DE7925075U1

DE7925075U1 - Pipettier- und dosiervorrichtung

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Publication number: DE7925075U1
Application number: DE19797925075U
Authority: DE
Original assignee: LKB CLINICON STOCKHOLM AB
Current assignee: LKB CLINICON STOCKHOLM AB
Priority date: 1978-09-04
Filing date: 1979-09-04
Publication date: 1980-01-24
Also published as: EP0009013B1; DE2963009D1; EP0009013A1; JPS5537995A; SE7809267L; ATE1160T1; JPS6153647B2; US4298575A

Description

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LEB CLINICON AKTIEBOLAG Bromma (Schweden)

Pipettier- und Dosiervorrichtung

Die Neuerung "betrifft eine Pipettier- und Dosiervorrichtung zum genauen Dosieren von vorherbestimmbaren Plussigkeitsvolumina, mit einem hohlzylindrischen Ansaugrohr, das einen konisch verjüngten, distalen Endteil mit einer zentralen öffnung besitzt, und mit einem in dem Ansaugrohr axialbewegbaren und dicht an dessen Innenwandung anliegenden Kolben, der an seinem dem distalen Ende des Saugrohrs zugekehrten Ende mit einer konischen Spitze versehen ist, die dem konisch verjüngten Endteil des Saugrohrs im wesentlichen angepaßt ist, sowie mit einer Antriebseinrichtung, die mit dem Kolben gekuppelt ist und dazu dient, dem Kolben in dem Ansaugrohr eine genau definierte Bewegung zu erteilen, so dass vorherbestimnrbare Flüssigkeitsvolumina in das Saugrohr noch gesaugt und von ihm durch die in seinem distalen Endteil vorgesehene öffnung abgegeben werden können» Eine derartige Pipettier- und Dosiervorrichtung kann beispielsweise in automatischen Geräten für klinische Analysen verwendet werden, in denen sehr genau bestimmte Volumina von flüssigen Proben, wie Blutserum usw., und mit den Proben zu mischenden Reagentien, abgemessen und in Küvetten abgegeben werden müssen, in denen dann

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Reaktionen zwischen den Proben und Reagentien stattfinden, worauf zur Analyse der Proben die Produkte dieser Reaktionen beispielsweise photometrisch untersucht werden.

Eine Vorrichtung zum Abmessen einer großen Anzahl von Proben und zur Abgabe derselben an ein automatisches Analysengerät muß unbedingt so ausgebildet sein, dass zwischen verschiedenen Proben, die nacheinander mit derselben Dosier- und Abgabeeinrichtung an verschiedene Küretten abgegeben werden, keine Verunreinigung auftritt. Daher muß es möglich sein, zwischen verschiedenen Proben die Abmeß- und Abgabevorrichtung leicht und einwandfrei zu reinigen und darf nach dem Reinigungsvorgang in der Abmeß- und Abgabevorrichtung kein Rest der Reinigungsflüssigkeit, gewöhnlich Wasser, zurückbleiben, weil ein derartiger Rest die nächste abzugebende Probe verdünnen würde. Dieselben Forderungen müssen auch erfüllt sein, wenn eine derartige Abmeß- und Abgabevorrichtung in einem automatischen Analysengerät zum Abmessen verschiedener aufeinanderfolgender Reagentien und zu.' deren Abgabe an verschiedene Küvetten verwendet wird., In einem derartigen Gerät werden die Flüssigkeiten, d.h.. die Proben und Reagentien, an die für die Reaktion und Untersuchung verwendeten Küvetten nur in sehr kleinen Volumina abgegeben, die oft nur eine Größenordnung von wenigen Mikrolitern haben. Trotzdem müssen die abgegebenen Volumina sehr genau dosiert werden. Die erforderliche Genauigkeit kann schon dadurch gefährdet werden, dass nur ein einziger Tropfen einer Probe oder eines Reagens nicht in die Küvette gelangt, sondern in der Pipettier- und Dosiervorrichtung oder an deim Spitze zurückbleibt. Infolgedessen ist es bei einer Pipettier- und Dosiervorrichtung der beschriebenen Art unbedingt erforderlich, dass die Vorrichtung vollständig geleert werden kann,

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d.h·, dass an dein distalen Ende des Ansaugrohrs kein Rest der Probe oder des Reagens zurückbleibt, wenn der Kolben seinen Druckhub beendet hat. Es darf daher nach vollständiger Durchführung des Druckhubes des Kolbens zwischen dessen Spitze und dem konisch verjüngten, distalen Endteil des Ansaugrohrs kein Zwischenraum vorhanden sein. Ferner muß es möglich sein, die Axialbewegung des Kolbens in dem Ansaugrohr sehr genau zu steuern, weil durch die Axiallänge des Kolbenhubes das Flussxgkeitsvolumen bestimmt wird, das in das Ansaugrohr hochgesaugt und danach abgegeben wird.

Die Aufgabe der Neuerung besteht daher in der Schaffung einer verbesserten Pipettier- und Dosiervorrichtung der vorstehend beschriebenen Art, bei der die vorgenannten Forderungen erfüllt sind, d.h., dass das Ansaugrohr durch den Druckhub des Kolbens genau und vollständig entleert wird, ohne das Flüssigkeitsreste in dem Ansaugrohr oder an dessen distalem Endteil zurückbleiben, und dass die Stellung des Kolbens in dem Saugrohr und damit die axiale Länge des Kolbenhubes sehr genau gesteuert werden kann·

Diese Aufgabe wird gemäß der Neuerung dadurch gelöst, "dass der Spitzenwinkel der konischen Spitze des Kolbens etwas größer ist als der Spitzenwickel des konisch verjüngten, distalen Endteils des Ansaugrohrs und dass eins der beiden aus der Kolbenspitze und dem verjüngten Endteil des Ansaugrohrs bestehenden Elemente aus elastisch verformbarem Material besteht, so dass bei einer Bewegung der Kolbenspitze bis zur Anlage an dem konisch verjüngten Endteil des Ansaugrohrs am Ende des Druckhubes des Kolbens die konische Kolbenspitze und der konisch verjüngte End-

teil des Saugrohrs infolge der elastischen Verformung des verformbaren 'lements einander vollkommen angepaßt werden und zwischen ihnen kein Zwischenraum verbleibt, in dem ein Flüssigkeitsrest zurückbleiben könnte.

In einer bevorzugten Ausführungsform besitzt das Gerät gemäß der Neuerung mindestens einen Wandler zum Erfassen der zwischen dem Kolben und dem Ansaugrohr wirkenden Axialkraft und zur Abgabe eines entsprechenden Signals an eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Antriebseinrichtung für die Axialbewegung des Kolbens. Auf Grund des von dem Wandler abgegebenen Signals bewirkt die Steuereinrichtung, dass der Druckhub des Kolbens beendet wird, wenn die zwischen dem Kolben und dem Ansaugrohr wirkende Axialkraft einen vorherbestimmten oberen Grenzwert erreicht, weil die Kolbenspitze an dem konisch verjüngten Endteil des Ansaugrohrs angreift. Dadurch wird in sehr vorteilhafter Weise einerseits eine Sicherung gegen einen Bruch oder eine Beschädigung der Kolbenspitze oder des konisch verjüngten Endteils des Ansaugrohrs erzielt und andererseits gewährleistet, dass zwischen diesen Teilen die Axialkraft wirksam wird, die erforderlich ist, damit dei elastische Verformung erzielt wird, durch welche jeder Zwischenraum zwischen der Spitze des Kolbens und dem verjüngten Endteil des Ansaugrohrs beseitigt wird. Das Ausgangssignal des Wandlers zeigt auch an, dass der Kolben bei seinem Druckhub eine genau definierte Endstellung erreicht hat. Diese Endstellung kann von der Steuereinrichtung als eine Bezugsstellung für den Kolben verwendet werden, von der aus die Axialbewegung des Kolbens bestimmt wird, so dass die axiale Länge der Kolbenhülse mit der erforderlichen Genauigkeit gesteuert werden kann.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Neuerung

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kann die S-taiereinrichtung für die Antriebseinrichtung für den Kolben einen ersten Zäkler besitzen, der synchron mit der Antriebseinrichtung für den Kolben derart betätigt wird, dass sein Zählstand jeweils der Ist-Axialstellung des Kolbens in dem Ansaugrohr relativ zu der Besugsstellung entspricht, sowie einen zweiten Zähler, der gemäß einem vorherbestimmten Programm auf Zählstände eingestellt werden kann, die Soll-Axialstellungen des Kolbens in dem Ansaugrohr entsprechen, wobei der Betrieb der Antriebseinrichtung für den Kolben auf Grund eines Vergleichs der Zählstände des ersten und des zweiten Zählers gesteuert wird.

Die Neuerung schafft somit eine Pipettier- und Dosiervorrichtung, die besonders für die Verwendung in automatischen klinischen Analysengeräten bestimmt ist und zum genauen Abmessen und Abgeben von Flüssigkeitsvolumina, z.Bο von Proben und Reagenbien, dient. Die Vorrichtung besitzt ein hohlzylindrisches Ansaugrohr mit einem konisch verjüngten, distalen Endteil der eine zentrale Öffnung besitzt, ferner einen in dem Ansaugrohr axialbewegbaren Kolben, der dicht an der Innenwandung des Ansaugrohrs anliegt, und eine Antriebseinrichtung zum Axialbewegen des Kolbens in dem Ansaugrohr über genau definierte Strecken zum Hochsaugen bzw. Abgeben von vorherbestimmbaren Flüssigkeitsvolumina. An seinem dem konisch verjüngten, distalen Endteil des Ansaugrohrs zugekehrten Ende ist der Kolben mit einer konischen Spitze versehen, deren Spitzenwinkel etwas größer ist als der Spitzenwinkel des konisch verjüngten Endteils des Ansaugrohrs. Entweder diese konische Kolbenspitze oder der konisch verjüngte Endteil des Ansaugrohrs besteht aus elastisch verformbarem Material. Am Ende des Druckhubes des Kolbens in dem Ansaugrohr wird die konische Kolbenspitze mib einer solchen Axialkraft

gegen den konisch verjüngten Endteil des Ansaugrohrs gedruckt, dass die Kol"benspitze bzw« der konisch verjüngte Endteil des Ansaugrohrs elastisch verformt -wird und daher die Eolbenspitze und der konisch verjüngte Endteil des Ansaugrohrs einander vollkommen angepaßt verden, ohne dass zwischen ihnen ein Zwischenraum verbleibt«

Nachstehend wird die Neuerung ausführlicher anhand der beigefügten Zeichnung beschrieben, in der ein Ausfüi*rungs~ beispiel einer Pipettier- und Dosiervorrichtung gemäß der Neuerung schematisch dargestellt ist.

In der dargestellten Ausführungsform besitzt die Pipetten- und Dosiervorrichtung gemäß der Neuerung ein Traggehäuse? 1, an dem mit zwei Schrauben 3 und 4· ein Hohlschaft 2 angebracht ist. Der Hohlschaft 2 besitzt eine Vierkantbohrung und trägt an seinem unteren Ende ein Ansaug- oder Pipettierrohr 5 mit einer zylindrischen Bohrung. Das Ansaugrohr 5 hat einen konisch verjüngten, distalen Endteil 17 mit einer zentralen Öffnung 18, durch die Flüssigkeit in das Ansaugrohr 5 hochgesaugt und von ihm abgegeben werden kann. Ein am Ende einer Kolbenstange 6 angeordneter Kolben 7 ist in dem Ansaugrohr 5 axialbewegbar und liegt an dessen Innenwandung dicht an. Der Kolben 7 besitzt eine konische Spitze 7a. Das obere Ende der Kolbenstange 6 ist mit einer Mutter 8 verbunden, die in der Vierkantbohrung des Hohlschafts 2 axialbewegbar, aber nicht drehbar ist. Die ) Mutter 8 wirkt mit einer axialen Gewindespindel 9 zusammen, ! die mit einem Kugellager 10 in dem Traggehäuse 1 drehbar gelagert ist. Die Gewindespindel 9 ist an ihrem oberen Ende mit einem Zahnrad Il versehen, das mit einem Ritzel auf der .'felle 12 eines Antriebsmotors 13 kämmt, der von dem Traggehäuse 1 getragen wird. j

Zur Steuerung des Antriebsmotors 13 dient eine Steuer-

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einrichtung 14-. Durch den in der einen oder anderen Richtung laufenden Motor 13 kann man die Mutter 8 und mit ihm die Kolbenstange 6 in dem Hohlschaft 2 und den Kolben 7 in dem Ansaugrohr 5 axial auf- "bzw. abwartsbewegen. Bei der Aufwärtsbewegung des Kolbens 7 kann durch die zentrale öffnung 18 in dem konisch verjüngten, distalen Endteil des Ansaugrohrs 5 Flüssigkeit in dieses hochgesaugt werden. Dabei wird das Volumen der angesaugten Flüssigkeit durch die axiale Länge des Aufwärtshubes des Kolbens 7 bestimmt. Wenn danach, der Kolben 7 abwärtsbewegt wird, erfolgt eine Abgabe dieses Flussigkeitsvolumens durch die öffnung 18 im Endteil des Ansaugrohrs 5, sofern am Ende des Druckhubes des Kolbens 7 zwischen dessen konischer Spitze ya und dem konisch verjüngten Endteil 17 des Ansaugrohrs 5 kein Zwischenraum vorhanden ist. Um dies zu gewöhrleisten, ist der Spitzenwinkel der konischen Sp-.tze 7a des Kolbens 7 etwas größer als der Spitzenwinkel des konisch verjüngten Endteils 17 des Ansaugrohrs und bes teht die konische Spitze 7a des Kolbens 7 aus elastisch verformbarem Material. Wenn die Spitze 7a des Kolbens am Ende des Druckhubes gegen den konisch verjüngten Endteil 17 des Ansaugrohrs 5 gedrückt wird, erfährt die elastisch verformbare Kolbenspitze 7a eine solche Verformung, dass sie dem kenisch verjüngten, distalen Endteil 17 des Ansaugrohrs vollkommen angepaßt wird, so dass zwischen der Kolbenspitze 7a und der Innenwandung des verjüngten Endteils 17 des Ansaugrohrs kein Zwischenraum verbleibt. Infolgedessen ist nach der vollständigen Durchführung des Druckhubes des Kolbens 7 in dem distalen Endteil des Ansaugrohrs 5 keine Flüssigkeit mehr vorhanden. Anstatt der konischen Spitze 7a des Kolbens 7 könnte natürlich auch der konisch verjüngte, distale Endteil 17 des Ansaugrohrs 5 aus elastisch verform-

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barem Material "bestehen. In der praxis hat ersieh jedoch als zweckmäßig erwiesen, den Kolben 7 und- seine konische Spitze 7a aus elastisch verformbarem Material herzustellen.

Zum Gewährleisten einer genau definierten Endstellung für den Druckhub des Kolbens 7 und einer Sicherung gegen einen Bruch oder sonstige Beschädigung des konisch "verjüngten Endteils 17 des Ansaugrohrs unter dem Druck der Eolbenspitze 7a am Ende des Druckhubes sind zwischen dem oberen Ende des Hohlschafts 2 und dem Traggehäuse 1 ein oder mehrere Druckwandler 15 und 16 montiert, die beispiels weise aus piezoelektrischen 7/andlern bestehen und der zwischen dem Kolben 7 und dem Ansaugrohr 5 wirksamen Axialkraft ausgesetzt sind. Am Ende aes Druckhubes des Kolbens nimmt infolge des von der Kolbenspitze 7a. auf den konisch verjüngten Endteil 17 des Ansaugrohrs ausgeübten Druckes die in den Schrauben 3 und 4- wirksame Zugkraft natürlich zu, so dass der auf die Druckwandler 15 und 16 ausgeübte Druck entsprechend abnimmt. Das Ausgangssignal der Druckwandler 15 und 16 wird an die Steuereinrichtung 14- für den Antriebsmotor 13 abgegeben. Wenn dieses Signal einen Wert erreicht, der einem vorherbestimmten obsren Grenzwert des zwischen der Kolbenspitze 7a und dem konischen Endteil 17 des Ansaugrohrs 5 wirksamen axialdruckes entspricht, rpricht die Steuereinrichtung 14- auf dieses Ausgang?signal der Druckwandleran und beendet sie die Drehung des Antriebsmotors 13 und damit auch den axialen Druckhub des Kolbens 7·

Die durch das Ausgangssignal der Druckwandler 15 und 16 angezeigte, genau bestimmte Endstellung für den Druckhub des Kolbens 7 kann in der Steuereinrichtung auch als Bezugsstellung für die genaue Steuerung der Axial-

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■bewegungen des Kolbens 7 in dem Ansaugrohr 5 herangezogen werden» Diese genaue Steuerung ist für das genaue Abmessen der von der Vorrichtung abzugebenden Flüssigkeitsvolumina erforderlich. Zu diesem Zweck kann in der Steuereinrichtung 14 ein Mikroprozessor angeordnet sein, der einen ersten Zähler besitzt, der in Abhängigkeit von der Drehbewegung des Antriebsmotors 13 derart betätigt wird, dass sein Zählstand der Ist-Axialstellung des Kolbens 7 in dem Ansaugrohr 5 entspricht, und einen zweiten Zähler·, der auf Grund eines Programms auf Zählstände eingestellt werden kann, die den Sollstellungen des Kolbens 7 in dem Ansaugrohr 5 entsprechen, sowie eine Einrichtung zum Vergleich der Zählstände der beiden Zähler und zur Steuerung des Betriebes des Antriebsmotors 13 und damit der Axialstellung &es Kolbens 7 in Abhängigkeit von diesem Vergleich derart, dass der Kolben 7 in die Stellungen bewegt wird, die den voreirtgestellten Zählständen des zweiten Zählers entsprechen. Der Antriebsmotor 13 kann zweckmäßig aus einem Schrittschaltmotor bestehen, v/eil dessen Drehwinkel sehr genau gesteuert werden kann. Die Steuereinrichtung IA- ist nicht genau dargestellt und beschrieben, weil sie auf Grund der vorstehend gegebenen Informationen von jedem Fachmann ausgeführt werden kann, Damit am Ende des Druckhubes des Kolbens an dessen konischer Spitze 7a und an der Innenwandung des konischen Endteils 17 des Ansaugrohrs 5 kein Abrieb auftritt, muß eine Drehung des Solbens um seine Achse relativ zu dem Ansaugrohr 5 verhxndert v/erden. Daher wird der Kolben 7 in dem Ansaugrohr 5 vorzugsweise derart geführt, dass er axialbewegbar, aber nicht um seine Achse drehbar ist. Man kann dies gewährleisten, indem die Mutter 8 in der Vierkantbohrung des Hohlschafts 2 sehr genau geführt wird, so dass sich die Mutter 8 nicht um ihre Achse drehen kann. Man kann aber auch auf andere Weise dafür

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sorgen, dass der Kolben 7 axialbeweglich, aber nicht

um seine Achse drehbar ist. >

Im Rahmen der Neuerung sind weitere Abänderungen der Pipettier- und Dosiervorrichtung gemäß der Erfindung möglich. Beispielsweise kann die Antriebseinrichtung für den Kolben aus einem Linearmotor bestehen, dessen beweglicher Teil mit dem Kolben koaxial verbunden ist. iuch die Kupplung zwischen dem Antriebsmotor und dem Kolben kann in jeder anderen geeigneten Weise ausgeführt werden.

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Claims

· Λ G 79 25 075.2 37 712 W/lü vom 4. September 1979 S chut ζ ansprüche

1. Pipettier- und Dosiervorrichtung mit einem hdizylindrischen Ansaugrohr, das einen konisch verjüngten, aistalen Endteil mit einer zentralen öffnung besitzt, und mit einem in dem Ansaugrohr axialbewegbaren und dicht an dessen Innenwandung anliegenden Kolben, der an seinem dem distalen Ende des Saugrohrs zugekehrten Ende mit einer konischen Spitze versehen ist, die dem konisch verjüngten Endteil des Saugrohrs im wesentlichen angepaßt ist, sowie mit einer Antriebseinrichtung, die mit dem Kolben gekuppelt ist und dazu dient, den Kolben in dem Ansaugrohr über genau definierte Strecken axial zu bewegen, so daß vorherbestimmbare Flüssigkeitsvolumina hochgesaugt und abgegeben werden können, dadurch gekennzeichnet, daß der Spitzenwinkel dei konischen Spitze (7a) des Kolbens (7) etwas größer ist als der 3p'^-zenwinkel des konisch verjüngten, distalen Endteils (17) des Ansaugrohrs (5) und daß eines der beiden aus der Kolbenspitze und dem verjüngten Endteil des Ansaugrohrs bestehenden Elemente aus elastisch verformbarem Material besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Wandler (15, 16) besitzt, der zum Erfassen der zwischen dem Kolben (7) und dem Ansaugrohr (5) wirkenden Axialkraft und zur Abgabe eines entsprechenden Signals an eine Steuereinrichtung (14) zur Steuerung der genannten Antriebseinrichtung (13) dient.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ansaugrohr (5) an einem den Kolben (7) und die Antriebseinrichtung (8 bis 13) tragenden TraggQiiuse (1) angebracht ist und daß der oder die Wandler piezoelektrische Wandler (15, 16) sind, die zwischen dem Ansaugrohr (5) und dem Traggehäuse (1) angeordnet sind _

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (7) nicht verdrehbar in dem Ansaugrohr (5) geführt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen Synchronmotor, insbesondere einen Schrittschaltmotor (13) , aufweist, der über ein Getriebe (1-1 ,12) mit dem Kolben (7) gekuppelt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung eine von dem Motor (13) p>igetriebene Gewindespindel (9) and eine auf der Gewindespindel angeordnete Mutter (8) besitzt, die mit dem Kolben (7) verbunden und mit ihm sxi.a.lijswe'rbar ist =

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung einen Linearmotor aufweist.