel größer oder kleiner als ein vorgegebener Wert, insbesondere größer als 1, ist.
Von besonderem Vorteil ist eine Datenverarbeitungseinrichtung, die Mittel aufweist, mittels denen das erfindungsgemäße Verfahren ausgeführt werden kann. Dabei kann die Datenverarbeitungseinrichtung eine Anregungseinheit zum Ausgeben des Anregungssignals aufweisen. Darüber hinaus kann die Datenverarbeitungseinrichtung eine Recheneinheit aufweisen. Die Recheneinheit kann derart konfiguriert sein, dass sie auf der Basis der empfangenen Daten die Impedanzwerte bestimmt und/oder den Aktor in oben beschriebener Weise einstellt.
Die Datenverarbeitungseinrichtung kann einen Prozessor aufweisen. Außerdem kann Datenverarbeitungseinrichtung eine Leiterplatte mit elektrischen Komponenten, wie beispielsweise dem Prozessor, aufweisen. Mittels der elektrischen Komponenten kann beispielsweise der Impedanzwert bestimmt werden. Dabei kann Datenverarbeitungseinrichtung derart ausgeführt sein, dass sie den Aktor einstellt. Darüber hinaus kann die Datenverarbeitungseinrichtung derart ausgeführt sein, dass sie den Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung steuert und/oder regelt. Alternativ kann eine andere Datenverarbeitungseinrichtung vorhanden sein, mittels der der Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung gesteuert oder geregelt wird.
Von besonderem Vorteil ist außerdem ein Computerprogramm, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Der Computer kann die oben genannte Datenverarbeitungseinrichtung sein. Darüber hinaus ist ein computerlesbarer Datenträger vorhanden, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Außerdem ist ein Datenträgersignal von Vorteil, dass das Computerprogramm überträgt.
In den Figuren ist der Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt, wobei gleiche oder gleichwirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Dispensiervorrichtung gemäß der Erfindung,
Fig. 2 einen Referenzimpedanzverlauf bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer idealen Spannung vorgespannt ist,
Fig. 3 Impedanzverläufe bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer zu niedrigen Spannung vorgespannt ist, und bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer idealen Spannung vorgespannt ist,
Fig. 4 einen Impedanzverlauf bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer zu hohen Spannung vorgespannt ist, und bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer idealen Spannung vorgespannt ist,
Fig. 5 einen Impedanzverlauf für das Betätigungssystem bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor nicht vorgespannt ist,
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm, das das Ermitteln von Referenzimpedanzwerten darstellt,
Fig. 7 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors gemäß einer ersten Ausführung darstellt,
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors gemäß einer zweiten Ausführung darstellt,
Fig. 9 ein Regelschema zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors gemäß einer dritten Ausführung. Eine in Fig. 1 gezeigte Dispensiervorrichtung 1 weist einen Dispenser 2 zum Aufnehmen von flüssiger Probe 3 auf. Darüber hinaus weist die Dispensiervorrichtung 1 einen Kolben 4 zum Betätigen des Dispensers 2 auf, um flüssige Probe 3 aus dem Dispenser 2 zu dispensieren. Außerdem weist die Dispensiervorrichtung 1 einen piezoelektrischen Aktor 5 zum Aktuieren des Kolbens 4 und eine Datenverarbeitungseinrichtung 6 auf.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 ist derart konfiguriert, um mehrere Anregungssignale an den Aktor 5 zu übermitteln. In einem Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung 1 aktuiert der Aktor 5 auf der Basis der Anregungssignale den Kolben 4, was dazu führt, dass der Kolben 4 den Dispenser 2 betätigt, um flüssige Probe 3 aus dem Dispenser 2 zu dispensieren. Dabei weist die Datenverarbeitungseinrichtung 6 eine Anregungseinheit 12 zum Erzeugen der Anregungssignale auf.
Die Dispensiervorrichtung 1 weist außerdem eine Vorspanneinrichtung 8 auf, mittels der der piezoelektrische Aktor 5 mit einer Spannung mechanisch vorgespannt wird. Die mechanische Vorspanneinrichtung 8 ist mit der Datenverarbeitungseinrichtung 6 elektrisch verbunden. Daher kann die Datenverarbeitungseinrichtung 6 die mechanische Vorspannung durch Aussenden von Steuersignalen an beispielsweise einen Motor der Vorspanneinrichtung 8 steuern. Bei einer alternativen, nicht dargestellten Ausführung kann die Vorspanneinrichtung 8 manuell betätigt werden, um die an dem Aktor anliegende Vorspannung einzustellen.
Der Dispenser 2 kann einen Aufnahmeraum 9 aufweisen, der zum Aufnehmen von flüssiger Probe 3 dient. Der Aufnahmeraum 9 weist eine Einlassöffnung auf, über die flüssige Probe 3 in den Aufnahmeraum 9 zugeführt wird. Darüber hinaus kann der Dispenser 2 einen Dispenserkörper 16 aufweisen, der transparent ist und als ein Festkörper ausgeführt ist. Bei dem Dispenser 15 kann es sich um einen Tropfengenerator handeln, der wie in Figur 5 dargestellt ist, die Flüssigkeit in Form eines Tropfens ausgibt.
Außerdem weist der Dispenser 2 einen Dispenserabschnitt 10 auf, der mit dem Aufnahmeraum 9 fluidisch verbunden ist. Der Dispensierabschnitt 10 weist eine Auslassöffnung auf, durch die flüssige Probe aus dem Dispenser 2 austritt. Die Auslassöffnung weist eine derartige Geometrie auf, sodass die flüssige Probe aufgrund von Kapillarkräfte nicht aus der Auslassöffnung austreten kann, wenn der Kolben 3 den Dispenserabschnitt 10 nicht betätigt. Der Dispenser weist einen Auslasskanal auf, der an einem Ende mit der Auslassöffnung und am anderen mit dem Aufnahmeraum fluidisch verbunden ist. Dabei erstreckt sich der Auslasskanal teilweise durch den Dispenserabschnitt 10 und weist einen kleineren Strömungsquerschnitt auf als der Aufnahmeraum 9. Der Dispenserabschnitt 10 weist eine flexible Membran auf und besteht aus einem anderen Material als der Dispenserkörper 16.
Die dispensierte flüssige Probe 3 kann ausschließlich Flüssigkeit enthalten. Alternativ kann die dispensierte flüssige Probe 3 einen oder mehrere Partikel enthalten. Im Dispensierbetrieb weist die dispensierte flüssige Probe 3 eine vorgegebene Anzahl an Partikeln auf, die in ein Behältnis 17 dispensiert wird.
Die Dispensiervorrichtung 1 weist eine nicht dargestellte Halteeinrichtung auf, die die Behältnisse 17 trägt. Die Behältnisse 17 können Bestandteil einer Mikrotiterplatte 18 sein. Außerdem weist die Dispensiervorrichtung 1 eine Verfahreinrichtung 19 auf, mittels der der Dispenser 2 und die Mikrotiterplatte 18 relativ zueinander verfahren werden können. Dadurch ist es möglich, einzustellen, in welches Behältnis die flüssige Probe dispensiert wird. Die Verfahreinrichtung 19 ist mit der Datenverarbeitungseinrichtung 6 elektrisch verbunden und wird durch die Datenverarbeitungseinrichtung 6 gesteuert.
Die Dispensiervorrichtung 1 weist außerdem eine optische Erfassungseinrichtung 7 auf. Die optische Erfassungseinrichtung 7 ist derart konfiguriert, dass sie die dispensierte flüssige Probe 3 erfassen kann. Außerdem ist die optische Erfassungseinrichtung 7 derart konfiguriert, dass sie wenigstens einen Teil des Auslasskanals und der Auslassöffnung erfasst. Dabei kann die optische Erfassungseinrichtung 7 bestimmen, ob die dispensierte flüssige Probe 3 eine vorgegebene physikalische Eigenschaft aufweist. Die optische Erfassungseinrichtung 7 ist mit der Datenverarbeitungseinrichtung 6 elektrisch verbunden.
Darüber hinaus weist die Dispensiervorrichtung 1 eine Absaug- oder Ablenkeinrichtung auf, mittels der die dispensierte flüssige Probe 3 abgesaugt oder abgelenkt werden kann, bevor die flüssige Probe in das Behältnis 17 eintritt. Die Absaugung und/oder Ablenkung erfolgt üblicherweise im Dispensierbetrieb, wenn die dispensierte flüssige Probe nicht eine vorgegebene Anzahl an Partikeln aufweist.
Wie oben beschrieben ist, wird eine flüssige Probe 3 dispensiert, wenn der Dispenserabschnitt 10 durch den Kolben 4 betätigt wird. Dazu wird der Kolben 4 durch die piezoelektrischen Aktor 5 akutiert, wobei der Kolben 4 sich linear bewegt. Die Aktuierung des Kolbens 4 erfolgt abhängig von dem durch die Datenverarbeitungseinrichtung 6 an den Aktor 5 übermittelten Anregungssignal.
Die Dispensiervorrichtung 1 kann in einem Einstellbetrieb betrieben werden. In dem Einstellbetrieb wird der Aktor 5 derart eingestellt, dass die in einem Dispensierbetrieb dispensierten flüssigen Proben 3 vergleichbar sind. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die flüssigen Proben 3 die gleiche Form und/oder das gleiche Volumen und/oder die gleiche Geschwindigkeit haben.
Im Einstellbetrieb übermittelt die Datenverarbeitungseinrichtung 6 wenigstens ein Anregungssignal an den mittels der Vorspanneinrichtung 8 vorgespannten Aktor 5. Darüber hinaus wird wenigstens ein Impedanzwert des angeregten Aktors 5 bestimmt. Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 ist derart konfiguriert, dass sie Daten empfängt. Die empfangenen Daten können Informationen zur Spannung und/oder Strom enthalten. Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 kann auf Basis der empfangenen Daten den wenigstens einen Impedanzwert bestimmen. Dazu weist die Datenverarbeitungseinrichtung 6 eine Recheneinheit 13 auf, mittels der der wenigstens eine Impedanzwert bestimmt wird. Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 stellt den piezoelektrischen Aktor 5 abhängig von den Impedanzen des Betätigungssystems 11 ein.
Bei einer alternativen, in den Figuren nicht dargestellten Dispensiervorrichtung 1 kann die Dispensiervorrichtung 1 eine Messeinrichtung aufweisen, die die Impedanzen bestimmt. In dieser Ausführung werden die bestimmten Impedanzen an die Datenverarbeitungseinrichtung 6 übermittelt.
In Figur 1 sind mechanische Verbindungen zwischen Bauteilen mit einer gestrichelten Linie und elektrische Verbindungen zwischen Bauteilen mit einer durchgezogenen Linie dargestellt.
Fig. 2 zeigt einen Referenzimpedanzverlauf bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor 5 mit einer idealen Spannung vorgespannt ist. Der Referenzimpedanzverlauf ist abhängig von der Frequenz des Anregungssignals, das an den Aktor 5 übermittelt wird. Der Referenzimpedanzverlauf entspricht dem Impedanzverlauf, der bei einer Vorspannung des Aktors 5 vorliegt, bei dem im Dispenserbetrieb der Dispensiervorrichtung die dispensierte flüssige Probe 3 eine vorgegebene Eigenschaft aufweist. In diesem Fall sind die in einem Dispensierbetrieb dispensierten flüssigen Proben vergleichbar. Somit stellt der Referenzimpedanzverlauf den gewünschte Impedanzverlauf dar, sodass mittels der nachfolgend näher beschriebenen drei Verfahren jeweils erreicht werden soll, dass der Aktor 5 derart eingestellt wird, dass der bestimmte Impedanzverlauf dem Referenzimpedanzverlauf entspricht. Die Ermittlung des Referenzimpedanzverlaufs ist in Figur 6 näher beschrieben.
Der Referenzimpedanzverlauf weist einige charakteristische Referenzfrequenzbereiche und/oder Referenzimpedanzpunkte auf. So existiert ein erster Referenzfrequenzbereich R1 , der zwei charakteristische Referenzimpedanzpunkte aufweist. Bei den Referenzimpedanzpunkten handelt es sich um einen Referenzresonanzpunkt 21 und einen Antireferenzresonanzpunkt 22.
Darüber hinaus existiert ein zweiter Referenzfrequenzbereich R2, der vier charakteristische Referenzimpedanzpunkte aufweist. So weist der zweite Referenzfrequenzbereich zwei Referenzresonanzpunkte 21 und zwei Referenzantiresonanzpunkte 22 auf. Die beiden Referenzresonanzpunkte 21 unterscheiden sich in ihrem Referenzimpedanzwert voneinander. Gleichermaßen unterscheiden sich die beiden Referenzantiresonanzpunkte in ihren Referenzimpedanzwerten voneinander. Der erste Referenzfrequenzbereich R1 weist eine niedrigere Frequenz auf als der zweite Referenzfrequenzbereich R2.
Die Breite des zweiten Referenzfrequenzbereichs R2 entspricht der Breite des zweiten Frequenzbereichs F2, bei einem Zustand, bei dem der Aktor 5 nicht vorgespannt ist. Dieser Zustand ist in Figur 5 dargestellt. Der zweite Referenzfrequenzbereich R2 wird analog zu dem in Figur 5 gezeigten zweiten Frequenzbereich F2 derart gewählt, dass er einen Referenzresonanzpunkt und einen Referenzantiresonanzpunkt aufweist. Dabei kann Referenzresonanzpunkt der Referenzresonanzpunkt mit dem niedrigsten Impedanzwert sein.
Fig. 3 zeigt Impedanzverläufe bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer zu niedrigen Spannung vorgespannt ist, und bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer idealen Spannung vorgespannt ist. Dabei ist der Impedanzverlauf bei dem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit der idealen Spannung vorgespannt ist, gestrichelt dargestellt. Der gestrichelt dargestellte Impedanzverlauf entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Referenzimpedanzverlauf. Der Impedanzverlauf ist abhängig von der Frequenz des Anregungssignals, das an den Aktor 5 übermittelt wird.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, unterscheiden sich der Impedanzverlauf und der Referenzimpedanzverlauf. So weist der Impedanzverlauf in einem ersten Frequenzbereich F1 , der dem Referenzfrequenzbereich R1 entspricht, keine charakteristischen Impedanzpunkte auf. Insbesondere weist der Impedanzverlauf in dem ersten Frequenzbereich F1 keinen Resonanzpunkt und keinen Antiresonanzpunkt auf. Mit anderen Worten die Anzahl der Impedanzpunkte unterscheidet sich im ersten Frequenzbereich von der Anzahl der Referenzimpedanzpunkte in dem ersten Referenzfrequenzbereich.
Der Impedanzverlauf unterscheidet sich auch im zweiten Frequenzbereich F2 von dem Referenzimpedanzverlauf. So ist der zweite Frequenzbereich F2 ausgehend von dem Referenzfrequenzbereich in Richtung zu kleineren Frequenzen verschoben. Dabei umfasst der zweite Frequenzbereich F2 analog zu dem zweiten Referenzresonanzpunkt den Resonanzpunkt mit dem niedrigsten Impedanzwert und einen vorgegebenen Bereich um den Resonanzpunkt.
So weist der Impedanzverlauf sechs charakteristische Impedanzpunkte auf, während hingegen der Referenzimpedanzverlauf lediglich vier charakteristische Impedanzpunkte auf. Insbesondere weist der Impedanzverlauf drei Resonanzpunkte 14 und drei Antiresonanzpunkte 15 und der Referenzimpedanzverlauf weist zwei Referenzresonanzpunkte 21 und zwei Referenzantiresonanzpunkte 22 auf. Mit anderen Worten, die Anzahl der Impedanzpunkte unterscheidet sich von der Anzahl der Referenzimpedanzpunkte in dem zweiten Frequenzbereich.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass sich die Impedanzwerte der Resonanzpunkte deutlich von den Referenzimpedanzwerten der Referenzresonanzpunkte unterscheiden. Gleiches gilt für die Impedanzwerte der Antiresonanzpunkte.
Darüber hinaus besteht ein Unterschied darin, dass sich eine Frequenzdifferenz zwischen zwei Impedanzpunkten deutlich von einer Referenzfrequenzdifferenz zwischen zwei Referenzimpedanzpunkten unterscheidet. Die Frequenzdifferenz kann dabei zwischen den Resonanzpunkten zugeordneten Frequenzwerten oder zwischen einem Resonanzpunkt zugeordneten Frequenzwert und einem Antiresonanzpunkt zugeordneten Frequenzwert bestimmt werden.
Fig. 4 zeigt einen Impedanzverlauf bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer zu hohen Spannung vorgespannt ist, und bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit einer idealen Spannung vorgespannt ist. Dabei ist der Impedanzverlauf bei dem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor mit der idealen Spannung vorgespannt ist, gestrichelt dargestellt. Der gestrichelt dargestellte Referenzimpedanzverlauf entspricht dem in Fig. 2 gezeigten Referenzimpedanzverlauf. Der Impedanzverlauf ist abhängig von der Frequenz des Anregungssignals, das an den Aktor 5 übermittelt wird.
Der Impedanzverlauf unterscheidet sich von dem Referenzimpedanzverlauf. So weist der Impedanzverlauf analog zu dem in Fig. 3 dargestellten Impedanzverlauf im ersten Frequenzbereich F1 keine charakteristischen Impedanzpunkte auf, also keinen Resonanzpunkt und keinen Antiresonanzpunkt auf.
In einem dritten Frequenzbereich F3 des Impedanzverlaufs, der zwischen dem ersten und zweiten Frequenzbereich liegt, sind zwei charakteristische Impedanzpunkte vorhanden, nämlich ein Resonanzpunkt 14 und ein Antiresonanzpunkt 15. Dies ist bei dem Referenzimpedanzverlauf nicht der Fall. Außerdem unterscheiden sich die Impedanzwerte der im dritten Frequenzbereich F3 auftretenden Impedanzpunkte von dem im zweiten Referenzfrequenzbereich R2 vorhandenen Referenzimpedanzwerten der Referenzimpedanzpunkte.
Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der zweite Frequenzbereich F2 ausgehend von dem zweiten Referenzfrequenzbereich R2 in Richtung höherer Frequenzen verschoben ist.
Fig. 5 zeigt einen Impedanzverlauf bei einem Zustand, bei dem der piezoelektrische Aktor 5 nicht vorgespannt ist. Bei dem in Figur 5 gezeigten Zustand wird von der Vorspanneinrichtung 8 keine Spannung auf den Aktor 5 ausgeübt. Der Impedanzverlauf weist in dem zweiten Frequenzbereich F2 zwei Impedanzpunkte, nämlich einen Resonanzpunkt 14 und einen Antiresonanzpunkt 15 auf. Der zweite Frequenzbereich F2 ist derart gewählt, dass er die beiden Impedanzpunkte 14, 15 enthält. Mit anderen Worten nach Bestimmung des Impedanzverlauf bei dem Zustand, bei dem der Aktor 5 nicht vorgespannt ist, ist die Breite des zweiten Frequenzbereichs F2 bekannt. Diese Breite wird für die Definition des zweiten Referenzfrequenzbereichs R2 und für die Impedanzverläufe, die in den Figuren 3 und 4 dargestellt sind, herangezogen. Somit ist eine Aussage möglich, ob der zweite Frequenzbereich im Vergleich zum zweiten Referenzfrequenzbereich R2 verschoben ist oder nicht.
Fig. 6 zeigt ein Ablaufdiagramm zum Ermitteln von Referenzimpedanzwerten. In einem ersten Schritt S1 wird ein Dispensiervorgang durchgeführt, der einen oder mehrere Dispensierschritte aufweist. Dabei wird pro Dispensierschritt eine flüssige Probe dispensiert. Dazu wird der Kolben 4 durch den Aktor 5 aktuiert, wobei der Aktor 5 wenigstens ein Anregungssignal, insbesondere Spannungssignal, von der Datenverarbeitungseinrichtung 6 erhält. Während der Dispensiervorgänge wird die mechanische Vorspannung des Aktors 5 nicht geändert.
In einem zweiten Schritt S2 erfasst die optische Erfassungseinrichtung 7 die dispensierte flüssige Probe. Die optische Erfassungseinrichtung ermittelt eine physikalische Eigenschaft der dispensierten flüssigen Probe 3. Die physikalische Eigenschaft kann das Volumen der flüssigen Probe und/oder die Form der dispensierten Flüssigkeit und/oder die Geschwindigkeit der flüssigen Probe und/oder weitere Eigenschaften sein. In einem dritten Schritt S3 wird für jede dispensierte flüssige Probe 3 geprüft, ob die ermittelte physikalische Eigenschaft jeweils einer vorgegebenen Eigenschaft entspricht. Die Prüfung kann in der optischen Erfassungseinrichtung 7 oder in der Datenverarbeitungseinrichtung 6 erfolgen. Alternativ kann die Prüfung manuell erfolgen.
Für den Fall, dass die Bedingung nicht erfüllt ist, wird die Vorspannung des Aktors 5 durch die Vorspanneinrichtung 8 geändert und die Schritte S1 bis S3 werden erneut durchgeführt. Dies bedeutet, dass ein weiterer Dispensiervorgang mit einem oder mehreren Dispensierschritten durchgeführt wird.
Für den Fall, dass die Bedingung erfüllt ist, wird im vierten Schritt S4 eine Referenzimpedanzmessung durchgeführt. Dabei wird der Aktor 5 mit der Vorspannung vorgespannt, die der Vorspannung des Aktors 5 entspricht, bei dem die flüssigen Proben 3 dispensiert wurden, die die vorgegebene Eigenschaft aufweisen. Dazu wird dem Aktor 5 wenigstens ein Anregungssignal übermittelt und wenigstens ein Referenzimpedanzwert, insbesondere mehrere Referenzimpedanzwerte, ermittelt. Dabei kann das Anregungssignal in der Frequenz variiert werden. Alternativ können dem Aktor 5 mehrere Anregungssignale übermittelt werden, die sich voneinander in der Frequenz unterscheiden, und somit mehrere Referenzimpedanzwerte bestimmt.
Fig. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors 5 gemäß einer ersten Ausführung darstellt. In einem ersten Verfahrensschritt T1 wird ein Dispenser 2 in eine Halterung der Dispensiervorrichtung 1 eingesetzt.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 geht in einem zweiten Schritt T2 in einen Einstellbetrieb über, in dem dem piezoelektrischen Aktor 5 wenigstens ein Anregungssignal übermittelt wird, dessen Frequenz über die Zeit variiert. Alternativ können dem Aktor 5 Anregungssignale zugeführt werden, die sich in ihrer Frequenz voneinander unterscheiden. Die mechanische Vorspannung wird während des Aussendens des wenigstens einen Anregungssignals und/oder während des Bestimmens der Impedanzwerte nicht geändert. Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 bestimmt für jedes Anregungssignal wenigstens einen Impedanzwert. Somit liegen nach dem Durchlaufen eines vorgegebenen Frequenzbereichs mehrere Impedanzwerte vor.
In einem dritten Schritt T3 wird auf der Basis der ermittelten Impedanzwerte geprüft, ob der Aktuator 5 korrekt eingestellt ist. Ein korrekt eingestellter Aktor 5 bewirkt, dass in dem Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung 1 die dispensierte flüssige Probe 3 die gewünschte physikalische Eigenschaft aufweist. Bei der Prüfung wird ausgenutzt, dass der Referenzimpedanzverlauf (siehe Figur 2) bekannt ist. Insbesondere sind nach einer Untersuchung des Referenzimpedanzverlaufs Referenzfrequenzbereich R1 , R2 und/oder Referenzimpedanzpunkte 21, 22 bekannt, anhand von denen beurteilt werden kann, ob der Aktor 5 korrekt eingestellt ist.
Dies ist möglich, weil aus dem Referenzimpedanzverlauf bekannt ist, in welchen Referenzfrequenzabschnitten R1 , R2 Resonanzen und/oder Antiresonanzen in welcher Anzahl vorhanden sind. Außerdem sind aus dem Referenzimpedanzverlauf die Impedanzwerte von beispielsweise Resonanzen und/oder Antiresonanzen in den Referenzfrequenzabschnitten R1 , R2 bekannt, anhand derer ein Rückschluss gezogen werden kann, ob der Aktor 5 korrekt eingestellt ist.
Dazu kann im dritten Schritt T3 geprüft ob eine oder mehrere der nachfolgend genannten Einstellbedingungen erfüllt sind oder nicht. So kann geprüft werden, ob in einem ersten Frequenzbereich F1 des Impedanzverlaufs eine Resonanz und eine Antiresonanz vorhanden sind. Darüber hinaus kann geprüft werden, ob der zweite Frequenzbereich F2 dem zweiten Referenzfrequenzbereich entspricht oder zu diesem versetzt angeordnet. Je nachdem ob der Versatz in Richtung kleinerer oder größerer Frequenzen gerichtet ist, kann bestimmt werden, ob die an dem Aktor anliegende Vorspannung zu gering oder zu hoch ist.
Außerdem kann geprüft werden, ob die Anzahl der in dem zweiten Frequenzbereich vorhandenen Impedanzpunkte, nämlich Resonanzpunkte und/oder Antiresonanzpunkte, der Anzahl der Referenzimpedanzpunkte entspricht. Alternativ oder zusätzlich kann geprüft werden, ob sich die Impedanzwerte der Impedanzpunkte im zweiten Frequenzabschnitt deutlich von den Impedanzwerten der Impedanzpunkte im zweiten Referenzfrequenzabschnitt unterscheiden.
Darüber hinaus ist es möglich, dass geprüft wird, ob eine Frequenzdifferenz zwischen zwei Impedanzpunkten einer Referenzfrequenzdifferenz entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt. Außerdem kann für den dritten Frequenzbereich F3 geprüft werden, ob er einen Resonanzpunkt und einen Antiresonanzpunkt enthält.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 tätigt die oben genannten Prüfungen durch und bestimmt anhand des Prüfungsergebnisses oder der Prüfungsergebnisse, ob der Aktor 5 korrekt eingestellt ist. Der Aktor 5 ist korrekt eingestellt, wenn die Prüfung oder Prüfungen ergeben, dass die Impedanzwerte die in Figur 2 beschriebenen Bedingungen erfüllen.
Sollte eine oder mehrere Einstellbedingungen nicht erfüllt sein, kann die Datenverarbeitungseinrichtung anhand des Prüfungsergebnisses oder Prüfungsergebnisse bestimmen, ob die Vorspannung zu hoch oder zu niedrig ist. Daraufhin wird in einem vierten Schritt S4 der Aktor 5 angepasst. Insbesondere kann die Vorspannung des Aktors 5 durch die Vorspanneinrichtung 8 geändert werden. Anschließend werden der zweite und dritte Schritt T2, T3 mit der geänderten Vorspannung wiederholt. Dieser Ablauf erfolgt solange bis im dritten Schritt T3 festgestellt wird, dass wenigstens eine oder mehrere Einstellbedingungen erfüllt sind.
Sofern die Einstellbedingungen erfüllt sind, stellt die Datenverarbeitungseinrichtung fest, dass der Aktor 5 korrekt eingestellt ist. Daher wird im fünften Schritt T5 der Einstellbetrieb beendet und der Dispenserbetrieb der Dispensiervorrichtung 1 gestartet. Im Dispenserbetrieb wird der Aktor 5 mit der im Einstellbetrieb ermittelten Vorspannung vorgespannt.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors 5 gemäß einer zweiten Ausführung darstellt. Der erste Schritt P1 entspricht dem Schritt T1 aus Figur 7, sodass auf obige Ausführungen verwiesen wird.
In einem zweiten Schritt P2 werden dem Aktor 5 analog zum zweiten Schritt T2 wenigstens ein Anregungssignal zugeführt, dessen Frequenz in der Zeit variiert. Alternativ können dem Aktor mehrere Anregungssignale zugeführt werden, die sich ihn ihrer Frequenz voneinander unterscheiden. Im Unterscheid zum zweiten Schritt T2 aus Figur 2 ist der Aktor 5 jedoch nicht vorgespannt. Dies bedeutet, dass die Datenverarbeitungseinrichtung 6 weitere Impedanzwerte ermittelt, die den in Figur 5 dargestellten Verlauf haben.
In einem dritten Schritt P3 wird erneut eine Impedanzmessung durchgeführt. Dazu wird dem Aktor 5 wenigstens ein Anregungssignal zugeführt, dessen Frequenz in der Zeit variiert. Alternativ können dem Aktor mehrere Anregungssignale zugeführt werden, die sich ihn ihrer Frequenz voneinander unterscheiden. Im Unterschied zu dem zweiten Schritt P2 ist der Aktor 5 jedoch durch die Vorspanneinrichtung 8 mechanisch vorgespannt. Analog zum zweiten Schritt P2 werden die Impedanzwerte bestimmt. Unter der Annahme, dass der Aktor 5 nicht korrekt eingestellt ist, werden Impedanzwerte erhalten, die den in Figur 3 oder Figur 4 dargestellten Verlauf oder einen dazu ähnlichen Verlauf haben.
In einem vierten Schritt P4 wird wenigstens eine Abweichung zwischen den im dritten Schritt P3 ermittelten Impedanzwerten und den im zweiten Schritt P2 ermittelten Impedanzwerten ermittelt. In einem fünften Schritt P5 wird bestimmt, ob die wenigstens eine Abweichung einer Referenzabweichung entspricht. Die Referenzabweichung entspricht einer Abweichung zwischen den weiteren Impedanzwerten, die bei einem nicht vorgespannten Zustand des Aktors ermittelt wurden und deren Verlauf in Figur 5 dargestellt ist, und Referenzimpedanzwerten, die analog zu dem in Figur 6 beschriebenen Verfahrens ermittelt wurden und in Figur 2 dargestellt sind.
Die Datenverarbeitungseinrichtung 6 prüft, ob die die wenigstens eine Abweichung der Referenzabweichung entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich, der die Referenzabweichung enthält, liegt. Sofern dies nicht der Fall ist, wird der Aktor 5 in einem sechsten Schritt P6 angepasst. Die Anpassung erfolgt analog zum vierten Schritt aus Figur 7, indem die an den Aktor 5 anliegende mechanische Vorspannung geändert wird. Anschließend werden Schritte P3 und P4 wiederholt, solange bis die Einstellbedingung im vierten Schritt P4 erfüllt ist.
Sofern die Prüfung im fünften Schritt P5 ergibt, dass die Einstellbedingung erfüllt ist, beendet die die Datenverarbeitungseinrichtung im siebten Schritt P7 den Einstellbetrieb und wechselt in den Dispensierbetrieb. Im Dispensierbetrieb ist der Aktor 5 mit der im Einstellbetrieb ermittelten Vorspannung vorgespannt.
Fig. 9 zeigt ein Regelschema zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors 5 gemäß einer dritten Ausführung. Die dritte Ausführung unterscheidet sich von den beiden Ausführungen, deren Ablauf in Figur 7 und Figur 8 darin, dass für jeden Impedanzwert geprüft wird, ob er einem Referenzimpedanzwert entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich liegt, der den Referenzimpedanzwert enthält. Dies wird nachfolgend näher erläutert. Hingegen erfolgt die Impedanzmessung analog zu den beiden Verfahren durch Aussenden von wenigstens einem Anregungssignal, insbesondere mehreren Anregungssignalen, an den Aktor 5. Diesbezüglich ist auf die obigen Ausführungen verwiesen.
Die nachfolgend genannten Regelschritte können in der Datenverarbeitungseinrichtung 6 erfolgen. Bei einem ersten Regelschritt C1 wird für, insbesondere jeden, Impedanzwert eine Abweichung von einem Referenzimpedanzwert ermittelt, der dem Impedanzwert zugeordnet ist. Der Impedanzwert und der Referenzimpedanzwert sind zueinander über den Frequenzwert des Anregungssignals zugeordnet. So weisen beide Werte den gleichen Frequenzwert auf.
In einem zweiten Regelschritt C2 wird geprüft, ob die Abweichung in einem vorgegebenen Bereich liegt. Abhängig von dem Prüfungsergebnis wird in einem dritten Regelschritt C3 bestimmt, ob der Aktor 5 korrekt eingestellt ist oder eingestellt werden muss. Sofern der Aktor 5 eingestellt werden muss, wird in dem dritten Regelschritt C3 eine Stellgröße für die Vorspanneinrichtung 8 ausgegeben, woraufhin die Vorspannung des Aktors 5 geändert wird.
Die Impedanzmessung wird in einem vierten Regelschritt C4 erneut durchgeführt, jedoch wurde die Vorspannung des Aktors 5 auf der Basis der Stellgröße geändert. Die Regelschritte C1 bis C3 werden so oft wiederholt, bis die Abweichung zwischen dem wenigstens einen Impedanzwert und dem Referenzimpedanzwert in dem vorgegebenen Bereich ist. In diesem Fall wird im dritten Regelschritt C3 bestimmt, dass der Einstellbetrieb beendet ist.
Bezugszeichenliste
1 Dispensiervorrichtung
2 Dispenser
3 flüssige Probe
4 Kolben
5 piezoelektrischer Aktor
6 Datenverarbeitungseinrichtung
7 optische Erfassungseinrichtung
8 Vorspanneinrichtung
9 Aufnahmeraum
10 Dispenserabschnitt
12 Anregungseinheit
13 Recheneinheit
14 Resonanz
15 Antiresonanz
16 Dispenserkörper
17 Behältnis
18 Mikrotiterplatte
19 Verfahreinrichtung
20 Absaug-ZAblenkeinrichtung
21 Referenzresonanzpunkt
22 Referenzantiresonanzpunkt
C1 -C4 Schritte bei Ausführen des Verfahrens gemäß der dritten Ausführung
F1 erster Frequenzbereich
F2 zweiter Frequenzbereich
F3 dritter Frequenzbereich
P1 -P7 Schritte bei Ausführen des Verfahrens gemäß der zweiten Ausführung
R1 erster Referenzfrequenzbereich
R2 zweiter Referenzfrequenzbereich
S1 -S3 Schritte für Bestimmung von Referenzimpedanzverlauf
T1 -T5 Schritte bei Ausführen des Verfahrens gemäß der ersten Ausführung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Einstellen eines piezoelektrischen Aktors (5) einer Dispensiervorrichtung (1), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Aussenden von wenigstens einem Anregungssignal an den Aktor (5) und
Bestimmen wenigstens eines Impedanzwerts des angeregten Aktors (5), wobei der piezoelektrische Aktor (5) abhängig von dem bestimmten wenigstens einen Impedanzwert eingestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. das Anregungssignal ein Spannungssignal ist und/oder dass b. das Anregungssignal innerhalb eines Frequenzbereichs liegt und/oder dass c. das Anregungssignal in der Zeit variiert.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Anregungssignale ausgesendet werden, wobei a. sich die Anregungssignale in der Frequenz voneinander unterscheiden und/oder dass b. die Anregungssignale innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs liegen.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen des Impedanzwerts den Empfang von Daten umfasst, wobei die Daten wenigstens einen Impedanzwert des angeregten Aktors (5) darstellen oder mittels denen wenigstens ein Impedanzwert des Aktors (5) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Impedanzwert bestimmt wird, wenn der Aktor (5) vorgespannt ist und/oder dass b. der Aktor (5) beim Bestimmungsvorgang vorgespannt ist.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Impedanzwert in einem Einstellbetrieb der Dispensiervorrichtung bestimmt wird und/oder dass b. ein Einstellbetrieb der Dispensiervorrichtung zeitlich vor einem Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung durchgeführt wird und/oder dass c. ein Einstellbetrieb der Dispensiervorrichtung (1 ) nach einem Tausch eines Dispensers (2) der Dispensiervorrichtung (1) und/oder nach einem Ausbau des Aktors (5) und/oder nach einer vorgegebenen Anzahl an Dispensierschritten durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Referenzimpedanzwert, insbesondere mehrere Referenzimpedanzwerte, bestimmt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der Referenzimpedanzwerte mehrere Dispensiervorgänge durchgeführt werden, wobei sich die Dispensiervorgänge in der an den Aktor (5) angelegten Vorspannung voneinander unterscheiden.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine physikalische Eigenschaft der in dem Dispensiervorgang dispensierten flüssigen Probe und/oder der Dispensiervorrichtung ermittelt wird und dass geprüft wird, ob die ermittelte physikalische Eigenschaft eine vorgegebene Bedingung erfüllt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Referenzimpedanzwert bestimmt wird, wobei der Aktor (5) mit der Spannung des Dispensiervorgangs vorgespannt ist, bei dem die physikalische Eigenschaft die vorgegebene Bedingung erfüllt.
1 1 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass a. geprüft wird, ob wenigstens eine Einstellbedingung erfüllt ist und abhängig vom Prüfungsergebnis der Aktor (5) eingestellt wird und/oder dass b. zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors (5) geprüft wird, ob wenigstens eine Einstellbedingung erfüllt ist, wobei die Einstellbedingung von dem wenigstens einen Referenzimpedanzwert und/oder von dem wenigstens einen Impedanzwert abhängt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, dadurch gekennzeichnet, dass a. zum Einstellen des Aktors (5) die an den Aktor (5) angebrachte Vorspannung geändert wird und/oder dass b. zum Einstellen des Aktors (5) ein Anregungssignal ermittelt wird, das an den Aktor (5) anzulegen ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob der bestimmte Impedanzwert einem Referenzimpedanzwert entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich, der den Referenzimpedanzwert aufweist, liegt.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Aktor (5) derart eingestellt wird, dass der bestimmte Impedanzwert dem Referenzimpedanzwert entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich, der den Referenzimpedanzwert aufweist, liegt und/oder dass b. eine Abweichung zwischen dem bestimmten Impedanzwert und dem Referenzimpedanzwert in einem Anregungssignal in einem Dispensierbetrieb der Dispensiervorrichtung berücksichtigt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass a. ein Referenzimpedanzwert und/oder Referenzfrequenzwert für wenigstens ein Referenzimpedanzpunkt ermittelt wird und/oder dass b. ein Referenzfrequenzdifferenz zwischen zwei Referenzimpedanzpunkten ermittelt wird und/oder dass c. eine Anzahl an Referenzimpedanzpunkten in einem Referenzfrequenzbereich ermittelt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass geprüft wird, ob a. ein Impedanzpunkt dem Referenzimpedanzpunkt entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich, der den Referenzimpedanzpunkt aufweist, liegt und/oder ob b. ein Frequenzdifferenz zwischen zwei Impedanzpunkten vorhanden ist, der der Referenzfrequendifferenz entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich, der die Referenzfrequendifferenz aufweist, liegt und/oder ob c. eine Anzahl von Impedanzpunkten in einem Frequenzbereich vorhanden sind, die der Anzahl der Referenzimpedanzpunkte in dem Referenzfrequenzbereich entspricht.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einstellen des piezoelektrischen Aktors (5) wenigstens ein weiterer Impedanzwert, insbesondere mehrere Impedanzwerte, bestimmt werden, wobei der Aktor beim Bestimmungsvorgang nicht vorgespannt ist.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass eine Referenzabweichung des Referenzimpedanzwerts von dem weiteren Impedanzwert ermittelt wird.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abweichung zwischen dem wenigstens einen Impedanzwert und dem weiteren Impedanzwert ermittelt wird.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (5) derart eingestellt wird, dass die Abweichung der Referenzabweichung entspricht oder in einem vorgegebenen Bereich, der die Referenzabweichung aufweist, liegt.
21 . Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der eingestellte piezoelektrische Aktor (5) zum Dispensieren von flüssiger Probe (3) in einem Dispensierbetrieb einer Dispensiervorrichtung (1 ) eingesetzt wird.
22. Dispensiervorrichtung (1), insbesondere zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21, mit einem Dispenser (2) zum Dispensieren von flüssiger Probe (3), einem piezoelektrischen Aktor (5) und einer Datenverarbeitungseinrichtung (6), die konfiguriert ist, wenigstens ein Anregungssignal an den Aktor (5) auszugeben und wenigstens einen Impedanzwert des angeregten Aktors (5) zu bestimmen, wobei die Datenverarbeitungseinrichtung konfiguriert ist, den Aktor (5) abhängig von dem bestimmten wenigstens einen Impedanzwert einzustellen.
23. Dispensiervorrichtung (1 ) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispensiervorrichtung (1 ) eine optische Erfassungseinrichtung (7) zum optischen Erfassen der dispensierten flüssigen Probe (3) aufweist.
24. Dispensiervorrichtung (1 ) nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Dispensiervorrichtung (1 ) eine Vorspanneinrichtung (8) zum Vorspannen des piezoelektrischen Aktors (5) aufweist.
25. Dispensiervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass a. der Dispenser (2) einen Aufnahmeraum (9) zum Aufnehmen von flüssiger Probe (3) aufweist und/oder dass b. der Dispenser (2) einen Dispenserabschnitt (10) aufweist, der durch den Kolben (4) oder den Aktor (5) betätigt wird, um flüssige Probe (3) aus dem Dispenser (2) zu dispensieren.
26. Dispensiervorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 22 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Datenverarbeitungseinheit (6) eine Anregungseinheit (12) zum Ausgeben von wenigstens einem Anregungssignal und/oder ein Recheneinheit (13) zum Bestimmen des wenigstens einen Impedanzwerts aufweist.
27. Datenverarbeitungseinheit (6) umfassend Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21.
28. Computerprogramm umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21 auszuführen.
29. Computerlesbarer Datenträger, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 28 gespeichert ist.
30. Datenträgersignal, das das Computerprogramm nach Anspruch 28 überträgt.
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