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    公开号:WO1989010191A1
    申请号:PCT/CH1989/000033
    申请日:1989-02-21
    公开日:1989-11-02
    发明作者:Ernst BÜRGISSER
    申请人:Buergisser Ernst；
    IPC主号:G01N35-00
    专利说明:
    [0001] P I P E T T I E R V O R R I C H T U N G
    [0002] Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der analytischen Laborgeräte und betrifft eine Dosiervorrichtung mit einer Mehrzahl von gleich¬ zeitig betätigbaren Dosierpumpen, vorzugsweise von Pipetten, die mit einem Kolben betätigt werden.
    [0003] Das Automatisieren von Dosiervorgängen erfordert jeweils Dosier¬ pumpen, die sich für die Automatisierung speziell eignen, von wel¬ chen die Kolbendosierer bis heute eine zentrale Position einnehmen. Aber auch Schlauchquetschpumpen werden zur Dosierung herangezo¬ gen wie auch verschiebbare Dosierkanäle, mit denen ein Teil der Flüssigkeitssäule abgetrennt werden kann. Alle diese Dosierpumpen werden auch in Anordnungen von mehreren solchen verwendet, um bspw. gleichzeitig eine Vielzahl gleicher Volumina aufnehmen und/o- der abgeben zu können. Häufig soll zwischendurch die Pumpe ausge¬ waschen und mit einem anderen Liquid gefüllt werden. Dies machte Ventile erforderlich, mit denen diese Vorgänge erst steuerbar und damit automatisierbar werden.
    [0004] Aber gerade hier eröffnete sich auch das Feld der Sachzwänge fol¬ gender Art: Eine grössere Anzahl gleichzeitig arbeitender Dosierpum¬ pen soll in einer Anordnung von möglichst kleinem Platzbedarf ange- ordnet werden. Dazu benötigt man jedoch eine grosse Anzahl Teile, die alle an einem kleinen Ort wirksam werden sollen. Ein Beispiel ist das Beschicken einer Mikrotestplatte ( TP).
    [0005] Die MTP hat sich als Industriestandard in der klinischen Routine¬ diagnostik als auch in der Forschung etabliert. Dabei handelt es sich um einen in der Regel aus Kunststoff gefertigten Einwegartikel mit 96 Vertiefungen oder Kavitäten, welche an Stelle der Reagenzröhr- chen für die Aufnahme der Testreagenzien geeignet sind. Die 96 Kavitäten sind in einer rechteckigen Matrix von 120mm x 80mm in einem Abstand von nur 9mm zueinander angeordnet. Je nach Geome¬ trie, der Kavitäten eignet sich eine MTP zur Aufnahme von wenigen Mikrolitern bis ca. ein Milliliter. Die Aufgabe der automatischen Dosierung besteht also darin, diese 96 Reagenskavitäten gleichzeitig zu bearbeiten, wozu es 96 Dosierpumpen mit ihren jeweiligen Venti¬ len braucht.
    [0006] Zur Manipulation von Reagentien im Zusammenhang Mit Mikrotest- platten, sind bspw. Mehrkanalpipetten (8- oder 12-fach) oder automa¬ tische Pipettiervorrichtungen (8- oder 12-fach) bekannt. Solche Vor¬ richtungen haben eine Leistungsgrenze, die echt wünsche offen lässt. Die Problemstellung ist, wie kann eine Mikrotiterplatte rascher als bisher und mit hoher Präzision mit Flüssigkeiten ver- und/oder ents¬ orgt werden.
    [0007] Es ist Aufgabe der Erfindung eine solche Vorrichtung zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentan¬ spruchs 1 angegebene Erfindung gelöst. Anhand der unten angegebenen Figuren wird eine Aus führungs form der Erfindung nun eingehend diskutiert. Es zeigt:
    [0008] Figur 1 in stilisierter Darstellung eine Vorrichtung gemäss Erfin- düng in einer ersten operativen Position;
    [0009] Figur 2 die Vorrichtung in einer zweiten operativen Position und
    [0010] Figur 3 die Vorrichtung in einer dritten operativen Position;
    [0011] Figur 4 eine konstruktive Massnahme gemäss Erfindung;
    [0012] Figur 5 eine andere konstruktive Massnahme.
    [0013] Die Figuren 1 bis 3 zeigen dieselbe Aus führungs form in drei ver¬ schiedenen Arbeitspositionen, nämlich: Figur 1 Aufsaugen, Mischen in einer MTP; Figur 2 Aufsaugen aus einem Vorratsbehälter, Dispen¬ sieren, waschen; Figur 3 Entsorgen in einen Sammelbehälter. Die verschiedenen Arbeitspositionen werden durch Verschieben von Gerä¬ teteilen herbeigeführt. Dargestellt ist eine von einer Vielzahl gleich¬ artiger Ventilfunktionen an einer Pipette, die alle gleichzeitig opera¬ tiv sind. Gezeigt ist eine weitere Pipette. In der Tat sind es in der diskutierten Ausführungsform deren 96, die zu einem spiegelbildlichen Raster (Array) entsprechend den Kavitäten einer Mikrotiterplatte angeordnet sind.
    [0014] Die diskutierte Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem ersten motorischen Antrieb 1, der über eine Spindel 1 ', vorzugsweise in vertikaler Richtung z, eine Vielzahl von an einer Kolbenstange 7 verschiebbare Spritzenkolben 6 antreibt; aus einem zweiten motori¬ schen Antrieb 2, der über eine Spindel 2', vorzugweise in horizonta¬ ler Richtung, eine Trägerplatte 3 verschiebbar antreibt; einer fest- stehenden Ventilplatte 4 mit einem Kanalsystem 10 aus den Kanälen 11,12,13 bestehend und aus einer Mehrzahl von Pipettenzylindern 5, die in einer später noch darzustellenden Art in der Trägerplatte 3 angeordnet sind.
    [0015] In der diskutierten Ausführungsform besteht die Mehrzahl der Pi¬ petten aus 96 Exemplaren, wobei jeder. Pipette hier 3 Kanäle des Kanalsystems 10 zugeordnet sind, das heisst, dass die Ventilplatte 4 in ihrer der Trägerplatte zugekehrten Seite 288 Einlassöffnungen aufweist, die mit den Pipetten durch Verschiebung der Trägerplatte wahlweise in eine Wirkverbindung bringbar sind. Das Kanalsystem 10 besteht hier aus Reagenszuführkanälen 11 (zu allen 96 Pipetten), aus Entsorgungskanälen 12 (zu allen 96 Pipetten) und aus Kanälen 13 zur Bedienung der MTP-Kavitäten (für alle 96 Pipetten). Die Bedienungs¬ kanäle setzen sich bspw. in Form einer Hohlnadel 13' fort, die in die Kavität der MTP eingeführt werden kann. Von unten besehen, sieht die Vorrichtung also ziemlich stachlig aus, 96 Nadeln ragen im MTP- Raster angeordnet aus der Ventilplatte hervor. An diese Nadeln werden die Mikrotiterplatten zur Bearbeitung herangeführt. An Stelle von Hohlnadeln können für die Weiterführung 13' der Kanäle 13 handelsübliche Einwegplastikspitzen, die bei Bedarf ausgewechselt, bzw. ersetzt werden können, verwendet weden. Der Wechsel von solchen Plastikspitzen kann ebenfalls automatisch mittels einer loch- plattenartigen Vorrichtung mit eingelegten neuen Spitzen, die in die MTP-Zuführvorrichtung eingelegt wird, durchgeführt werden.
    [0016] Hier in den nur das Prinzip der Erfindung anzeigenden Figuren die- ser Ausführuπgsform nicht dargestellt, sind:
    [0017] eine Steuerung für den ersten und den zweiten motorischen Antrieb, die natürlich alternativ zueinander operieren, wo¬ bei der erste Antrieb die Pipetten, vorzugsweise handelsüb- liehe Spritzen, aufzieht und entleert und der zweite Antrieb die Trägerplatte zwischen einer der drei Positionen bewegt -eine solche Steuerung wird bspw. über μP bzw. Software in ein Analyseprogramm eingebunden-; - Führungsmittel für die Trägerplatte, die bspw. nur eine definierte Schub-/Zugbewegung in x-Richtung gestatten; starre Befestigungen, bspw. zwischen dem ersten Antrieb 1 und der Trägerplatte 3; Grundplatte und Gehäuse, fest verbunden mit dem zweiten Antrieb 2 und der Ventilplatte 4; eine Hubvorrichtung für die Zuführung einer Mikrotiter¬ platte 15 an den Kanülenarray der Vorrichtung und die Gesamtheit der Zuführ- (12) und Abführkanäle 11 des Kanalsystems 10 in der Ventilplatte 4.
    [0018] Das Kanalsystem 10 ist durch ein Netz (vorzugsweise wie in einem Schachbrett rechtwinklig zueinanderstehenden) von die Ventilplatte 4 durchlaufenden Bohrungen in zwei Ebenen (für Füllen und für Entsorgen), in welche Bohrungen die Anschlüssen an die 96 Einlas¬ söffnungen münden und welche zwei Bohrungsnetze in einen gemein¬ samen Auslass münden. Alle übrigen, durch die Herstellung bedingten Oeffnungen zum Leitungsnetz werden verschlossen. Es können auch mehrere Zapfstellen am Netz ausserhalb diesem zu einem gemeinsa- men Ein-/Auslass zusammengeführt werden.
    [0019] Im Betrieb sind alle Kanalteile definiert mit Flüssigkeit gefüllt und frei von Luftblasen. Vorteilhafterweise beginnt man mit einem Füll- hub durch den Zuführkanal 12 und einem anschliessenden Ausstossen durch den Abführkanal 11, solange bis das Kanalwerk blasenfrei ist. Auch mit einem Füllhub durch die Kanülen 13, durch welche die Wege zu jeder einzelnen Pipette gleich lang sind, das heisst, gleich Volumina pro Hub in die Pipetten eingezogen werden, kann die Fül- lung begonnen werden. Anschliessend wird durch Umstellen auf eines der beiden Netze das Kanalwerk gefüllt und die Luft ausgestossen.
    [0020] Eine zweidimensionale Anordnung von 288 Einlassen in der einen und 96 Zuführungen in der anderen Ebene, welche Ebenen sich relativ zueinander bewegen und exakte Positionen einnehmen müssen und ferner mit der Auflage, dass alle getätigten 96 Anschlüsse sicher funktionieren müssen, den wenn nur ein einziger Anschluss versagt, so ist der MTP- Ansatz verworfen, bringt Dichtungsprobleme mit sich, die nur erfinderisch gelöst werden können.
    [0021] Figur 4 geht nun auf diese Problematik ein. Zwei verschiebbare Platten so aufeinander zu halten, dass sie an jedem Ort die gleiche Dichtigkeit aufweisen ist äusserst problematisch. Zum Abdichten muss auf die Dichtflächen Druck ausgeübt werden, beim Beaufschlagen von Druck verformen sich die Platten, wenn auch nur leicht, so doch genügend, um undichte Zonen zu bilden. Bei einer Anordnung von 288 abzudichtende Stellen in einem Array von 12x8cm kann eine undichte Zone die Analyse ruinieren. Aus diesem Grund wurde das Dichtproblem Platte gegen Platte umgangen und die Idee realisiert, dass jede Pipette für ihre eigene Dichtigkeit sorgt. Die kollektive Dichtung von 96 Pipetten wurde in eine individuelle Dichtung dieser Pipetten umgestaltet und damit die Anforderung an eine nur mit hohem Aufwand, bisweilen gar kaum zu realisierende Parallelität der Transferebenen mit bei zunehmender Fläche zunehmendem Risiko in eine leicht zu realisierende Transferlösung bei niedrigem und erst noch geteilten Risiko gewandelt.
    [0022] Jede Pipette wird an ihrer Auslauf stelle mit der nötigen Federkraft auf die Ventilplatte mit den Ventilöffnungen abgestützt und unter diesem Federdruck bei Bedarf auf der Transferfläche verschoben. Die Parallelität von Ventilplatte und Trägerplatte ist nebensächlich und das lokale Dichtproblem zwischen Pipettenauslauf und Ventilplatte mit geringem Aufwand lösbar.
    [0023] Figur 4 zeigt in einer Prinzipdarstellung wie so etwas realisiert werden kann. Die Fläche mit den drei Oeffnungen für die Kanäle 11, 12, 13 der Ventilplatte 4 und die Spritzentülle 5' der Pipette 5 in der Trägerplatte 3 bilden eine Transferzone im Transferspalt 20. Der Doppelpfeil im Transferspalt 20 zeigt die Verschiebebewegung an, mit welcher die Tülle 5' von einem Einlass zum anderen geschoben wird. Die Tülle 5' wird durch eine adäquat starke Kraft auf die Ventilplat¬ te 4 gepresst; dies geschieht über ein Mittel (Federn, Elastomere usw.) welches diese Kraft ausüben kann. In Fig. 4 ist es bspw. ein in der Trägerplatte eingespannter O-Ring, der im Reibschluss zum Pi¬ pettenzylinder angeordnet ist und dessen elastische Kraft bei Ver¬ formung des O-Rings die Tülle gegen die Ventilplatte presst. Dieser Sachverhalt ist durch den kleinen, abwärtsgerichteten Pfeil im Zylin¬ der angedeutet. Ein anderes Vorgehen Federwirkung zu erzielen besteht darin, die Pipettenzylinder am oberen, der Tülle 5 entgegen¬ gesetzten Ende, einer Federkraft auszusetzen, in dem bspw. eine Druckschraubenfeder mittels einer Abstützplatte, welche mit der Trägerplatte 3 fest verbunden ist, auf den Zylinderoberteil zu drük- ken. Auch mit einer elastische Matte mit Löchern für die Durchfüh- rung der Kolben können die Zylinder nach unten gepresst werden, in dem bspw. in gleichmässiger Verteilung mit Stiften, die auf einer gemeinsamen Platte angeordnet sein können, auf die Matte gedrückt wird.
    [0024] Verwendet man als Pipetten handelsübliche bspw. handelsübliche Plastikspritzen verwenden will, so kann auf die Tülle 5' ein Abdich- tungsring 5" bspw. aus Teflon aufgesetzt werden. Die Gleitreibung eines solchen Abdichtungsringes ist klein und die Dichtwirkung sehr befriedigend und der Preis vernachlässigbar. Die Einfachheit der Konstruktion lässt Spielraum für "individuelle" Zoπenabdichtungen bezüglich Material und Formgebung.
    [0025] Beim Zusammenbau der Vorrichtung kann die Trägerplatte 3 mit dem Array von Pipetten, die federnd gelagert allesamt unten aus der Trägerplatte ein wenig hinausragen, auf die bodenfeste Ventilplatte aufgesetzt und mittels bspw. vier in den Ecken der Trägerplatte angeordnete Gasdruckfedern angepresst werden. Eine Verformung der Platte beeinträchtigt nun die Dichtigkeit nicht mehr, da sie durch das vertikale Spiel der Pipetten ausgeglichen wird. Eine solche An¬ ordnung ist dann leicht zerlegbar, um bspw. die Pipetten (Spritzen) gegen neue auszutauschen.
    [0026] Auf die gezeigte Art, können auch Anordnungen von mehr als 96 Pipetten realisiert werden. Die oben angegebene Zahl ist deswegen interessant, da Mikrotiterplatten standardmässig 96 Kavitäten aufwei- sen. Bis heute hat es noch keine einfache, kostengünstige und wirk¬ lich auch dichte Pipettier-Vorrichtung gegeben, die alle 96 Kavitäten gleichzeitig zu manipulieren im Stande ist, was für die Automatisie¬ rung natürlich ein grosses Hindernis war.
    [0027] Die Vorrichtung weist also im wesentlichen einen ersten motorischen Antrieb 1, der über eine Spindel 1', vorzugsweise in vertikaler Rich¬ tung z, eine Vielzahl von an einer Kolbenstange 7 verschiebbare Spritzenkolben 6 antreibt; und einen zweiten motorischen Antrieb 2, der über eine Spindel 2', vorzugweise in horizontaler Richtung, eine Trägerplatte 3 verschiebbar antreibt auf. Auf einer feststehenden Ventilplatte 4 mit einem Kanalsystem 10 aus Kanälen 11,12,13 für Zu- und Abführung von Flüssigkeit ist eine Trägerplatte mit einer Mehrzahl von Pipetteπzylindern 5, die in der Trägerplatte 3 angeord- net sind, gegen den Federdruck von Mitteln 21 an den Pipetten angepresst. Jede einzelne Pipette wird nämlich an ihrer Auslaufstelle mit Federkraft auf die Ventilplatte mit den Ventilöffnungen abge¬ stützt und unter diesem Federdruck bei Bedarf auf der Transferflä- ehe verschoben, dabei weist jede Pipette Mittel wie Federn, elasti¬ sche Ringe und dergleichen für die Ausübung einer solchen Feder¬ kraft auf. Die Trägerplatte 3 wird ihrerseits gegen den Gegendruck der Federmittel der einzelnen Pipetten ebenfalls mittels Federdruck auf die Ventilplatte gepresst. Dies kann bspw. mittels Gasdruckfedern bewerkstelligt werden. Der Federdruck auf die Trägerplatte wird grösser gewählt, als die Summe aller Federdrücke der einzelnen Pipetten ergibt. So wird bspw. jede Pipette mit einer Federkraft von 600g auf die Ventilplatte gedrückt, so ergibt dies einen Gesamtdruck von nahezu 60kg. Die Gasdruckfedern werden dann so ausgewählt, dass mit ihnen ein Druck von 80 bis 100kg auf die Trägerplatte ausgeübt werden kann.
    权利要求:
    Claims

    P A T E N T A N S P R Ü C HE
    Vorrichtung zum Dosieren von Flüssigkeit mit einer Mehr¬ zahl von gleichzeitig betätϊgbaren Dosierpumpen, vorzugs¬ weise von Pipetten, die mit einem Kolben betätigt werden, gekennzeichnet durch, einen ersten motorischen Antrieb (1), der über eine Spindel (1'), vorzugsweise in vertikaler 5
    Richtung (z), eine Vielzahl von an einer Kolbenstange (7) verschiebbare Spritzenkolben (6) antreibt; aus einem zwei¬ ten motorischen Antrieb (2), der über eine Spindel (2)', vorzugweise in horizontaler Richtung, eine Trägerplatte (3) verschiebbar antreibt; einer feststehenden Ventilplatte (4) 10 mit einem Kanalsystem (10) aus Kanälen (11,12,13) für Zu- und Abführung von Flüssigkeit bestehend und aus einer Mehrzahl von unter Federdruck stehenden Pipettenzylin¬ dern (5), die in der Trägerplatte 3 angeordnet sind.
    15
    Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Pipette an ihrer Auslaufstelle mit Federkraft auf die Ventilplatte mit den Ventilöffnungen abgestützt ist und unter diesem Federdruck bei Bedarf auf der 20
    Transferfläche verschiebbar ist.
    Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass eine Fläche der Ventilplatte drei Oeffnun- 25 gen für Kanäle (11,12,13) zum Zu- und/oder Wegführen von Flüssigmedien aufweist. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spritzentülle (5') der Pipetten (5) in der Trägerplatte (3) eine Transferzone im Trans¬ ferspalt (20) bilden, in welchem die Tüllen (5') von einem Einlass zu den Kanälen (11,12,13) zum anderen verschieb¬ bar sind.
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch 10 gekennzeichnet, dass Mittel (21) vorhanden sind, mit wel¬ chen die Tülle (5') einer Pipette durch eine adäquat starke Kraft auf die Ventilplatte (4) gepresst wird.
    15
    6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (21) Federn, Elastomere und dergleichen sind, welche diese Kraft ausüben können.
    20
    Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pipetten (5) handelsübliche Pla¬ stikspritzen sind und dass auf deren Tülle (5') ein Abdich- tungsring (5") bspw. aus Teflon aufgesetzt ist.
    25
    8. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch die regelmässige Anordnung von einer Vielzahl von Pipetten.
    30
    Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung in Anzahl und Abmessung zueinander den vorhandenen Kavitäten einer Mikrotiterplatte ent¬ spricht.
    10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerplatte gegen den Gegen¬ druck der Federmittel der einzelnen Pipetten mittels Fe¬ derdruck, der grösser ist als die Summe aller Federdrücke der Pipetten, auf die Ventilplatte gepresst ist.
    10
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