EP2412439B1

EP2412439B1 - Pipette device with throttle position in the pipette channel

Info

Publication number: EP2412439B1
Application number: EP11172869.7A
Authority: EP
Inventors: Vinzenz Kirste; Helmut Knapp; Urs Lendenmann; Noa Schmid; Tobias Seiler; Fabian Winter
Original assignee: Tecan Schweiz AG
Current assignee: Tecan Trading AG
Priority date: 2010-07-26
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2031-07-06
Also published as: JP6463386B2; DE102010038414A1; US20120017704A1; US8656792B2; JP2017070950A; EP3663001A1; JP2012068231A; EP3663001B1; EP2412439A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Pipettiervorrichtung wenigstens zur Dispensation von Dosierflüssigkeit durch Erhöhung des Drucks eines Arbeitsfluids, umfassend einen wenigstens teilweise mit Arbeitsfluid gefüllten Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum mit einer Pipettieröffnung als einer ersten Strömungsquerschnittsverengung, durch welche hindurch Dosierflüssigkeit in Abhängigkeit vom Druck des Arbeitsfluids aus dem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum hinaus dispensierbar ist, und eine Druckveränderungsvorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, den Druck des Arbeitsfluids im Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum zu verändern.The present invention relates to a pipetting device at least for dispensing dosing liquid by increasing the pressure of a working fluid, comprising a dosing liquid receiving space which is at least partially filled with working fluid and has a pipetting opening as a first flow cross-section constriction, through which dosing liquid depends on the pressure of the working fluid from the dosing liquid. Receiving space is dispensable, and a pressure changing device which is designed to change the pressure of the working fluid in the metering liquid receiving space.

Derartige Pipettiervorrichtungen sind im Stand der Technik hinreichend bekannt. Bei der Dispensation von Dosierflüssigkeit wird in an sich bekannter Weise eine in einem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum vorhandene Dosierflüssigkeit durch Erhöhung eines Drucks eines Arbeitsfluids, welches sich ebenfalls in dem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum befindet, durch eine Pipettieröffnung des Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraums ausgeschoben.Such pipetting devices are well known in the prior art. When dispensing dosing liquid, a dosing liquid present in a dosing liquid receiving space is ejected through a pipetting opening of the dosing liquid receiving space by increasing a pressure of a working fluid, which is also located in the dosing liquid receiving space.

Da die Pipettieröffnung in der Regel einen engsten Strömungsquerschnitt beim Austreiben der Dosierflüssigkeit aus dem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum darstellt, bildet die Pipettieröffnung eine erste Strömungsquerschnittsverengung der vorliegend diskutierten Pipettiervorrichtung.Since the pipetting opening generally represents a narrowest flow cross-section when expelling the dosing liquid from the dosing liquid receiving space, the pipetting opening forms a first flow cross-sectional constriction of the pipetting device discussed here.

Pipettiervorrichtungen der eingangs genannten Art werden beispielsweise als Waschköpfe verwendet, bei welchen der Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum durch einen Dosierflüssigkeits-Zulauf gefüllt oder wenigstens teilweise gefüllt und anschließend durch die beschriebene Dispensation mittels Überdruck des Arbeitsfluids bezogen auf den Umgebungsdruck des Flüssigkeits-Aufnahmeraums aus letzterem ausgetrieben wird.Pipetting devices of the type mentioned at the outset are used, for example, as washing heads in which the metering liquid receiving space is filled or at least partially filled by a metering liquid inlet and then expelled from the latter by the described dispensing by means of excess pressure of the working fluid based on the ambient pressure of the liquid receiving space.

Bei diesen Waschköpfen ist die Dosierflüssigkeit eine Waschflüssigkeit, welche durch die Pipettieröffnung hindurch abgegeben wird, um einen darunter vorgesehenen Gegenstand, etwa einen Behälter, mit der Waschflüssigkeit zu reinigen. Auch hierbei kommt es auf eine korrekte Bemessung der abgegebenen Menge an Waschflüssigkeit an.In the case of these washing heads, the metering liquid is a washing liquid which is dispensed through the pipetting opening in order to use the washing liquid to clean an object, such as a container, provided underneath. Here too, it is important to correctly measure the amount of washing liquid dispensed.

Grundsätzlich ist es jedoch auch nicht ausgeschlossen sein, dass Waschköpfe die Dosierflüssigkeit, also etwa Waschflüssigkeit, zusätzlich oder alternativ zu dem zuvor genannten Zulauf durch an sich bekannte Aspiration, also mittels eines Unterdrucks des Arbeitsfluids im Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum durch die Pipettieröffnung hindurch in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum aufnehmen.In principle, however, it cannot be ruled out that washing heads, in addition or as an alternative to the previously mentioned inlet, the metering liquid, for example washing liquid, by aspiration known per se, that is to say by means of a negative pressure of the Absorb working fluids in the dosing liquid receiving space through the pipetting opening into the dosing liquid receiving space.

Ein Problem der eingangs genannten Pipettiervorrichtung, insbesondere in ihrer Ausgestaltung als Waschkopf, liegt darin, dass sich durch das wiederholte Austreiben von Dosierflüssigkeit durch die Pipettieröffnung an dieser oder an einem Kanal, welcher zur Pipettieröffnung führt, Ablagerungen bilden, welche den Strömungsquerschnitt der Pipettieröffnung bzw. des zur Pipettieröffnung führenden Kanals verändern. Hierdurch kommt es zu Veränderungen im Dosierverhalten, so dass nach einiger Betriebszeit im Wesentlichen baugleiche Pipettiervorrichtungen, welche mit der gleichen Dosierflüssigkeit und ansonsten gleichen Betriebsparametern betrieben werden, unerwünschterweise unterschiedliches Dosierverhalten zeigen können.One problem with the pipetting device mentioned at the outset, in particular in its configuration as a washing head, is that the repeated expulsion of dosing liquid through the pipetting opening or on a channel which leads to the pipetting opening forms deposits which form the flow cross section of the pipetting opening or of the channel leading to the pipetting opening. This leads to changes in the dosing behavior, so that after some operating time, pipetting devices which are essentially identical in construction and which are operated with the same dosing liquid and otherwise the same operating parameters can undesirably show different dosing behavior.

Aus der WO2009/067834 ist eine Hand-Pipettiervorrichtung bekannt, welche die automatisierte Dispensierung vorbestimmter Volumina einer Flüssigkeit erlaubt. Die Hand-Pipettiervorrichtung ist auch zum manuellen Dispensieren und zum Aspirieren ausgelegt. Allein zum automatisierten Dispensieren ist in einer Luftleitung zwischen einem hierzu vorgesehenen Überdruck -Ausgang einer Druckquelle und einer Pipettenaufnahme für die Pipette eine Drossel vorgesehen.From the WO2009 / 067834 a manual pipetting device is known which allows the automated dispensing of predetermined volumes of a liquid. The hand-held pipetting device is also designed for manual dispensing and aspirating. For automated dispensing alone, a throttle is provided in an air line between an overpressure outlet of a pressure source provided for this purpose and a pipette holder for the pipette.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Pipettiervorrichtung zur Dispensation und Aspiration von Dosierflüssigkeit vorzuschlagen bei der das Dosierverhalten unempfindlicher gegen Veränderungen des Strömungsquerschnitts der Pipettieröffnung bzw. des zur Pipettieröffnung führenden Kanals des Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraums ist, so dass mögliche oder sogar wahrscheinliche Ablagerungen an der Pipettieröffnung das Dosierverhalten der Pipiettiervorrichtung nicht oder zumindest in geringerer Weise als bisher beeinflussen.It is the object of the present invention to propose a pipetting device for dispensing and aspirating dosing liquid in which the dosing behavior is less sensitive to changes in the flow cross section of the pipetting opening or the channel of the dosing liquid receiving space leading to the pipetting opening, so that possible or even probable deposits on the pipetting opening do not influence the dosing behavior of the pipetting device, or at least influence it less than before.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch eine Pipettiervorrichtung gemäss Anspruch 1.According to the present invention, this object is achieved by a pipetting device according to claim 1.

Mit der beschriebenen Drosselstelle wird jedenfalls zwischen der Druckveränderungsvorrichtung und dem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum eine Engstelle im Strömungsquerschnitt geschaffen, welche dafür sorgt, dass eine durch die Druckveränderungsvorrichtung bewirkte Druckänderung im Arbeitsfluid sich nicht schlagartig, sondern nur allmählich in den Dosierflüssigkeits Aufnahmeraum fortsetzt, was überraschenderweise für eine Unempfindlichkeit des Dispensations- und Aspirations-Verhaltens der Pipettiervorrichtung gegenüber Änderungen, insbesondere ablagerungsbedingte Änderungen, des Strömungsquerschnitts der Pipettieröffnung sorgt. Somit können im Wesentlichen baugleiche Pipettiervorrichtungen, welche im Wesentlichen mit identischen Einstellungen betrieben werden, ein im Wesentlichen identisches Dispensations- und Aspirations-Verhalten aufweisen, obwohl an ihren Pipettieröffnungen unterschiedlich starke Ablagerungen vorhanden sind.With the described throttle point, a constriction in the flow cross-section is created between the pressure changing device and the metering liquid receiving space, which ensures that a pressure change caused by the pressure changing device in the working fluid does not abruptly, but only gradually in the metering liquid receiving space, which surprisingly for one Insensitivity of the dispensing and aspiration behavior of the pipetting device to changes, in particular changes due to deposition, of the flow cross section of the pipetting opening. Thus pipetting devices of essentially the same construction, which are operated essentially with identical settings, can have an essentially identical dispensing and aspiration behavior, even though deposits of different thicknesses are present at their pipetting openings.

Das Verhältnis der genannten Strömungswiderstände, welches für das Funktionieren der hier vorgestellten Lösung maßgeblich ist, führt dazu, dass die mit Arbeitsfluid, in der Regel einem Gas, durchströmte Drosselstelle eine deutlich kleinere Querschnittsöffnung aufweist als die Pipettieröffnung. Es soll jedoch nicht ausgeschlossen sein, dass auch eine Flüssigkeit als Arbeitsfluid verwendet wird.The ratio of the flow resistances mentioned, which is decisive for the functioning of the solution presented here, means that the throttle point through which working fluid, usually a gas, flows has a significantly smaller cross-sectional opening than the pipetting opening. However, it should not be excluded that a liquid is also used as the working fluid.

Für die Berechnung des genannten Verhältnisses kann als Viskosität die jeweilige dynamische Viskosität herangezogen werden ,welche in der Literatur in der Regel mit dem Formelzeichen "η" bezeichnet ist.For the calculation of the ratio mentioned, the respective dynamic viscosity can be used as the viscosity, which is generally designated in the literature with the formula symbol "η".

Die charakteristische Länge der zugeordneten Querschnittsverengung kann dabei, bei zylindrischen Strömungsquerschnittsverengungen die Länge des zylindrischen Kanals sein oder kann, bei konisch auf die Strömungsquerschnittsverengung zulaufenden Kanälen die Länge des Kanalabschnitts sein, in welchem sich die Strömungsquerschnittsfläche des Kanals ausgehend von der kleinsten Strömungsquerschnittsfläche in der Drosselstelle oder in der Pipettieröffnung verdoppelt.The characteristic length of the assigned cross-sectional constriction can be the length of the cylindrical channel in the case of cylindrical flow cross-sectional constrictions, or can be the length of the channel section in which the flow cross-sectional area of the channel starts from the smallest flow cross-sectional area in the throttle point or in the case of channels tapering to the flow cross-sectional constriction doubled in the pipetting opening.

Findet über die maximal feststellbare Länge des Kanals keine Verdopplung der Strömungsquerschnittsfläche statt, so kann die gesamte Länge des Kanals als charakteristische Länge herangezogen werden.If the flow cross-sectional area is not doubled over the maximum ascertainable length of the duct, the entire length of the duct can be used as the characteristic length.

Als charakteristische Abmessung des Strömungsquerschnitts kann dabei, bei kreisförmigen Strömungsquerschnitten der Durchmesser, bei quadratischen Strömungsquerschnitten eine Kantenlänge, bei rechteckigen Strömungsquerschnitten ein arithmetischer Mittelwert aus langer und kurzer Kantenlänge, bei elliptischen Strömungsquerschnitten ein arithmetischer Mittelwert aus langer und kurzer Achse usw. herangezogen werden. Sofern sich der Strömungsquerschnitt über die Länge der Strömungsquerschnittsverengung ändert, sollte der kleinste in der Strömungsquerschnittsverengung auftretende Strömungsquerschnitt herangezogen werden.As a characteristic dimension of the flow cross-section, the diameter can be used for circular flow cross-sections, an edge length for square flow cross-sections, an arithmetic mean of long and short edge lengths for rectangular flow cross-sections, and an arithmetic mean of long and short axes, etc. for elliptical flow cross-sections. If the flow cross section changes over the length of the flow cross section constriction, the smallest flow cross section occurring in the flow cross section constriction should be used.

Die Verwendung charakteristischer Abmessungen ist in der Strömungsmechanik ausreichend bekannt.The use of characteristic dimensions is well known in fluid mechanics.

Vorzugsweise wird das Verhältnis des Strömungswiderstands (R₁) der Pipettieröffnung und des Strömungswiderstands (R₂) der Drosselstelle berechnet aus: $\frac{R_{1}}{R_{2}} = \frac{η_{Pof} \cdot l_{Pof} \cdot d_{Dst}^{4}}{η \cdot_{Dst} l_{Dst} \cdot d_{Pof}^{4}}$

wobei η_Pof die dynamische Viskosität einer die Pipettieröffnung durchströmenden Dosierflüssigkeit, η_Dst eine dynamische Viskosität eines die Drosselstelle durchströmenden Arbeitsfluids, I_Pof eine charakteristische Länge der Pipettieröffnung, I_Dst eine charakteristische Länge der Drosselstelle, d_Pof eine charakteristische Abmessung des Strömungsquerschnitts der Pipettieröffnung und dost eine charakteristische Abmessung des Strömungsquerschnitts der Drosselstelle ist.The ratio of the flow resistance (R ₁ ) of the pipetting opening and the flow resistance (R ₂ ) of the throttle point is preferably calculated from:

\frac{R_{1}}{R_{2}} = \frac{η_{Pof} \cdot l_{Pof} \cdot d_{German}^{4}}{η \cdot_{German} l_{German} \cdot d_{Pof}^{4}}

where η _{Pof is} the dynamic viscosity of a metering liquid flowing through the pipetting opening, η _{Dst is} a dynamic viscosity of a working fluid flowing through the throttling point, I _{Pof is} a characteristic length of the pipetting _opening , I _{Dst is} a characteristic length of the throttling point, d _{Pof is} a characteristic dimension of the flow cross section of the pipetting _opening and dost is a characteristic dimension of the flow cross section of the throttle point.

Es betrifft die vorliegende Erfindung auch eine eingangs bereits erwähnte Waschkopf-Pipettiervorrichtung, welche dazu ausgebildet ist, Waschflüssigkeit als Dosierflüssigkeit in genauen Dosierungen abzugeben. Derartige Waschkopf-Pipettiervorrichtungen dienen in der Regel dazu, in Probenbehältern, etwa so genannte "Wells", aufgenommene Objekte durch Abgabe einer genau dosierten Menge an Waschflüssigkeit zu reinigen. Dabei ist zur Herbeiführung eines vorbestimmten Reinigungszustands die genaue Dosierung der Waschflüssigkeit von großer Wichtigkeit. Allgemein gilt, dass der Volumenstrom an Waschflüssigkeit so eingestellt wird, dass die Waschleistung möglichst groß, die Zeitdauer des Waschvorgangs jedoch möglichst kurz ist. Bei fehlerhafter Pipettierung von Waschflüssigkeit kann die Gefahr einer so genannten "Überwaschung" bestehen, welche dazu führen kann, dass am zu waschendem Objekt oder/und im Probenbehälter unerwünschterweise Elemente gelöst werden.The present invention also relates to a washing head pipetting device already mentioned at the outset, which is designed to dispense washing liquid as metering liquid in precise dosages. Such washing head pipetting devices are generally used to clean objects in sample containers, such as so-called "wells", by dispensing a precisely metered amount of washing liquid. The exact dosage of the washing liquid is of great importance in order to bring about a predetermined cleaning state. The general rule is that the volume flow of washing liquid is set so that the washing performance is as large as possible, but the duration of the washing process is as short as possible. In the event of incorrect pipetting of washing liquid, there can be a risk of a so-called “overwashing”, which can lead to undesired detachment of elements on the object to be washed and / or in the sample container.

Obwohl nicht ausgeschlossen sein soll, dass eine derartige Waschkopf-Pipettiervorrichtung die Waschflüssigkeit als Dosierflüssigkeit über die Pipettieröffnung in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum aspiriert, wird aus Gründen einfacherer Handhabung dem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum einer bevorzugten Waschkopf-Pipettiervorrichtung Waschflüssigkeit durch einen separaten Waschflüssigkeits-Zulauf zugeführt.Although it should not be excluded that such a washing head pipetting device aspirates the washing liquid as dosing liquid via the pipetting opening into the dosing liquid receiving space, washing liquid is supplied to the dosing liquid receiving space of a preferred washing head pipetting device through a separate washing liquid feed for reasons of simpler handling.

Es kann die hier diskutierte Pipettiervorrichtung einen Waschflüssigkeits-Zulauf aufweisen, durch welchen der Dosierflüssigkeits Aufnahmeraum mit Waschflüssigkeit, wenigstens teilweise füllbar ist. Hierzu kann vorgesehen sein, dass der Waschflüssigkeits-Zulauf in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum mündet. Der Waschflüssigkeits-Zulauf ist in der Regel - abgesehen von der eben beschriebenen vorteilhaften Mündung - als gesondert von Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum ausgebildeter Kanal vorgesehen.The pipetting device discussed here can have a washing liquid inlet, through which the dosing liquid receiving space can be at least partially filled with washing liquid. For this purpose, it can be provided that the washing liquid inlet opens into the metering liquid receiving space. Aside from the advantageous mouth just described, the washing liquid inlet is generally provided as a channel formed separately from the metering liquid receiving space.

Zum Betrieb des Waschflüssigkeits-Zulaufs kann die Pipettiervorrichtung in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung eine Waschflüssigkeits-Pumpe aufweisen, mit welcher Waschflüssigkeit, längs des Waschflüssigkeits-Zulaufs in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum förderbar ist. Weiterhin kann zur Verhinderung eines unerwünschten Nachlaufens von Waschflüssigkeit aus dem Waschflüssigkeits-Zulauf in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum ein Ventil am Waschflüssigkeits-Zulauf, insbesondere in einem mündungsnahen Bereich, vorgesehen sein, welches durch eine Steuereinrichtung geöffnet und geschlossen werden kann. Mit dieser oder einer anderen Steuereinrichtung kann im Übrigen auch die Waschflüssigkeits-Pumpe betrieben werden.
Die oben erwähnte Waschflüssigkeits-Pumpe muss jedoch nicht vorgesehen sein, da die Waschflüssigkeit, von einem geodätisch über der Mündung des Waschflüssigkeits-Zulaufs in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum schwerkraftgetrieben gefördert werden kann. Dann ist allerdings das oben erwähnte Ventil unbedingt notwendig.In a further advantageous embodiment of the present invention, the pipetting device can have a washing liquid pump for operating the washing liquid supply, with which washing liquid can be conveyed along the washing liquid supply into the dosing liquid receiving space. Furthermore, in order to prevent undesired running-on of washing liquid from the washing liquid inlet into the metering liquid receiving space, a valve can be provided on the washing liquid inlet, in particular in a region near the mouth, which can be opened and closed by a control device. The washing liquid pump can also be operated with this or another control device.
The above-mentioned washing liquid pump does not have to be provided, however, since the washing liquid can be conveyed by gravity from a geodetically above the mouth of the washing liquid inlet into the metering liquid receiving space. Then the valve mentioned above is absolutely necessary.

Um die Wascheffizienz der Pipettiervorrichtung zu erhöhen,
kann diese eine Mehrzahl von Pipettierkanälen aufweisen, welche im Wesentlichen parallel zueinander vorgesehen sind, so dass eine der Mehrzahl von Pipettierkanälen entsprechende Mehrzahl von Objekten gleichzeitig einer Reinigung durch die Pipettiervorrichtung unterzogen werden kann.To increase the washing efficiency of the pipetting device,
This can have a plurality of pipetting channels, which are provided essentially parallel to one another, so that a plurality of objects corresponding to the plurality of pipetting channels can be subjected to cleaning by the pipetting device at the same time.

Gerade bei einer Mehrkanal-Pipettiervorrichtung ist die vorliegende Erfindung von großem Vorteil, da die Erfindung dafür sorgen kann, dass jeder Pipettierkanal im Wesentlichen die gleiche Menge an Dosierflüssigkeit mit hoher Genauigkeit abgeben kann, obwohl die einzelnen Pipettierkanäle, sei es durch Fertigungstoleranzen angekoppelter Pipettierspitzen, sei es durch unterschiedlich starke Ablagerungen an den Pipettieröffnungen, sei es eine Kombination dieser oder anderer Ursachen, unterschiedliche geometrische Formen aufweisen können, so dass ohne Anwendung der vorliegenden Erfindung die einzelnen Pipettierkanäle eines Mehrkanal-Pipettierkopfs bei gleichen Betriebsparametern der Pipettiervorrichtung unterschiedliche Pipettierergebnisse liefern würden.The present invention is particularly advantageous in the case of a multi-channel pipetting device, since the invention can ensure that each pipetting channel can dispense essentially the same amount of metering liquid with high accuracy, even though the individual pipetting channels, be it due to manufacturing tolerances of coupled pipetting tips, be it due to deposits of different thicknesses at the pipetting openings, or a combination of these or other causes, can have different geometric shapes, so that the individual pipetting channels of a multichannel pipetting head can be used without using the present invention the same operating parameters of the pipetting device would deliver different pipetting results.

Das Prinzip der Drosselung der Arbeitsfluidströmung zwischen Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum und Druckveränderungsvorrichtung kann somit nicht nur bei der Dispensation von Dosierflüssigkeiten, sondern auch bei deren Aspiration mit Erfolg angewendet werden. Auch hier kann es zu einer Unempfindlichkeit des Dosierverhaltens gegenüber Ablagerungen und sonstigen Strömungsquerschnittsveränderungen in der Pipettieröffnung kommen.The principle of throttling the working fluid flow between the metering liquid receiving space and the pressure change device can thus be successfully used not only in the dispensing of metering liquids, but also in their aspiration. Here, too, the dosing behavior may become insensitive to deposits and other changes in the flow cross section in the pipetting opening.

Deshalb betrifft die vorliegende Erfindung solche Pipettiervorrichtungen, welche außer zur Dispensation auch zur
Aspiration von Dosierflüssigkeit, in diesem Falle durch Verringerung des Drucks des Arbeitsfluids im Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum, ausgebildet sind. Bei der Aspiration von Dosierflüssigkeit ist diese in Abhängigkeit vom Druck des Arbeitsfluids durch die Pipettieröffnung in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum hinein aspirierbar.The present invention therefore relates to pipetting devices which, in addition to dispensing, are also used for
Aspiration of dosing liquid, in this case by reducing the pressure of the working fluid in the dosing liquid receiving space, are formed. When dosing liquid is aspirated, it can be aspirated into the dosing liquid receiving space depending on the pressure of the working fluid through the pipetting opening.

Im Falle von Dosiervorgängen, also der Aspiration und der Dispensation von Dosierflüssigkeit, sind bei den Pipettiervorrichtungen im Stand derTechnik bei baugleichen Pipettiervorrichtungen und im Wesentlichen identischen Betriebsparametern, Unterschiede im Dosierverhalten für unterschiedliche Dosierflüssigkeiten, insbesondere für unterschiedlich viskose Dosierflüssigkeiten feststellbar.In the case of dosing processes, i.e. the aspiration and dispensing of dosing liquid, differences in the dosing behavior for different dosing liquids, in particular for differently viscous dosing liquids, can be determined in the pipetting devices in the prior art with identical pipetting devices and essentially identical operating parameters.

Es hat sich dabei herausgestellt, dass die vorliegend empfohlene Drosselstelle im Pipettierkanal fluidmechanisch zwischen der Druckveränderungsvorrichtung und dem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum in gewissen Grenzen auch zur Vergleichmäßigung des Dosierverhaltens über unterschiedlich viskose Dosierflüssigkeiten hinweg geeignet ist. Mit anderen Worten: Bei im Wesentlichen baugleichen Pipettiervorrichtungen und im Wesentlichen gleichen Betriebsparametern ist das Dosierverhalten dieser Pipettiervorrichtungen in gewissen Grenzen unabhängig von der Viskosität der Dosierflüssigkeit.It has been found that the throttle point in the pipetting channel that is recommended in the present case is fluid-mechanically suitable between the pressure changing device and the metering liquid receiving space within certain limits for evening out the metering behavior across differently viscous metering liquids. In other words: with essentially identical pipetting devices and essentially the same operating parameters, the dosing behavior of these pipetting devices is within certain limits independent of the viscosity of the dosing liquid.

Hierzu bedarf es allerdings, verglichen mit dem vorherigen Fall eines im Wesentlichen von Veränderungen des Pipettieröffnungs-Strömungsquerschnitts unabhängigen Dosierverhalten, einer deutlichen Reduzierung des Strömungsquerschnitts der Drosselstelle.However, compared to the previous case of a metering behavior that is essentially independent of changes in the pipette opening flow cross section, this requires a significant reduction in the flow cross section of the throttle point.

Versuche haben gezeigt, dass das Dosierverhalten im Wesentlichen gleicher Pipettiervorrichtungen bei im Wesentlichen gleichen Betriebsparametern dann im Wesentlichen unabhängig von der Viskosität der Dosierflüssigkeit ist, wenn das Verhältnis des Strömungswiderstands (R₁) der Pipettieröffnung für dispensierte Dosierflüssigkeit zu dem Strömungswiderstand (R₂) der Drosselstelle für diese bei der Dispensation des Dosierfluids durch-strömendes Arbeitsfluid kleiner als 0,001, vorzugsweise kleiner als 0,00075, besonders bevorzugt kleiner als 0,0005 ist.Tests have shown that the metering behavior of essentially the same pipetting devices with essentially the same operating parameters is essentially independent of the viscosity of the metering liquid if the ratio of the flow resistance (R ₁ ) of the pipetting opening for dispensed metering liquid to the flow resistance (R ₂ ) of the throttle point for this working fluid flowing through during the dispensing of the metering fluid is less than 0.001, preferably less than 0.00075, particularly preferably less than 0.0005.

Wiederum gilt die Unabhängigkeit des Dosierverhaltens von der Viskosität sowohl für das Dispensations- wie auch das Aspirationsverhalten. Es wird lediglich die Dispensation als Bezugsvorgang herangezogen.Again, the independence of the dosing behavior from the viscosity applies to both the dispensing and the aspiration behavior. Only the dispensation is used as a reference process.

Versuche haben gezeigt, dass die oben genannten Obergrenzen des Verhältnisses der Strömungswiderstände dann ein von der Viskosität der Dosierflüssigkeit im Wesentlichen unabhängiges Dosierverhalten bewirken, wenn die dynamische Viskosität der Dosierflüssigkeit den Wert von 0,004 Nsm-2, vorzugsweise von 0,0035 Nsm-2, besonders bevorzugt von 0,0031 Nsm-2 nicht übersteigt.Experiments have shown that the above-mentioned upper limits of the ratio of the flow resistances bring about a dosing behavior which is essentially independent of the viscosity of the dosing liquid, if the dynamic viscosity of the dosing liquid particularly reaches the value of 0.004 Nsm-2, preferably 0.0035 Nsm-2 preferably does not exceed 0.0031 Nsm-2.

Dabei können Arbeitsfluide mit Erfolg verwendet werden, deren dynamische Viskosität den Wert von 0,00003 Nsm-2, vorzugsweise von 0,00002 Nsm -2, besonders bevorzugt von 0,0000175 Nsm-2 nicht übersteigt. Dabei ist wiederum die dynamische Viskosität gemeint.Working fluids whose dynamic viscosity does not exceed 0.00003 Nsm-2, preferably 0.00002 Nsm -2, particularly preferably 0.0000175 Nsm-2, can be used successfully. Here again the dynamic viscosity is meant.

Weiter kann daran gedacht sein, die Drosselstelle mit einem wahlweise veränderbaren Strömungsquerschnitt auszurüsten, etwa durch Veränderung der Spaltweite eines Ringspalts oder mit einem Mechanismus, ähnlich jenem, wie er zur Verstellung der Blende an mechanischen Fotoapparaten verwendet wird. Damit kann der Strömungsquerschnitt der Drosselstelle an das jeweils verwendete Arbeitsfluid oder/und die jeweils zu dosierende Dosierflüssigkeit angepasst werden.It can also be considered to equip the throttle point with an optionally adjustable flow cross-section, for example by changing the gap width of an annular gap or with a mechanism similar to that used to adjust the orifice on mechanical cameras. The flow cross section of the throttle point can thus be adapted to the working fluid used in each case and / or the metering liquid to be metered in each case.

Zur besseren Steuerbarkeit, insbesondere Feinsteuerbarkeit eines Aspirations- oder/und Dispensationsvorgangs kann weiter daran gedacht sein, dass der Pipettierkanal ein zwischen einer Sperrstellung, in welcher eine Arbeitsfluidströmung im Pipettierkanal unterbunden ist, und einer Offenstellung, in welcher eine Arbeitsfluidströmung im Pipettierkanal gestattet ist, verstellbares Ventil aufweist. Dabei kann das Ventil zunächst geschlossen gehalten werden, bis in einem zumindest nahe der Druckveränderungsvorrichtung gelegenen Bereich das Arbeitsfluid auf einen gewünschten Druck gebracht wurde. Insbesondere kann die Drosselstelle bis zu einem Querschnitt von Null veränderbar sein, so dass das hier beschriebene Ventil unter Verwendung einer vorteilhaft geringen Anzahl an Bauteilen durch die oben beschriebene Drosselstelle mit veränderbarem Strömungsquerschnitt realisiert sein kann.For better controllability, in particular fine controllability of an aspiration or / and dispensing process, it can further be considered that the pipetting channel is between a blocking position in which a working fluid flow in the pipetting channel is prevented, and an open position, in which a working fluid flow in the pipetting channel is permitted, has an adjustable valve. The valve can initially be kept closed until the working fluid has been brought to a desired pressure in an area located at least near the pressure changing device. In particular, the throttle point can be changed up to a cross-section of zero, so that the valve described here can be implemented using an advantageously small number of components by means of the throttle point described above with a variable flow cross-section.

Weiter kann in an sich bekannter Weise durch intermittierendes Öffnen und Schließen des Ventils eine Flüssigkeitsmenge hochgenau dosiert werden.Furthermore, a quantity of liquid can be metered with high precision in a manner known per se by intermittently opening and closing the valve.

Da die Wirkung der vorliegend diskutierten Erfindung, wie eingangs dargelegt wurde, darin liegt, dass sich eine von der Druckveränderungsvorrichtung ausgehende Druckveränderung nicht schlagartig in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum ausbreiten kann, ist es vorteilhaft, wenn auch das Ventil an der Drosselstelle oder fluidmechanisch zwischen der Druckveränderungsvorrichtung und der Drosselstelle vorgesehen ist.Since the effect of the presently discussed invention, as explained at the outset, is that a pressure change originating from the pressure change device cannot suddenly spread into the metering liquid receiving space, it is advantageous if the valve at the throttle point or fluid-mechanically between the pressure change device and the throttle point is provided.

Gemäß einer konstruktiv möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann als die Druckveränderungsvorrichtung wenigstens ein unter einem Systemdruck stehendes Reservoir an Arbeitsfluid vorgesehen sein. Genauer kann zur Durchführung sowohl von Aspirations- wie auch von Dispensationsvorgängen an ein und demselben Pipettierkanal vorgesehen sein, dass ein unter einem ersten Systemdruck stehendes Dispensations-Reservoir und ein unter einem zweiten Systemdruck stehendes Aspirations-Reservoir vorgesehen sind, welche wahlweise druckübertragend mit dem Pipettierkanal verbindbar und von diesem trennbar sind, wobei der erste Systemdruck größer ist als ein Umgebungsdruck der Pipettiervorrichtung und der zweite Systemdruck kleiner ist als der Umgebungsdruck.According to a structurally possible embodiment of the present invention, at least one reservoir of working fluid under a system pressure can be provided as the pressure changing device. More precisely, in order to carry out both aspiration and dispensing processes on one and the same pipetting channel, a dispensing reservoir under a first system pressure and an aspiration reservoir under a second system pressure can be provided, which can optionally be connected to the pipetting channel in a pressure-transmitting manner and are separable therefrom, the first system pressure being greater than an ambient pressure of the pipetting device and the second system pressure being less than the ambient pressure.

Im Hinblick auf die Strömungsvorgänge des Arbeitsfluids durch die Drosselstelle hindurch ist es bei Aspirations- und Dispensationsvorgängen vorteilhaft, wenn der Systemdruck zumindest für Dispensationsvorgänge gegenüber dem Umgebungsdruck des Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraums einen Überdruck von 1,5 bar, vorzugsweise von 1,2 bar, besonders bevorzugt von 1,0 bar, nicht übersteigt. Bei höheren Druckunterschieden zwischen dem Systemdruck und dem Umgebungsdruck kann es zu stark turbulenten Strömungen des Arbeitsfluids durch die Drosselstelle kommen, was die Wirkung der vorliegenden Erfindung unter Umständen beeinträchtigen kann.With regard to the flow processes of the working fluid through the throttle point, it is advantageous in the case of aspiration and dispensing processes if the system pressure, at least for dispensing processes, is particularly preferably overpressure of 1.5 bar, preferably 1.2 bar, compared to the ambient pressure of the metering liquid receiving space of 1.0 bar, does not exceed. With higher pressure differences between the system pressure and the ambient pressure, there can be highly turbulent flows of the working fluid through the throttle point, which under certain circumstances can impair the effect of the present invention.

Grundsätzlich kann jedoch auch daran gedacht sein, dass die Druckveränderungsvorrichtung eine diskontinuierlich oder kontinuierlich arbeitende Pumpe aufweist, gegebenenfalls im Zusammenspiel mit einer Ventilanordnung, die im Förderweg der Pumpe angeordnet und wahlweise geöffnet und geschlossen werden kann. Im Hinblick auf eine stets gewünschte Automatisierung von Dosierungsvorgängen ist es vorteilhaft, wenn die Pumpe motorisch angetrieben ist.In principle, however, it can also be envisaged that the pressure change device has a discontinuously or continuously operating pump, possibly in combination with a valve arrangement, which can be arranged in the delivery path of the pump and optionally opened and closed. In view of the always desired automation of dosing processes, it is advantageous if the pump is driven by a motor.

Ebenso kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Pipettiervorrichtung daran gedacht sein, dass die Druckveränderungsvorrichtung eine Kolben-Zylinder-Vorrichtung mit einem sich längs einer Zylinderachse erstreckenden Zylinder und mit einem darin längs der Zylinderachse beweglich aufgenommenen Kolben aufweist, wobei Zylinder und Kolben wenigstens ein Arbeitsvolumen begrenzen, welches durch eine Relativbewegung des Kolbens relativ zum Zylinder veränderlich ist und welches mit dem Pipettierkanal in Fluidübertragungsverbindung steht oder bringbar ist. Die Kolben-ZylinderAnordnung stellt die gebräuchlichste Ausgestaltung der Druckveränderungsvorrichtung in Pipettiervorrichtungen dar. Sie bietet überdies die Möglichkeit einer sehr genauen Drucksteuerung durch die Verwendung kleiner Kolbenflächen und im Verhältnis dazu langer Kolbenhübe.
Gerade mit der zuvor genannten Kolben-Zylinder-Vorrichtung als der Druckveränderungsvorrichtung kann die Pipettiervorrichtung auch eine bestimmungsgemäß manuell betätigbare Pipettiervorrichtung sein, wobei dann insbesondere der Kolben durch manuelle Betätigung relativ zum Zylinder bewegbar ist. Diese Betätigung kann unmittelbar, also durch Herausziehen oder Eindrücken des Kolbens mit der Hand, oder kann mittelbar, etwa durch Spannen einer Feder, welche nach einem Auslösen eine Relativbewegung zwischen Kolben und Zylinder antreibt, erfolgen. Bevorzugt weist die manuell betätigbare Pipettiervorrichtung zur möglichst genauen Dosierung nur genau einen Pipettierkanal auf.Likewise, according to a further advantageous embodiment of the pipetting device, it can be considered that the pressure changing device has a piston-cylinder device with a cylinder extending along a cylinder axis and with a piston movably received therein along the cylinder axis, the cylinder and piston limiting at least one working volume which can be changed by a relative movement of the piston relative to the cylinder and which is or can be brought into fluid transmission connection with the pipetting channel. The piston-cylinder arrangement represents the most common configuration of the pressure changing device in pipetting devices. It also offers the possibility of very precise pressure control through the use of small piston areas and long piston strokes in relation to it.
Especially with the aforementioned piston-cylinder device as the pressure change device, the pipetting device can also be a pipetting device which can be operated manually as intended, in which case the piston can be moved relative to the cylinder by manual operation. This actuation can take place directly, that is to say by pulling out or pushing in the piston by hand, or indirectly, for example by tensioning a spring which drives a relative movement between the piston and cylinder after triggering. The manually operable pipetting device preferably has only exactly one pipetting channel for the most accurate dosing possible.

Mit "bestimmungsgemäß manuell betätigbar" sollen solche Fälle nicht erfasst sein, welche grundsätzlich motorisch oder sonst wie automatisiert betätigt sind und nur für den Ausfall einer Energieversorgung durch eine manuelle Notbetätigung weiter betrieben werden können."Manually operated according to the intended purpose" is not intended to cover those cases which are fundamentally operated by motor or otherwise in an automated manner and can only continue to be operated by manual emergency operation in the event of a power supply failure.

Gerade für eine Dosierung durch Aspiration und Dispensation ist es zur Erfüllung höchster Ansprüche an Hygiene vorteilhaft, wenn der Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum und die Pipettieröffnung an einer von dem die Drosselstelle aufweisenden Pipettierkanal gesondert ausgebildeten, wahlweise mit diesem verbindbaren oder/und von diesem trennbaren Pipettierspitze ausgebildet sind. Dagegen sind für die zuvor genannte Waschkopf-Pipettiervorrichtung starr mit der Pipettiervorrichtung vorgesehene Auslässe, so genannte "Waschrohre", bevorzugt.Especially for dosing by aspiration and dispensation, it is advantageous to meet the highest hygiene requirements if the dosing liquid receiving space and the pipetting opening are formed on a pipetting tip that is separate from the pipetting channel that has the throttling point and that can optionally be connected to and / or separated from it . In contrast, are for the aforementioned washing head pipetting device Outlets provided rigidly with the pipetting device, so-called “washing pipes”, are preferred.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert werden, welche einen grobschematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Ausführungsform einer Pipettiervorrichtung zeigt.The present invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, which shows a rough schematic longitudinal section through an embodiment of a pipetting device according to the invention.

In Figur 1 ist eine grobschematisch dargestellte erfindungsgemäße Ausführungsform einer Pipettiervorrichtung allgemein mit 10 bezeichnet. Die Pipettiervorrichtung 10 umfasst einen Pipettierkanal 12, an welchem in an sich bekannter Weise eine Pipettierspitze 14 lösbar angekoppelt ist.In Figure 1 is a roughly illustrated embodiment of a pipetting device according to the invention, generally designated 10. The pipetting device 10 comprises a pipetting channel 12, to which a pipetting tip 14 is detachably coupled in a manner known per se.

Der Pipettierkanal 12 weist einen Zylinderabschnitt 16 auf, in welchem ein Kolben 18 längs einer mit der Zylinderachse Z zusammenfallenden Längsachse L der Pipettiervorrichtung 10 über eine Kolbenstange 20 durch einen Motor 22 relativ zum Zylinderabschnitt 16 verstellbar ist.The pipetting channel 12 has a cylinder section 16 in which a piston 18 can be adjusted relative to the cylinder section 16 along a longitudinal axis L of the pipetting device 10 coinciding with the cylinder axis Z via a piston rod 20.

Der Motor 22 wird durch eine Steuer/Regeleinheit 24 angesteuert, beispielsweise in Abhängigkeit vom Erfassungsignal eines Drucksensors 26, welcher den Druck eines Arbeitsfluids, etwa Luft, in einer durch die Bewegung des Kolbens 18 volumenveränderlichen Arbeitskammer 28 erfasst.The motor 22 is controlled by a control unit 24, for example in dependence on the detection signal of a pressure sensor 26, which detects the pressure of a working fluid, such as air, in a working chamber 28 that changes in volume due to the movement of the piston 18.

Die Pipettierspitze 14, welche durch einen längs der Längsachse L der Pipettiervorrichtung 10 relativ zum Zylinderabschnitt 16 beweglichen Abwerfer 30 in an sich bekannter Weise vom Pipettierkanal 12 lösbar ist, weist einen zur Kopplung mit dem Pipettierkanal 12 ausgebildeten Kopplungsbereich 32, einen in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel konisch 15 verlaufenden Wandbereich 34 und eine Pipettieröffnung 36 auf, durch welche hindurch eine Dosierflüssigkeit in Abhängigkeit vom Druck eines Arbeitsfluids, mit dem ein vom Wandbereich 34 und gegebenenfalls auch noch vom Kopplungsbereich 32 umgebener Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum 38 wenigstens teilweise gefüllt ist, in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum aspirierbar und aus diesem dispensierbar ist. Die Baugruppe aus Zylinder 16 und Kolben 18 bildet eine Druckveränderungsvorrichtung 40 zur Veränderung des Drucks von Arbeitsfluid im Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum 38.The pipette tip 14, which can be detached from the pipette channel 12 in a manner known per se by a ejector 30 which can be moved along the longitudinal axis L of the pipette device 10 relative to the cylinder section 16, has a coupling area 32 designed for coupling to the pipette channel 12, one in the in Figure 1 Example shown conical 15 extending wall area 34 and a pipetting opening 36, through which a dosing liquid depending on the pressure of a working fluid with which a dosing liquid receiving space 38 surrounded by the wall area 34 and possibly also by the coupling area 32 is at least partially filled into the Dosing liquid receiving space can be aspirated and dispensed therefrom. The assembly of cylinder 16 and piston 18 forms a pressure change device 40 for changing the pressure of working fluid in the metering liquid receiving space 38.

Erfindungsgemäß ist zwischen der Druckveränderungsvorrichtung 40 und dem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum 38 eine Drosselstelle 42 vorgesehen, welche einen Strömungswiderstand R₂ für Arbeitsfluid aufweist, welcher sich vorzugsweise berechnet aus $R_{2} = \frac{128 \cdot η_{Dst} \cdot l_{Dst}}{π \cdot d_{Dst}^{4}}$

wobei η_Dst die dynamische Viskosität des Arbeitsfluids ist, IDst eine charakteristische Länge der Drosselstelle 42 in Strömungsrichtung des Arbeitsfluids bei der Dispensation von Dosierflüssigkeit ist und wobei d_Dst eine charakteristische Abmessung des Strömungsquerschnitts der Drosselstelle 42 ist, in dem in Figur 1 gezeigten Beispiel der Durchmesser der Drosselstelle 42 ist. In dem in Figur 1 gezeigten Beispiel ist die Drosselstelle 42 im Wesentlichen durch einen zylindrischen Kanal gebildet, so dass die Länge des Kanals die charakteristische Länge IDst der Drosselstelle 42 ist.According to the invention, a throttle point 42 is provided between the pressure changing device 40 and the metering liquid receiving space 38, which has a flow resistance R ₂ for working fluid, which is preferably calculated from

R_{2} = \frac{128 \cdot η_{German} \cdot l_{German}}{π \cdot d_{German}^{4}}

where η _{Dst is} the dynamic viscosity of the working fluid, IDst is a characteristic length of the throttle point 42 in the direction of flow of the working fluid in the dispensing of metering liquid and where d _{Dst is} a characteristic dimension of the flow cross section of the throttle point 42, in which in Figure 1 Example shown is the diameter of the throttle point 42. In the in Figure 1 In the example shown, the throttle point 42 is essentially formed by a cylindrical channel, so that the length of the channel is the characteristic length IDst of the throttle point 42.

Die Drosselstelle 42 kann darüber hinaus ein Ventil 44 aufweisen, mit welchem die Drosselstelle 42 vollständig abschließbar ist, um eine Druckausbreitung des Arbeitsfluiddrucks vom Arbeitsraum 28 in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum 38 zu unterbrechen.The throttle point 42 can also have a valve 44, with which the throttle point 42 can be completely closed, in order to interrupt a pressure spread of the working fluid pressure from the working space 28 into the metering liquid receiving space 38.

Das Ventil 44 ist vorzugsweise ebenfalls durch die Steuer/Regeleinrichtung 24 betätigbar. Die Pipettieröffnung 36 weist dagegen beim Dispensieren einen Strömungswiderstand R₁ auf, welcher sich vorzugsweise ergibt aus $R_{1} = \frac{128 \cdot η_{Pof} \cdot l_{Pof}}{π \cdot d_{Pof}^{4}}$

wobei η_Pof die dynamische Viskosität des die Pipettieröffnung 36 durchströmenden Mediums, also der Dosierflüssigkeit, ist, I_pof eine charakteristische Länge eines zur Pipettieröffnung 36 führenden Auslassendes der Pipettierspitze 14 ist, und d_Pof eine charakteristische Abmessung des Strömungsquerschnitts der Pipettieröffnung 36, im vorliegenden Regelfall einer kreisförmigen Pipettieröffnung 36 ist.The valve 44 is preferably also operable by the control device 24. The pipetting opening 36, on the other hand, has a flow resistance R ₁ during dispensing, which preferably results from

R_{1} = \frac{128 \cdot η_{Pof} \cdot l_{Pof}}{π \cdot d_{Pof}^{4}}

where η _{Pof is} the dynamic viscosity of the medium flowing through the pipetting _opening 36, i.e. the dosing liquid, I _{pof is} a characteristic length of an outlet end of the pipetting _tip 14 leading to the pipetting _opening 36, and d _{Pof is} a characteristic dimension of the flow cross section of the pipetting _opening 36, in the present case as a rule a circular pipetting opening 36.

Bei dem in Figur 1 gezeigten Beispiel einer sich konisch oder sonst wie zur Pipettieröffnung 36 hin verjüngenden Pipettierspitze 14 kann folgende Konvention zur Bestimmung der charakteristischen Länge gelten:
Die charakteristische Länge I ist jene Länge, die das Austrittsende der Pipettierspitze14 ausgehend von der Pipettieröffnung 36 bis zu jener Stelle aufweist, an welcher der Strömungsquerschnitt der Pipettierspitze 14 den doppelten Flächenbetrag aufweist wie die Pipettieröffnung 36. Da der Strömungsquerschnitt bei kreisförmiger Gestalt proportional zum Quadrat des Radius bzw. des Durchmessers ist, kann als charakteristische Länge eines sich konisch oder sonst wie zur jeweiligen Strömungsquerschnittsverengung mit engstem Strömungsquerschnitt hin verjüngenden Austrittsbereichs jene Länge angenommen werden, die zwischen der jeweiligen Strömungsquerschnittsverengung und einem Strömungsquerschnitt besteht, dessen Durchmesser das $\sqrt 2$

-fache des Durchmessers der Strömungsquerschnittsverengung beträgt.At the in Figure 1 The example shown here of a pipette tip 14 tapering conically or otherwise tapering towards the pipetting opening 36 can apply the following convention for determining the characteristic length:
The characteristic length I is the length which the outlet end of the pipette tip 14 has from the pipette opening 36 to the point at which the flow cross section of the pipette tip 14 has twice the area as the pipette opening 36. Since the flow cross section in a circular shape is proportional to the square of the Radius or the diameter can be a characteristic length of a tapered or otherwise as to the respective flow cross-section constriction with the narrowest flow cross-section tapering outlet area, the length is assumed to exist between the respective flow cross-section constriction and a flow cross-section, the diameter of which

\sqrt 2

times the diameter of the flow cross-section constriction.

Es hat sich nämlich herausgestellt, dass mit größer werdenden Strömungsquerschnitten in der Pipettierspitze 14 oder auch in der Drosselstelle 42 jene Bereiche mit deutlich größerem Strömungsquerschnitt als der engste Strömungsquerschnitt kaum zum Strömungswiderstand derjeweiligen Austrittsöffnung beitragen. Mit anderen Worten: Jene Bereiche der Pipettierspitze 14 oder der Drosselstelle 42, welche eine Strömungsquerschnittsfläche aufweisen, die mehr als doppelt so groß wie die Strömungsquerschnittsfläche des engsten Querschnitts ist, tragen nur noch in untergeordneten Größenordnungen zum jeweiligen Strömungswiderstand der betreffenden Strömungsquerschnittsverengung bei. Sie können daher vernachlässigt werden.It has been found that with increasing flow cross sections in the pipette tip 14 or also in the throttle point 42, those areas with a significantly larger flow cross section than the narrowest flow cross section hardly contribute to the flow resistance of the respective outlet opening. In other words, those areas of the pipette tip 14 or the throttle point 42 which have a flow cross-sectional area that is more than twice as large as the flow cross-sectional area of the narrowest cross-section only contribute in minor orders of magnitude to the respective flow resistance of the flow cross-section constriction in question. They can therefore be neglected.

Dann, wenn das Verhältnis der beiden Strömungswiderstände an der Drosselstelle 42 und der Pipettieröffnung 36 unter Berücksichtigung der die jeweiligen Strömungsquerschnittsverengungen durchströmenden Medien anhand von deren dynamischer Viskosität ein Verhältnis von 0,5, vorzugsweise 0,3, besonders bevorzugt 0,225, nicht übersteigt, ist das Dispensationsverhalten der Pipettierspitze 14, welche auch starr mit dem Pipettierkanal 12 verbunden sein kann, weitgehend unabhängig von Veränderungen des Strömungsquerschnitts etwa durch Ablagerungen von getrockneter oder/und auskristallisierter Dosierflüssigkeit.If the ratio of the two flow resistances at the throttling point 42 and the pipetting opening 36, taking into account the media flowing through the respective flow cross-sectional constrictions based on their dynamic viscosity, does not exceed a ratio of 0.5, preferably 0.3, particularly preferably 0.225, this is Dispensing behavior of the pipette tip 14, which can also be rigidly connected to the pipette channel 12, largely independently of changes in the flow cross section, for example due to deposits of dried or / and crystallized metering liquid.

Selbstverständlich ändert sich das Dosierverhalten mit zunehmender Verengung der Pipettieröffnung 36 ab Unterschreiten eines kritischen Verengungsgrads auch trotz des Vorsehens der Drosselstelle 42 im Pipettierkanal 12 fluidmechanisch zwischen der Druckveränderungsvorrichtung 40 und dem Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum 38. Jedoch kann die Grenze, ab welcher sich Einflüsse derartiger Ablagerungen an der Pipettieröffnung 36 oder in einem der Pipettieröffnung 36 nahen Bereich beim Dispensieren bemerkbar machen, weiter in Richtung einer Querschnittsverkleinerung der Pipettieröffnung 36 hinausgeschoben werden.Of course, the metering behavior changes with increasing narrowing of the pipetting opening 36 from falling below a critical narrowing degree, even in spite of the provision of the throttle point 42 in the pipetting channel 12, between the pressure changing device 40 and the metering liquid receiving space 38. However, the limit beyond which influences of such deposits can occur of the pipetting opening 36 or in a region close to the pipetting opening 36 during dispensing, are pushed out further in the direction of a cross-sectional reduction of the pipetting opening 36.

Entsprechendes gilt für die Aspiration von Dosierflüssigkeit.The same applies to the aspiration of dosing liquid.

Dann, wenn das Verhältnis der Strömungsquerschnitte R₂ zu R₁ kleiner als 0,001, vorzugsweise kleiner als 0,00075 und besonders bevorzugt kleiner als 0,0005, ist, kann das Aspirations- und Dispensationsverhalten der Pipettiervorrichtung sogar in gewissen Grenzen unabhängig von der Viskosität der verwendeten Dosierflüssigkeit gemacht werden, so dass mit ein und derselben Pipettiervorrichtung 10 und ein und denselben Betriebsparametern unterschiedlich viskose Dosierflüssigkeiten gleich dosiert werden können. Dies vereinfacht den Betrieb von Pipettiervorrichtungen erheblich.If the ratio of the flow cross sections R ₂ to R _{1 is} less than 0.001, preferably less than 0.00075 and particularly preferably less than 0.0005, the aspiration and dispensing behavior of the pipetting device can even be within certain limits independent of the viscosity of the Dosing liquid used are made so that different viscous dosing liquids can be dosed the same with one and the same pipetting device 10 and one and the same operating parameters. This considerably simplifies the operation of pipetting devices.

Versuche haben gezeigt, dass Dosierflüssigkeiten mit einer dynamischen Viskosität von bis zu 0,004 Nsm^-2, vorzugsweise von 0,0035 Nsm^-2 und besonders bevorzugt von 0,0031 Nsm^-2 durch eine erfindungsgemäße Pipettiervorrichtung ohne Änderung der Betriebsparameter dosierbar sind.Tests have shown that metering liquids with a dynamic viscosity of up to 0.004 Nsm ^-2 , preferably 0.0035 Nsm ^-2 and particularly preferably 0.0031 Nsm ^-2 can be metered by a pipetting device according to the invention without changing the operating parameters.

Mit der vorliegenden Erfindung können daher Dosieraufgaben von Pipettiervorrichtungen deutlich vereinfacht werden.Dosing tasks of pipetting devices can therefore be significantly simplified with the present invention.

Die vorliegende Erfindung ist auch für Dosieraufgaben anwendbar,
welche eine Pipettiervorrichtung 10 als so genannte "Waschkopf-Pipettiervorrichtung" zu erfüllen hat, wenn dieser Waschflüssigkeit z.B. als Dosierflüssigkeit in genauen Dosen aufgenommen und ausgeben soll.The present invention is also applicable for dosing tasks
which a pipetting device 10 has to fulfill as a so-called "washing head pipetting device" if this washing liquid is to be taken up and dispensed in precise doses, for example as a metering liquid.

Solche -Pipettiervorrichtungen können dazu benutzt werden, Objekte 37 in Probebehältern 39 oder Probebehälter 39 allein, die sich in der Regel unter der Pipettieröffnung 36 befinden, durch Ausgeben einer abgemessenen Menge an Waschflüssigkeit als Dosierflüssigkeit definiert zu reinigen.Such pipetting devices can be used to clean objects 37 in sample containers 39 or sample containers 39 alone, which are usually located under the pipetting opening 36, by dispensing a measured amount of washing liquid as the metering liquid.

Eine Pipettiervorrichtung 10 kann anderseits auch einen Waschflüssigkeits-Zulauf 50 aufweisen, welcher von einem Waschflüssigkeits-Vorrat 52 ausgehend bei einer Mündungsöffnung 54 in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum 38 münden kann.On the other hand, a pipetting device 10 can also have a washing liquid inlet 50, which, starting from a washing liquid supply 52, can open into the metering liquid receiving space 38 at an opening 54.

In diesem Falle ist der Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum vorteilhaft durch den Waschflüssigkeits--Zulauf 50 mit Waschflüssigkeit füllbar, so dass die Waschflüssigkeit in diesem Falle nicht durch die Pipettieröffnung 36 aspiriert zu werden braucht.In this case, the dosing liquid receiving space can advantageously be filled with washing liquid through the washing liquid inlet 50, so that the washing liquid need not be aspirated through the pipetting opening 36 in this case.

Die Waschflüssigkeit im Waschflüssigkeits-Vorrat 52 kann durch eine Pumpe 56, welche ebenfalls durch die Steuer-/Regeleinrichtung 24 ansteuerbar sein kann, über den Waschflüssigkeits-Zulauf 50 in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum 38 förderbar sein. Um die durch den Waschflüssigkeits-Zulauf 50 geförderte Fördermenge noch genauer einstellen zu können, kann überdies am Waschflüssigkeits-Zulauf 50 ein Ventil 58 vorgesehen sein, welches durch die Steuer-/Regelvorrichtung 24 geöffnet und geschlossen werden kann.The washing liquid in the washing liquid supply 52 can be conveyed into the metering liquid receiving space 38 by a pump 56, which can also be controlled by the control / regulating device 24, via the washing liquid inlet 50. Around In order to be able to adjust the delivery rate conveyed by the washing liquid inlet 50 even more precisely, a valve 58 can also be provided on the washing liquid inlet 50, which valve 58 can be opened and closed by the control device 24.

So kann beispielsweise durch ein geeignetes Programm in der Steuer-/Regeleinrichtung zunächst bei geschlossenem Ventil 58 durch Betrieb der Pumpe 56 ein vorbestimmter Druck im Waschflüssigkeits--Zulauf 50 aufgebaut werden, woraufhin das Ventil 58 für eine vorbestimmte Zeit geöffnet und dann wieder geschlossen wird.For example, by means of a suitable program in the control device, a predetermined pressure can be built up in the washing liquid inlet 50 when the valve 58 is closed by operating the pump 56, whereupon the valve 58 is opened for a predetermined time and then closed again.

Um ein Nachlaufen von Waschflüssigkeit aus dem Waschflüssigkeits--Zulauf 50 in den Dosierflüssigkeits-Aufnahmeraum 38 zu verhindern oder möglichst gering zu halten, ist das Ventil 58 vorzugsweise an der Mündung 54 oder im Verhältnis zur Gesamtlänge des Waschflüssigkeits--Zulaufs nahe bei der Mündung 54 angeordnet. Die Entfernung des Ventils 58 von der Mündung 54 sollte vorzugsweise 5 % der Gesamtlänge des Waschflüssigkeits-Zulaufs 58 nicht überschreiten.
Die Pipettiervorrichtung 10, kann über den dargestellten Pipettierkanal 12 hinaus weitere Pipettierkanäle aufweisen, welche im Wesentlichen identisch zu dem dargestellten Pipettierkanal 12 ausgestaltet sind, so dass der in Fig. 1 dargestellte Pipettierkanal 12 exemplarisch für alle Pipettierkanäle einer Mehrkanal-Pipettiervorrichtung beschrieben ist. Waschkopf-Pipettiervorrichtungen können beispielsweise Pipettierkanäle 12 in einer Matrixanordnung von 8 x 12 = 96 Pipettierkanälen aufweisen.In order to prevent washing liquid from flowing from the washing liquid inlet 50 into the metering liquid receiving space 38 or to keep it as small as possible, the valve 58 is preferably at the mouth 54 or in relation to the total length of the washing liquid inlet close to the mouth 54 arranged. The distance of the valve 58 from the mouth 54 should preferably not exceed 5% of the total length of the washing liquid inlet 58.
The pipetting device 10 can have, in addition to the pipetting channel 12 shown, further pipetting channels which are essentially identical to the pipetting channel 12 shown, so that the pipetting device 12 shown in FIG Fig. 1 The illustrated pipetting channel 12 is described as an example for all pipetting channels of a multi-channel pipetting device. Washing head pipetting devices can, for example, have pipetting channels 12 in a matrix arrangement of 8 × 12 = 96 pipetting channels.

Bei einer Mehrkanal-Pipettiervorrichtung können die Waschflüssigkeits-Zuläufe 50 zu jedem Pipettierkanal 12 über eine gemeinsame Pumpe 56 mit einem gemeinsamen Waschflüssigkeits-Vorrat 52 verbunden sein.In a multi-channel pipetting device, the washing liquid inlets 50 to each pipetting channel 12 can be connected to a common washing liquid supply 52 via a common pump 56.

Ebenso können alle Kolbenstangen 20 der einzelnen Pipettierkanäle 12 durch einen gemeinsamen Motor 22 verstellbar sein.Likewise, all piston rods 20 of the individual pipetting channels 12 can be adjusted by a common motor 22.

Gleichwohl soll nicht ausgeschlossen sein, dass jeder Pipettierkanal seinen eigenen Motor 22, seine eigene Pumpe 56 oder/und seinen eigenen Waschflüssigkeits-Vorrat 52 aufweist. Mit dem Fixiermittel 60 soll angedeutet sein, dass die Pipettierspitze 34 als Waschrohr dauerhaft und eben nicht lösbar mit dem Pipettierkanal 12 gekoppelt sein kann. Das Waschrohr kann auch einstückig mit einem Rohr des Pipettierkanals ausgebildet sein, etwa mit dem Zylinderabschnitt 16.Nevertheless, it should not be excluded that each pipetting channel has its own motor 22, its own pump 56 and / or its own washing liquid supply 52. The fixing means 60 is intended to indicate that the pipette tip 34 can be permanently coupled to the pipette channel 12 as a washing tube and cannot be detached. The washing tube can also be formed in one piece with a tube of the pipetting channel, for example with the cylinder section 16.

Claims

Pipetting device (10) for dispensing and aspirating dosing liquid by increasing or decreasing the pressure of a working fluid, comprising:
- a receiving space (38) for the dosing liquid to be at least partially filled with the working fluid, having a pipetting opening (36) as a first flow cross-section constriction, through which the dosing liquid can be dispensed and aspirated out of the dosing liquid receiving space (38) as a function of the pressure of the working fluid, and

- a pressure-changing device (40) adapted to vary the pressure of the working fluid in the dosing liquid receiving space (38),

- in a pipetting channel (12), which is operatively filled with the working fluid, a throttle point (42) as a further flow cross-section constriction fluid-mechanically between the dosing liquid receiving space (38) and the pressure-changing device (40), wherein the ratio of the flow resistance (R1) of the pipetting opening (36) with respect to a dosing liquid whose viscosity does not exceed the value of 0.004 Nsm^-2 to the flow resistance (R2) of the throttling point (42) with respect to a working fluid whose viscosity does not exceed the value of 0.00003 Nsm^-2 is less than 0.5,
characterized in that

- the pipetting channel (12) is the aspiration and dispensing connection of the dosing liquid receiving space (38) and the pressure-changing device (40).
Pipetting device according to claim 1, characterized in that the ratio is less than 0.3, preferably less than 0.225.
Pipetting device (10) according to claim 1 or 2, characterized in that it is a washing head pipetting device (10) which is designed for dispensing washing liquid and which has a washing liquid inlet (50) which preferably opens into the dosing liquid receiving space (38), so that the dosing liquid receiving space (38) can be filled at least partially with washing liquid by the washing liquid inlet (50).
Pipetting device (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises a plurality of substantially parallel pipetting channels (12), of which each pipetting channel (12) is provided with a throttle point (42) each as the further flow cross-sectional constriction.
Pipetting device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the ratio is less than 0.00075, preferably less than 0.0005.
Pipetting device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the throttle point (42) has a selectively variable flow cross-section.
Pipetting device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the pipetting channel (12) has a valve (44) adjustable between a blocking position, in which a working fluid flow in the pipetting channel (12) is prevented, and an open position, in which a working fluid flow in the pipetting channel (12) is permitted.
Pipetting device (10) according to claim 7, characterized in that the valve (44) is provided at the throttle point (42) or fluid-mechanically between the pressure-changing device (40) and the throttle point (42).
Pipetting device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises, as a pressure-changing device (40), at least one reservoir of working fluid under system pressure.
Pipetting device (10) according to claim 9, characterized in that a dispensing reservoir under a first system pressure and an aspiration reservoir under a second system pressure are provided, which are selectively pressure-transmittingly connectable to and separable from the pipetting channel (12), wherein the first system pressure is greater than an ambient pressure of the pipetting device (10) and the second system pressure is lower than the ambient pressure.
Pipetting device (10) according to claim 9 or 10, characterized in that the system pressure for dispensing operations does not exceed an overpressure of 1.5 bar, preferably 1.2 bar, particularly preferably 1.0 bar, with respect to the ambient pressure of the dosing liquid receiving space (38).
Pipetting device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the dosing liquid receiving space (38) and the pipetting opening (36) are formed on a pipetting tip (14) which is formed separately from the pipetting channel (12) having the throttle point (42) and can be optionally connected thereto or separated therefrom.
Pipetting device (10) according to one of the preceding claims, having dosing liquid whose viscosity does not exceed the value of 0.004 Nsm^-2, preferably the value of 0.0035 Nsm^-2, more preferably the value of 0.0031 Nsm^-2.
Pipetting device (10) according to one of the preceding claims, having a working fluid whose viscosity does not exceed the value of 0.00003 Nsm^-2, preferably 0.00002 Nsm^-2, more preferably 0.0000175 Nsm^-2.