DE102012100836B3

DE102012100836B3 - Kapillardispenser

Info

Publication number: DE102012100836B3
Application number: DE201210100836
Authority: DE
Inventors: Adrian Siemers
Original assignee: Cybio AG
Current assignee: Cybio AG
Priority date: 2012-02-01
Filing date: 2012-02-01
Publication date: 2013-04-11
Anticipated expiration: 2032-02-02
Also published as: CN103240136B; EP2623203B1; CN103240136A; EP2623203A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Kapillardispenser mit wenigstens einer Kolben-Zylinder-Einheit (17), bestehend aus einer Zylinderbaugruppe (16), mit einem Innenzylinder (1.1) und einer Kolbenbaugruppe (15) mit einem Kolben (5), die gemeinsam auf einer Achse (A) angeordnet sind, wobei der Innenzylinder (1.1) wenigstens mit einer Kapillare (8) pneumatisch in Verbindung steht und der Kolben (5), als einseitig verschließbarer Hohlkolben ausgeführt, im Innenzylinder (1.1) entlang der Achse (A) zwischen einer oberen und einer unteren Endlage der Kolbenbaugruppe (15) beweglich ist.The invention relates to a capillary dispenser having at least one piston-cylinder unit (17), comprising a cylinder assembly (16), with an inner cylinder (1.1) and a piston assembly (15) with a piston (5), which together on one axis ( A) are arranged, wherein the inner cylinder (1.1) at least with a capillary (8) is in communication and the piston (5), designed as a one-sided closable hollow piston in the inner cylinder (1.1) along the axis (A) between an upper and a lower end position of the piston assembly (15) is movable.

Description

Einen Dispenser zum Dispensieren winziger Volumina mit Kapillaren auszustatten, mit denen eine zu dispensierende Flüssigkeit über den Kapillareffekt aufgenommen wird, ist aus der Patentschrift GB 23 686 40 B bekannt. Um die in den Kapillaren gespeicherte Flüssigkeit zu dispensieren, wird an einem Ende der Kapillaren ein Überdruck erzeugt. Das kann einzeln oder aber bevorzugt auf alle Kapillaren gemeinsam erfolgen indem diese mit einer gemeinsamen Druckkammer verbunden sind.To equip a dispenser for dispensing minute volumes with capillaries, with which a liquid to be dispensed is received via the capillary effect, is known from the patent GB 23 686 40 B known. In order to dispense the liquid stored in the capillaries, an overpressure is generated at one end of the capillaries. This can be done individually or preferably on all capillaries together by being connected to a common pressure chamber.

Ein hier beschriebener Dispenser besteht aus einer Mehrzahl von beidseitig offenen Kapillaren, einer Druckluftversorgung, einem Ventil zum Schalten der Druckluft, einer Druckkammer bestehend aus einem Oberteil mit Drucklufteinlass und einem Unterteil, in dem die Kapillaren gehalten werden. Ober- und Unterteil der Druckkammer sind gegeneinander abgedichtet, so dass bei Druckluftbeaufschlagung der Druckkammer die Druckluft gleichmäßig auf die Kapillaren verteilt wird und die sich in den Kapillaren befindliche Flüssigkeit ausgestoßen wird.A dispenser described here consists of a plurality of capillaries which are open on both sides, a compressed air supply, a valve for switching the compressed air, a pressure chamber consisting of an upper part with compressed air inlet and a lower part in which the capillaries are held. Upper and lower part of the pressure chamber are sealed against each other, so that when compressed air is applied to the pressure chamber, the compressed air is evenly distributed to the capillaries and the fluid located in the capillaries is ejected.

Wesentlicher Nachteil an einem solchen Kapillardispenser ist, dass die Kapillaren parallel über eine gemeinsame Druckversorgung entleert werden. Um sicher alle Kapillaren vollständig zu entleeren, ist es notwendig, mit einem hohen Druck zu arbeiten, da bereits geleerte Kapillaren als „Kurzschluss” fungieren und die Druckluft über diese mit einem relativ geringen Widerstand entweichen kann. Typische Betriebsdrücke sind hierbei 15–25 psi bzw. 1,0–1,7 bar.The main disadvantage of such a capillary dispenser is that the capillaries are emptied in parallel via a common pressure supply. In order to completely empty all capillaries, it is necessary to work with a high pressure, as already emptied capillaries act as a "short circuit" and the compressed air can escape through them with a relatively low resistance. Typical operating pressures are 15-25 psi and 1.0-1.7 bar, respectively.

Die nachströmende Luft verlässt die Kapillaren hierbei mit einer Geschwindigkeit von mehreren Metern pro Sekunde und das ausgestoßene Luftvolumen kann, abhängig von der Größe der Druckkammer, des angelegten Drucks und der Anzahl der Kapillaren einige Milliliter betragen. Diese Tatsache schränkt den Nutzen der Technologie erheblich ein.The inflowing air leaves the capillaries at a speed of several meters per second and the expelled air volume can be a few milliliters, depending on the size of the pressure chamber, the applied pressure and the number of capillaries. This fact significantly limits the benefits of the technology.

Eine Abgabe von diskreten Tropfen auf eine „glatte” Oberfläche, wie z. B. eines Objektträgers, ist nur schwer oder gar nicht möglich, da die nachströmende Luft den Tropfen zerteilt und über die Fläche verteilt. Daher kommt nur noch die Abgabe in Vertiefungen (Wells) von sogenannten Mikrotiterplatten infrage. Aber auch hier gibt es Einschränkungen; so ist eine Abgabe nur in leere Wells möglich, da es beim Auftreffen von nachströmender Luft in bereits mit einer Flüssigkeit befüllte Wells zur Spritzerbildung kommen kann, was zu einem sogenannten Übersprechen, auch Überkreuzkontamination genannt, zwischen den einzelnen Wells führt.A release of discrete drops on a "smooth" surface, such. B. a slide, is difficult or impossible, since the inflowing air divides the droplets and distributed over the surface. Therefore, only the delivery in wells (wells) of so-called microtiter plates comes into question. But here too there are restrictions; Thus, a release only in empty wells is possible because it can come on the arrival of inflowing air in already filled with a liquid wells splash, resulting in a so-called crosstalk, also called crossover contamination, between the individual wells.

Derartige Kapillardispenser sind daher rein auf die Flüssigkeitsabgabe in leere Wells ausgelegt. Damit ist jedoch das Problem einer Überkreuzkontamination nicht vollständig gelöst. Die Kapillaren werden nie auf Anhieb komplett entleert. Beim Ausstoß der Flüssigkeit bleibt ein Flüssigkeitsfilm auf der Kapillarinnenseite zurück der sich durch Schwerkraft und nachströmende Luft langsam zum Kapillarende bewegt. Hier wird er aufgrund der hohen Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu einem Aerosol verstäubt. Auch dieses Aerosol kann als Überkreuzkontamination, aufgrund der enthaltenen hohen Konzentration aktiver Substanz bzw. mit hinreichend sensiblen Messsystemen nachgewiesen werden.Such capillary dispensers are therefore designed purely for the delivery of liquid into empty wells. However, this does not completely solve the problem of cross contamination. The capillaries are never completely emptied immediately. When the liquid is ejected, a film of liquid remains on the inside of the capillary, which moves slowly towards the end of the capillary by gravity and inflowing air. Here it is dusted due to the high flow velocity of the air to form an aerosol. Also, this aerosol can be detected as cross-contamination, due to the high concentration of active substance contained or with sufficiently sensitive measuring systems.

Auf dem Gebiet von Liquide-Handling-Systemen sind sogenannte Luftpolsterpipetten bekannt, die unter Verwendung einer Kolben-Zylinder-Einheit in und aus einer damit verbundenen Pipettenspitze Flüssigkeit aufnehmen und abgeben können.In the field of liquid handling systems, so-called bubble wrap pipettes are known that can pick up and deliver liquid into and out of an associated pipette tip using a piston-cylinder unit.

Die Pipettenspitze ist hierbei an einer Öffnung in einer Stirnseite des Innenzylinders befestigt. Der Kolben ist innerhalb des Innenzylinders auf einer gemeinsamen Achse beweglich angeordnet und gegenüber diesem abgedichtet. Durch ein Heben oder Senken des Kolbens innerhalb des Innenzylinders wird das mit der Pipettenspitze verbundene freie Volumen des Innenzylinders verringert oder vergrößert, womit über die Pipettenspitze eine Flüssigkeit entsprechend der Volumenänderung aufgenommen oder abgegeben werden kann.The pipette tip is in this case attached to an opening in an end face of the inner cylinder. The piston is movably disposed within the inner cylinder on a common axis and sealed with respect to this. By raising or lowering the piston inside the inner cylinder, the free volume of the inner cylinder connected to the pipette tip is reduced or increased, whereby a liquid corresponding to the volume change can be picked up or dispensed via the pipette tip.

Würde man anstelle einer Pipettenspitze eine Kapillare anbringen, so würde diese sich, da das freie Volumen des Innenzylinders zum Volumen der Kapillare verhältnismäßig groß ist, bereits aufgrund des Kapillareffektes beim Eintauchen in eine Flüssigkeit selbstständig befüllen. Es wäre also nicht erforderlich, den Kolben im Innenzylinder anzuheben, um über die Kapillare Flüssigkeit aufzunehmen.If, instead of a pipette tip, a capillary were to be attached, this would, since the free volume of the inner cylinder is relatively large relative to the volume of the capillary, be self-filled due to the capillary effect when immersed in a liquid. It would therefore not be necessary to raise the piston in the inner cylinder in order to take up liquid via the capillary.

Die Entleerung der Kapillare könnte allerdings nach dem Prinzip der Luftverdrängung erfolgen, indem durch Absenkung des Kolbens im Innenzylinder das freie Zylindervolumen verkleinert und damit die darin befindliche Luft über die Kapillare herausgedrückt wird.The emptying of the capillary could, however, be carried out according to the principle of air displacement by decreasing the piston in the inner cylinder reduces the free cylinder volume and thus the air therein is pushed out through the capillary.

Wenn für jede einzelne Kapillare ein Kolben vorgesehen wird, könnte die Luftverdrängung sehr fein dosiert werden. Dies ermöglicht die Ausbildung eines Tropfens am freien Kapillarende, der gezielt durch Kontakt mit beispielsweise einem Objektträger abgesetzt werden kann.If a piston is provided for each capillary, the air displacement could be very finely dosed. This allows the formation of a drop at the free end of the capillary, which can be selectively discontinued by contact with, for example, a slide.

Sind die Beschleunigung und die erreichbare Geschwindigkeit des Kolbens groß genug, kann auch kontaktfrei d. h. ein frei fliegender Tropfen/Flüssigkeitsstrahl abgegeben werden. Der hierbei für eine einzelne Kapillare erforderliche Druck ist geringer als beim gemeinsamen Ausblasen aller Kapillaren, da der Druck nicht so überdimensioniert werden muss, wie das aufgrund von möglichen „Kurzschlüssen”, wie sie in der Beschreibung des Standes der Technik erläutert wurden, notwendig ist.If the acceleration and the achievable speed of the piston are large enough, it is also possible to dispense contactlessly, ie, a freely flowing drop / liquid jet. The pressure required in this case for a single capillary is lower than for the common blowing out of all capillaries, since the pressure is not oversized must, as is necessary because of possible "short circuits", as explained in the description of the prior art, is necessary.

Das vom Kolben verdrängte freie Volumen des Innenzylinders und somit die aus den Kapillaren nachströmende Luft war in Versuchen kleiner 50 μl und ist somit um den Faktor 20 bis 200 geringer als mit einem Kapillardispenser bei dem alle Kapillaren mit einer Druckkammer in Verbindung stehen.The displaced by the piston free volume of the inner cylinder and thus the nachströmende from the capillary air was less than 50 ul in experiments and is thus by a factor of 20 to 200 less than with a capillary dispenser in which all capillaries are in communication with a pressure chamber.

Dieses geringere ausgegebene Luftvolumen, bei gleichzeitig geringerem Druck und damit geringerer Abgabegeschwindigkeit ermöglicht sowohl das Dispensieren auf glatte Oberflächen als auch in bereits eine Flüssigkeit enthaltende Gefälle, wie Wells einer Mikrotiterplatte. Auch eine Aerosolbildung wird hierdurch weitestgehend vermieden.This lower volume of air dispensed, with lower pressure and thus lower dispensing speed, allows both dispensing on smooth surfaces and in already containing a liquid gradient, such as wells of a microtiter plate. An aerosol formation is thereby avoided as far as possible.

Bei der Verwendung von Kolben-Zylinder-Einheiten, die jeweils mit einer Kapillare in Verbindung stehen, ergeben sich jedoch auch Nachteile.When using piston-cylinder units, which are each associated with a capillary, however, there are also disadvantages.

Nach jeder Abgabe muss der Kolben vor einer erneuten Abgabe, unter Vermeidung einer ungewollten Flüssigkeitsaufnahme, wieder in die Ausgangsposition zurückgefahren werden.After each delivery, the piston must be returned to its original position before re-dispensing, avoiding unwanted fluid intake.

Es ist die Aufgabe der Erfindung einen Kapillardispenser zu finden, der wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit aufweist und bei dem eine unbeabsichtigte Aufnahme von Flüssigkeit durch konstruktive Maßnahmen sicher vermieden wird.It is the object of the invention to find a capillary dispenser having at least one piston-cylinder unit and in which an inadvertent uptake of liquid is safely avoided by design measures.

Der Kapillardispenser soll vorteilhaft mit nur geringen konstruktiven Änderungen modifizierbar sein, um ihn wahlweise für eine kontaktfreie Abgabe auch in Flüssigkeiten oder eine Abgabe unter Kontakt der Kapillare zu optimieren.The capillary dispenser should advantageously be modifiable with only minor structural changes in order to optimize it either for a non-contact delivery in liquids or a delivery under contact of the capillary.

Vorteilhaft sollen die Kapillaren mit hoher Wiederholrate schnell austauschbar sein. Diese Aufgabe wird für einen Kapillardispenser mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.Advantageously, the capillaries should be quickly exchangeable at a high repetition rate. This object is achieved for a capillary dispenser with the features of claim 1. Advantageous embodiments are described in the subclaims.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter zu Hilfenahme einer Zeichnung näher erläutert werden. Hierzu zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to exemplary embodiments with the aid of a drawing. Show:

1a eine perspektivische Ansicht einer Baugruppe eines Kapillardispensers 1a a perspective view of an assembly of a capillary dispenser

1b eine Detailansicht der Baugruppe nach 1a 1b a detailed view of the module after 1a

2 eine Schnittdarstellung der Baugruppe nach 1a 2 a sectional view of the module after 1a

3a eine Kolben-Zylinder-Einheit 17 mit einer ersten Ausführung einer Kolbendichtung mittels einer Kolbendichtplatte 6 in einer oberen Endlage der Kolbenbaugruppe 15 3a a piston-cylinder unit 17 with a first embodiment of a piston seal by means of a piston sealing plate 6 in an upper end position of the piston assembly 15

3b die Kolben-Zylinder-Einheit gemäß 3a in einer unteren Endlage der Kolbenbaugruppe 15 3b the piston-cylinder unit according to 3a in a lower end position of the piston assembly 15

4a ein Teil einer Kolben-Zylinder-Einheit 17 mit einer zweiten Ausführung einer Kolbendichtung mittels einer Kugel 12 in einer oberen Endlage der Kolbenbaugruppe 15 4a a part of a piston-cylinder unit 17 with a second embodiment of a piston seal by means of a ball 12 in an upper end position of the piston assembly 15

4b ein Teil einer Kolben-Zylinder-Einheit 17 mit einer zweiten Ausführung einer Kolbendichtung mittels einer Kugel 12 in einer unteren Endlage der Kolbenbaugruppe 15 4b a part of a piston-cylinder unit 17 with a second embodiment of a piston seal by means of a ball 12 in a lower end position of the piston assembly 15

5 eine Kolben-Zylinder-Einheit 17 mit einem Ventil 14 5 a piston-cylinder unit 17 with a valve 14

Grundsätzlich kann ein erfindungsgemäßer Kapillardispenser mit nur einer Kapillare, mehreren Kapillaren in einer Reihe oder mehreren Kapillaren in einer Matrix angeordnet, ausgestattet sein. Die Kapillaren können jeweils einer Kolben-Zylinder-Einheit zugeordnet sein oder aber mehrere Kapillaren sind mit einem gemeinsamen Zylinder verbunden und damit einer gemeinsamen Kolben-Zylinder-Einheit 17 zugeordnet.In principle, a capillary dispenser according to the invention can be equipped with only one capillary, several capillaries in a row or several capillaries in a matrix. The capillaries may each be associated with a piston-cylinder unit or a plurality of capillaries are connected to a common cylinder and thus a common piston-cylinder unit 17 assigned.

Da ein Kapillardispenser grundsätzlich so aufgestellt wird, dass er in Richtung der Erdanziehungskraft dispensiert, sind bei den nachfolgenden Erläuterungen Angaben wie „oben” oder „unten” eindeutig. Sie sollen auch so verstanden werden, wenn ein Kapillardispenser nicht in lotrechte Richtung wirkend bedient wird, wofür es insbesondere für Kapillardispenser mit nur einer Kapillare Anwendungen gibt.Since a capillary dispenser is generally set up to dispense in the direction of gravity, in the following explanations, such as "top" or "bottom" are unique. They should also be understood as if a capillary dispenser is not operated in a vertical direction, for which there are applications especially for capillary dispensers with only one capillary.

Wenn nachfolgend der Aufbau und die Wirkungsweise eines Kapillardispensers anhand von einer Kolben-Zylinder-Einheit 17 beschrieben wird, so treffen die Aussagen hierzu jeweils auf alle Koben-Zylinder-Einheiten des Kapillardispensers zu.If, below, the structure and operation of a capillary dispenser based on a piston-cylinder unit 17 is described, so the statements apply to each of the piston-cylinder units of the capillary dispenser.

Grundsätzlich weist ein erfindungsgemäßer Kapillardispenser wenigstens eine Kolben-Zylinder-Einheit 17 auf, die aus einer Zylinderbaugruppe 16 mit einem Innenzylinder 1.1 und einer Kolbenbaugruppe 15, mit einem Kolben 5 besteht. Der Innenzylinder 1.1 und der Kolben 5 sind zueinander koaxial auf einer Achse A angeordnet, wobei der Kolben 5 gegenüber dem Innenzylinder 1.1 abgedichtet, innerhalb diesem, entlang der Achse A um einen Hubweg beweglich ist. Die Bewegung kann grundsätzlich manuell eingeleitet werden, wird aber, insbesondere, wenn der Kapillardispenser eine größere Anzahl von Kapillaren 8 aufweist, motorisch gesteuert, wozu der Kapillardispenser einen Antrieb und eine Steuerung aufweist.In principle, a capillary dispenser according to the invention has at least one piston-cylinder unit 17 on, coming out of a cylinder assembly 16 with an inner cylinder 1.1 and a piston assembly 15 , with a piston 5 consists. The inner cylinder 1.1 and the piston 5 are arranged coaxially with each other on an axis A, wherein the piston 5 opposite the inner cylinder 1.1 sealed within which is movable along the axis A by a stroke. The movement can in principle be initiated manually, but will, especially if the capillary dispenser a larger number of capillaries 8th has, controlled by motor, what the Capillary dispenser has a drive and a controller.

Es ist erfindungswesentlich, dass der Kolben 5 ein Hohlkolben ist, der zu Beginn seiner Bewegung zur oberen Endlage der Kolbenbaugruppe 15 hin geöffnet wird und dann über die Länge des Hubweges beidseitig geöffnet bleibt.It is essential to the invention that the piston 5 is a hollow piston, which at the beginning of its movement to the upper end position of the piston assembly 15 is opened and then remains open on both sides over the length of the stroke.

Während der Bewegung zu einer unteren Endlage der Kolbenbaugruppe 15 hin, wird der Kolben 5 zu Beginn einseitig verschlossen und bleibt einseitig verschlossen über die gesamte Länge des Hubweges. Die untere und die obere Endlagen der Kolbenbaugruppe 15 begrenzen den Hubweg. Der Innenzylinder 1.1 steht mit wenigstens einer Kapillare 8 pneumatisch in Verbindung.During movement to a lower end position of the piston assembly 15 down, the piston will 5 closed at the beginning on one side and remains closed on one side over the entire length of the stroke. The lower and upper end positions of the piston assembly 15 limit the stroke. The inner cylinder 1.1 stands with at least one capillary 8th pneumatically connected.

Dadurch, dass der Kolben 5 während seiner Bewegung zur oberen Endlage der Kolbenbaugruppe 15 hin geöffnet ist und die Kolben-Zylinder-Einheit 17 damit ein offenes System darstellt, verändern sich die Druckverhältnisse an dem mit dem Innenzylinder 1.1 in Verbindung stehenden Ende der wenigstens einen Kapillare 8 nicht, während der Kolben 5 zu der oberen Endlage der Kolbenbaugruppe 15 hin bewegt wird. Diese Bewegung hat damit keinen Einfluss auf die an der Kapillare 8 anliegenden Druckverhältnisse. Das heißt die Kapillare 8 könnte bereits befüllt sein oder sich zeitgleich, sofern sie mit ihrem anderen (nachfolgend freies Ende genannt) mit einer Flüssigkeit in Kontakt steht, ausschließlich über den Kapillareffekt befüllen.Because of that, the piston 5 during its movement to the upper end position of the piston assembly 15 is open and the piston-cylinder unit 17 Thus, an open system represents, change the pressure conditions at the with the inner cylinder 1.1 communicating end of the at least one capillary 8th not while the piston 5 to the upper end position of the piston assembly 15 is moved. This movement has no effect on the capillary 8th applied pressure conditions. That is the capillary 8th could already be filled or at the same time, provided it is in contact with a liquid (referred to below as the free end) with its other end, fill exclusively via the capillary effect.

Während der Bewegung des Kolbens 5 zur unteren Endlage der Kolbenbaugruppe 15 hin, ist er geschlossen und die Kolben-Zylinder-Einheit 17 stellt damit ein geschlossenes System dar. Die sich in der Kolben-Zylinder-Einheit 17 befindende Luft wird komprimiert, womit sich der Druck an dem mit dem Innenzylinder 1.1 in Verbindung stehenden Ende der wenigstens einen Kapillare 8 stetig erhöht, während der Kolben 5 zur unteren Endlage der Kolbenbaugruppe 15 hin bewegt wird. Die Luft entweicht über die wenigstens eine Kapillare 8, womit eine sich darin befindende Flüssigkeit ausgeblasen wird.During the movement of the piston 5 to the lower end position of the piston assembly 15 out, he is closed and the piston-cylinder unit 17 thus represents a closed system. Located in the piston-cylinder unit 17 air is compressed, bringing the pressure at the with the inner cylinder 1.1 communicating end of the at least one capillary 8th steadily increased while the piston 5 to the lower end position of the piston assembly 15 is moved. The air escapes via the at least one capillary 8th , whereby a liquid located therein is blown out.

Da der Kolben 5 nach jeder Entleerung der Kapillare 8 geöffnet werden muss (Entlüftung), das heißt die Kolbenbaugruppe 15 muss wenigstens einen kleinen Teil des Hubweges in Richtung der oberen Endlage der Kolbenbaugruppe 15 bewegt werden, ist es vorteilhaft, wenn der Kolben 5 und der Innenzylinder 1.1 über ihre Länge und ihren Querschnitt so dimensioniert sind, dass der Hubweg gerade für eine Entleerung der Kapillare 8 reicht. So wird jeweils mit der Entleerung und der Entlüftung der vollständige Hubweg ausgeschöpft und der Innenzylinder 1.1 und der Kolben 5 können so klein wie möglich dimensioniert werden.Because the piston 5 after each emptying of the capillary 8th must be opened (venting), that is, the piston assembly 15 must be at least a small part of the stroke in the direction of the upper end position of the piston assembly 15 be moved, it is advantageous if the piston 5 and the inner cylinder 1.1 are dimensioned over their length and their cross-section so that the stroke straight for emptying the capillary 8th enough. Thus, with the emptying and the venting of the full stroke is exhausted and the inner cylinder 1.1 and the piston 5 can be sized as small as possible.

Die Dimensionierung kann auch so erfolgen, dass ein Hubweg ausreichend ist, um die Kapillare 8 mehrfach zu entleeren. Zur Entlüftung und Wiederbefüllung der Kapillare 8 wird dann in Richtung der oberen Endlage der Kolbenbaugruppe 15 hin die Kolbenbaugruppe 15 nur wenig angehoben, dass sich die Kapillare 8 öffnet.The dimensioning can also be done so that a stroke is sufficient to the capillary 8th to empty several times. For venting and refilling the capillary 8th will then move towards the upper end position of the piston assembly 15 towards the piston assembly 15 only slightly raised that the capillary 8th opens.

Da der Druck im Innenzylinder 1.1 nicht schlagartig ansteigt und auch nur verhältnismäßig gering ist, kann die Flüssigkeit auch in ein Gefäß abgegeben werden, in dem sich bereits eine Flüssigkeit befindet, ohne dass es dadurch zu einem sogenannten Übersprechen kommt, wie es in der Beschreibung des Standes der Technik beschrieben wurde. Eine pulsartige Abgabe ist möglich, wenn in die Verbindung zwischen dem Innenzylinder 1.1 und der Kapillare 8 ein Ventil 14 vorgesehen wird.Because the pressure in the inner cylinder 1.1 does not increase abruptly and is also relatively low, the liquid can also be dispensed into a vessel in which there is already a liquid, without this resulting in a so-called crosstalk, as described in the description of the prior art. A pulse-like delivery is possible when in the connection between the inner cylinder 1.1 and the capillary 8th a valve 14 is provided.

Grundsätzlich ist es für die Wirkungsweise der Kolben-Zylinder-Einheit 17 unerheblich wo der Kolben 5 verschlossen wird. Das kann theoretisch an dem unteren im Innenzylinder 1.1 geführten Ende, irgendwo innerhalb oder bevorzugt am oberen Ende des Kolbens 5 erfolgen.Basically it is for the operation of the piston-cylinder unit 17 irrelevant where the piston 5 is closed. This can theoretically at the bottom in the inner cylinder 1.1 guided end, somewhere within or preferred at the top of the piston 5 respectively.

Vorzugsweise erfolgt der Verschluss mittels einer Kolbendichtung. Entweder der Kolben 5 wird unmittelbar mit einer am oberen Ende ausgebildeten Stirnfläche, die vorteilhaft abgerundet ausgebildet ist, an die Kolbendichtung angelegt, oder dessen Abdichtung erfolgt mittelbar, indem ein um das Ende des Kolbens 5 vorgesehener, zu dessen Umfang abgedichteter Kolbenkopf 5.1 an die Kolbendichtung angelegt wird. Letztgenanntes hat den Vorteil, dass über die Dimensionierung des Kolbenkopfes 5.1 eine breitere Anlagefläche geschaffen werden kann. Die Kolbendichtung kann bevorzugt als eine Kolbendichtplatte 6, aus einem elastischen Material, z. B. einem Elastomer, ausgeführt sein. Die Abdichtung aller Kolben 5 erfolgt dann vorteilhaft mit einer gleichen Kolbendichtplatte 6. Stattdessen können als Kolbendichtung auch einzelne Konen oder Kugeln 12 Verwendung finden. Diese Konen oder Kugeln 12 können z. B. aus Glas, Keramik oder ebenfalls bevorzugt aus einem elastischen Material sein. Mittels des Kolbenkopfes 5.1 hängt der Kolben 5 in der Kolbenbaugruppe 15.The closure preferably takes place by means of a piston seal. Either the piston 5 is applied directly to a formed at the upper end face, which is advantageously rounded, applied to the piston seal, or the seal is made indirectly, by a to the end of the piston 5 provided, sealed to the circumference of the piston head 5.1 is applied to the piston seal. The latter has the advantage that over the dimensioning of the piston head 5.1 a wider contact surface can be created. The piston seal may be preferred as a piston sealing plate 6 made of an elastic material, eg. As an elastomer, executed. The sealing of all pistons 5 then takes place advantageously with a same piston sealing plate 6 , Instead, as a piston seal also single cones or balls 12 Find use. These cones or bullets 12 can z. As glass, ceramic or also preferably be made of an elastic material. By means of the piston head 5.1 hangs the piston 5 in the piston assembly 15 ,

Nachfolgend werden einige Ausführungsbeispiele beschrieben die sich durch unterschiedliche konstruktive Ausführungen verschiedener Bauteile, wie Kopfdichtung, Kolbenkopf 5.1, Ventil 14 und Kapillarhalter 7 unterscheiden. Die unterschiedlichen Ausführungen für die unterschiedlichen Bauteile sind untereinander kombinierbar, auch wenn hier nicht jede der möglichen Kombinationen ausdrücklich erwähnt wird.Hereinafter, some embodiments are described by the different constructive versions of various components, such as head gasket, piston head 5.1 , Valve 14 and capillary holder 7 differ. The different designs for the different components can be combined, even if not all of the possible combinations are explicitly mentioned here.

Ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel, welches den Anforderungen an die Präzision und Schnelligkeit der Abgabe von kleinsten Volumina am besten gerecht wird, ist ein Kapillardispenser mit einer Vielzahl von Kapillaren 8, die in einer Matrix entsprechend den Wells handelsüblicher Mikrotiterplatten zueinander angeordnet sind und pro Kapillare 8 eine Kolben-Zylinder-Einheit 17 vorhanden ist. An advantageous embodiment, which best meets the requirements for precision and speed of delivery of smallest volumes, is a capillary dispenser with a plurality of capillaries 8th , which are arranged in a matrix corresponding to the wells of commercial microtiter plates to each other and per capillary 8th a piston-cylinder unit 17 is available.

Ein solcher Kapillardispenser soll in einem ersten Ausführungsbeispiel anhand der 1–3 erläutert werden.Such a capillary dispenser is intended in a first embodiment with reference to the 1 - 3 be explained.

Der in 1a gezeigte Kapillardispenser mit einer matrixförmigen Anordnung von Kapillaren 8, weist eine Trägerplatte 1, eine Andruckplatte 2 und eine Kolbenhalteplatte 3 sowie ein an der Trägerplatte 1 mittelbar über einer Dichtmatte 10 anliegendes Magazin 9, in welchem die Kapillarhalter 7 mit den Kapillaren 8 hängend, kraftschlüssig an der Dichtmatte 10 anliegen.The in 1a shown capillary dispenser with a matrix-shaped arrangement of capillaries 8th , has a support plate 1 , a pressure plate 2 and a piston retaining plate 3 and one on the carrier plate 1 indirectly above a sealing mat 10 attached magazine 9 in which the capillary holder 7 with the capillaries 8th hanging, non-positive on the sealing mat 10 issue.

Pro Kapillare 8 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit 17 vorgesehen, die jeweils auf einer Achse A angeordnet ist. In 1a wurde beispielhaft eine der Achsen A eingezeichnet. Um einen Blick auf die Kolbenhalteplatte 3 zu haben, wurden eine diese abdeckende Kolbendichtplatte 6 und eine darüber angeordnete Anschlagplatte 4, welche ebenfalls den Kolben-Zylinder-Einheiten 17 zuzuordnen sind, in 1a nicht dargestellt.Per capillary 8th is a piston-cylinder unit 17 provided, which is arranged respectively on an axis A. In 1a For example, one of the axes A was drawn. To have a look at the piston retaining plate 3 to have had this covering piston sealing plate 6 and a stopper plate disposed above 4 , which are also the piston-cylinder units 17 are to be assigned in 1a not shown.

Die in der Trägerplatte 1 dargestellten Aussparungen sind für die – für einen automatischen Betrieb notwendigen Baugruppen, wie Steuerbaugruppe – Motor und Getriebe vorgesehen. Die Trägerplatte 1 bildet gleichzeitig die Unterseite eines hier nicht dargestellten Gehäuses.The in the carrier plate 1 recesses are provided for the - necessary for automatic operation assemblies, such as control assembly - engine and transmission provided. The carrier plate 1 at the same time forms the bottom of a housing, not shown here.

Verschiedene Ausführungsbeispiele der Kolben-Zylinder-Einheiten 17 sind als Schnittdarstellungen in den 2 bis 5 zu sehen.Various embodiments of the piston-cylinder units 17 are as sectional views in the 2 to 5 to see.

Eine erste Ausführung einer Kolben-Zylinder-Einheit 17 ist in den 3a und 3b gezeigt, wobei die Kolbenbaugruppe 15 in 3a in einer oberen Endlage und in 3b in einer unteren Endlage dargestellt ist.A first embodiment of a piston-cylinder unit 17 is in the 3a and 3b shown, wherein the piston assembly 15 in 3a in an upper end position and in 3b is shown in a lower end position.

Die Kolben-Zylinder-Einheit 17 umfasst im Wesentlichen einen Innenzylinder 1.1 und einen in diesem konzentrisch auf einer gemeinsamen Achse A mit dem Innenzylinder 1.1 angeordneten Kolben 5. Ebenfalls auf der Achse A angeordnet, ist eine Kapillare 8, die mit dem Innenzylinder 1.1 pneumatisch in Verbindung steht. Der Kolben 5 ist ein beidseitig offener Hohlkolben, der einseitig verschließbar ist.The piston-cylinder unit 17 essentially comprises an inner cylinder 1.1 and one concentric therewith on a common axis A with the inner cylinder 1.1 arranged piston 5 , Also arranged on the axis A, is a capillary 8th that with the inner cylinder 1.1 pneumatically communicating. The piston 5 is a hollow piston open on both sides, which can be closed on one side.

Der Innenzylinder 1.1 einer Kolben-Zylinder-Einheit 17 wird von einer Durchgangsbohrung in der Trägerplatte 1 gebildet. Sie kann, wie dargestellt, eine abgestufte Bohrung sein, umfassend einen Abschnitt mit einem größeren Innendurchmesser, in dem der Kolben 5 läuft und einen Abschnitt mit einem kleineren Durchmesser, um einen Kanal zu bilden, dessen Durchmesser größer dem Durchmesser der Kapillare 8, aber kleiner dem Durchmesser eines am Kapillarhalter 7 ausgebildeten Spitzenbundes 7.2 ist. Die Länge des Abschnittes in dem der Kolben 5 läuft, ist in Abhängigkeit vom Hubweg und dem axialen Spiel, welches der Kolbenkopf 5.1 in einer Ausnehmung 3.1 der Kolbenplatte 3 hat, gewählt, welche in Verbindung mit dem Durchmesser des Kolbens 5, das maximale Abgabevolumen bestimmt. Je kleiner das Raster ist, in welchem die Kapillaren 8 angeordnet sind, um so kleiner müssen die Durchmesser der Innenzylinder 1.1 zwangsläufig dimensioniert werden und um so größer muss folglich die Länge des Abschnittes sein in dem der Kolben 5 läuft.The inner cylinder 1.1 a piston-cylinder unit 17 is from a through hole in the carrier plate 1 educated. It may, as shown, be a stepped bore comprising a larger inner diameter portion in which the piston 5 runs and a section with a smaller diameter to form a channel whose diameter is larger than the diameter of the capillary 8th but smaller than the diameter of the capillary holder 7 trained top federation 7.2 is. The length of the section in which the piston 5 runs, is dependent on the stroke and the axial play, which is the piston head 5.1 in a recess 3.1 the piston plate 3 has chosen, which in connection with the diameter of the piston 5 , which determines the maximum delivery volume. The smaller the grid is, in which the capillaries 8th are arranged, the smaller the diameter of the inner cylinder 1.1 inevitably be dimensioned and therefore the greater must therefore be the length of the section in which the piston 5 running.

Zur Abdichtung des Kolbens 5 gegenüber dem Innenzylinder 1.1 ist zwischen der Andruckplatte 2 und der Trägerplatte 1 eine den Kolben 5 dicht umschließende Dichthülse 11 vorgesehen.For sealing the piston 5 opposite the inner cylinder 1.1 is between the pressure plate 2 and the carrier plate 1 one the piston 5 tightly enclosing sealing sleeve 11 intended.

Die Trägerplatte 1 mit den in einer matrixförmigen Anordnung ausgebildeten Innenzylindern 1.1, die Andruckplatte 2 mit Durchgangsbohrungen in einer gleichen Anordnung wie die Innenzylinder 1.1 und eine entsprechende Anzahl von Dichthülsen 11 bilden gemeinsam eine gleiche Anzahl von Zylinderbaugruppen 16, wie Kapillaren 8 vorhanden sind.The carrier plate 1 with the inner cylinders formed in a matrix-like arrangement 1.1 , the pressure plate 2 with through holes in a same arrangement as the inner cylinder 1.1 and a corresponding number of sealing sleeves 11 together form an equal number of cylinder assemblies 16 like capillaries 8th available.

Der Kolben 5 einer Kolben-Zylinder-Einheit 17 ist ein Hohlkolben an dessen oberen Ende ein Kolbenkopf 5.1 angebracht oder ausgebildet ist. Der Kolbenkopf 5.1 umschließt das obere Ende des Kolbens 5 wie eine Manschette und weist zwei senkrecht zur Achse A verlaufende Stirnflächen 5.1.1 und 5.1.2 auf. Über die untere Stirnfläche 5.1.1 kann der Kolbenkopf 5.1 in einer Ausnehmung 3.1 der Kolbenhalteplatte 3 aufliegen, welche tiefer als die Höhe des Kolbenkopfes 5.1 ist. Damit hat der Kolbenkopf 5.1 in Richtung der Achse A ein axiales Spiel gleich der Differenz zwischen Höhe des Kolbenkopfes 5.1 und Tiefe der Ausnehmung 3.1. Die obere Stirnfläche 5.1.2 ragt über das obere Ende des Kolbens 5 hinaus, womit es an die als Kolbendichtplatte 6 ausgeführte Kolbendichtung angelegt werden kann.The piston 5 a piston-cylinder unit 17 is a hollow piston at its upper end a piston head 5.1 attached or formed. The piston head 5.1 encloses the upper end of the piston 5 like a cuff and has two perpendicular to the axis A extending faces 5.1.1 and 5.1.2 on. Over the lower end face 5.1.1 can the piston head 5.1 in a recess 3.1 the piston retaining plate 3 rest, which is lower than the height of the piston head 5.1 is. This has the piston head 5.1 in the direction of the axis A, an axial clearance equal to the difference between the height of the piston head 5.1 and depth of the recess 3.1 , The upper end face 5.1.2 protrudes over the top of the piston 5 out, bringing it to the as a piston sealing plate 6 executed piston seal can be created.

Grundsätzlich kann das obere Ende des Kolbens 5 auch über die obere Stirnfläche 5.1.2 hinausragen, womit das obere Ende des Kolbens 5 an die Kolbendichtplatte 6 angelegt werden kann.Basically, the upper end of the piston 5 also over the upper face 5.1.2 protrude, bringing the top of the piston 5 to the piston sealing plate 6 can be created.

Wie aus 1a ersichtlich, weist die Oberseite der Kolbenhalteplatte 3 eine Vielzahl von Ausnehmungen 3.1 auf in einem gleichen matrixförmigen Raster wie die Kapillaren 8. Die jeweils in einer Reihe angeordneten Ausnehmungen 3.1 stehen über Rillen 3.2 miteinander in Verbindung, die gemeinsam mit der aufliegenden, als Kolbendichtplatte 6 ausgebildeten Kolbendichtung Luftkanäle bilden. Oberhalb der Kolbendichtplatte 6 ist eine Anschlagplatte 4 angeordnet, welche mittelbar über die Kolbendichtplatte 6 an der Kolbenhalteplatte 3 über lösbare Verbindungen fixiert ist.How out 1a can be seen, the top of the piston retaining plate 3 a variety of recesses 3.1 on in a same matrix-like grid as the capillaries 8th , Each arranged in a row recesses 3.1 stand over grooves 3.2 in conjunction with each other, which together with the overlying, as a piston sealing plate 6 formed piston seal form air ducts. Above the piston sealing plate 6 is a stop plate 4 arranged, which indirectly via the piston sealing plate 6 on the piston retaining plate 3 is fixed via detachable connections.

Die Kolbenhalteplatte 3 und die Anschlagplatte 4 sind gemeinsam entlang der Achse A gegenüber der feststehenden Trägerplatte 1 beweglich, womit der Kolben 5 im Innenzylinder 1.1 entsprechend der Länge des Hubweges angehoben und abgesenkt werden kann.The piston retaining plate 3 and the stop plate 4 are together along the axis A with respect to the fixed support plate 1 movable, bringing the piston 5 in the inner cylinder 1.1 can be raised and lowered according to the length of the stroke.

Die Kolbenhalteplatte 3, die Kolbendichtplatte 6, die Anschlagplatte 4 sowie die Kolben 5 mit dem jeweils an ihm vorgesehen Kolbenkopf 5.1 bilden gemeinsam eine gleiche Anzahl von Kolbenbaugruppen 15, wie Kapillaren 8 vorhanden sind.The piston retaining plate 3 , the piston sealing plate 6 , the stop plate 4 as well as the pistons 5 with the respective piston head provided on it 5.1 together form an equal number of piston assemblies 15 like capillaries 8th available.

Die einer Kolben-Zylinder-Einheit 17 zugeordnete Kapillare 8 ist mit dem Innenzylinder 1.1 pneumatisch verbunden. Grundsätzlich kommt hier jede Art von Verbindung infrage, welche eine gegenüber der Umgebung abdichtende Verbindung darstellt.The one piston-cylinder unit 17 associated capillary 8th is with the inner cylinder 1.1 pneumatically connected. In principle, any type of connection is possible here, which represents a connection sealing off from the environment.

Um eine matrixförmige Anordnung von Kapillaren 8 mit einem Kapillardispenser zu verbinden, werden die Kapillaren 8 in einem Magazin 9 mit den entsprechenden Rasterabständen zueinander eingebracht und das Magazin 9 über die Dichtmatte 10 mittelbar kraftschlüssig an der Trägerplatte 1 zur Anlage gebracht. Im nachfolgenden soll der Begriff Magazin 9 für eine Planplatte stehen, in welcher die Kapillaren 8 angeordnet sind, unabhängig davon wie sie in der Platte gehalten werden und ob sie in der Platte lösbar bzw. nicht lösbar befestigt oder unbefestigt gehalten werden.To a matrix-like arrangement of capillaries 8th to connect with a capillary dispenser, become the capillaries 8th in a magazine 9 with the corresponding grid intervals introduced to each other and the magazine 9 over the sealing mat 10 indirectly frictionally on the support plate 1 brought to the plant. In the following, the term magazine 9 stand for a plane plate in which the capillaries 8th are arranged, regardless of how they are held in the plate and whether they are releasably secured or non-releasably secured or unattached in the plate.

In einem weniger vorteilhaften Ausführungsbeispiel können die Kapillaren 8 z. B. fest in ein Magazin 9 eingelassen sein. Nachteilig ist hier, dass beschädigte, abgebrochene oder verstopfte Kapillaren 8 nicht getauscht werden können, was gegebenenfalls den Austausch des gesamten Magazins 9 erforderlich macht.In a less advantageous embodiment, the capillaries 8th z. B. firmly in a magazine 9 be admitted. The disadvantage here is that damaged, broken or clogged capillaries 8th can not be exchanged, which, if necessary, the replacement of the entire magazine 9 required.

Die Kapillaren 8 können stattdessen auch einzeln in Schäften, z. B. aus Kunststoff gefasst sein und über eine am Schaft vorgesehene lösbare Schraub-, Klemm- oder Steckverbindung in einem Magazin 9 lösbar fixiert sein. Der ersichtliche Vorteil zur vorgenannten Lösung besteht darin, dass die Kapillaren 8 mit Schäften, die form- und/oder kraftschlüssig mit dem Magazin 9 verbunden werden, einzeln und einfach zu ersetzen sind. Der Nachteil ist, dass solche Verbindungen nicht beliebig oft gelöst werden können ohne zu verschleißen und die Anzugskraft zum Befestigen der Verbindung, darf weder zu groß, noch zu klein sein, um einerseits den Schaft nicht zu beschädigen und andererseits einen festen Sitz zu gewährleisten.The capillaries 8th Instead, individually in shafts, z. B. be taken from plastic and a provided on the shaft detachable screw, clamp or plug connection in a magazine 9 be releasably fixed. The apparent advantage of the above solution is that the capillaries 8th with shanks, the positive and / or non-positive with the magazine 9 connected individually and simply to replace. The disadvantage is that such compounds can not be solved as often without wear and the tightening force to attach the connection may not be too large or too small, on the one hand not to damage the shaft and on the other hand to ensure a tight fit.

Als vorteilhafte Lösung zum Fassen der Kapillaren 8 wird vorgeschlagen diese jeweils in eine Kapillarhalterung 7 einzubringen, die wie eine Pipettenspitze ausgeführt ist und in den 3a und 3b dargestellt ist. Sie besteht aus einem röhrenförmigen Spitzenteil 7.1 und einem an diesem in Dispensierrichtung hinteren Ende ausgebildeten Spitzenbund 7.2 mit einer vorderen und einer hinteren, dem Spitzenteil 7.1 zugewandten Stirnseite.As an advantageous solution for grasping the capillaries 8th this is proposed in each case in a capillary holder 7 which is designed like a pipette tip and in the 3a and 3b is shown. It consists of a tubular tip part 7.1 and a tip collar formed at the rear end in the dispensing direction 7.2 with a front and a back, the top part 7.1 facing end face.

Die Kapillarhalterungen 7 können mit ihrem Spitzenteil 7.1 in dafür vorgesehene Löcher in ein Magazin 9 eingeführt werden, bis die hintere Stirnseite des Spitzenbundes 7.2 zur Auflage auf dem Magazin 9 kommt und die Kapillarhalterung 7 mit einem minimalen radialen Spiel im Magazin 9 hängt. Um die Kapillarhalterungen 7 und damit die Kapillaren 8 auszutauschen, muss keine Verbindung gelöst werden, sondern die Kapillarhalterung 7 wird lediglich durch ein widerstandsfreies Anheben aus dem Magazin 9 herausgezogen, weshalb der Austausch zu keiner mechanischen Belastung der Kapillarhalterung 7 und damit zu keinem durch den Austausch begründeten Verschleiß führt.The capillary holders 7 can with their lace part 7.1 in designated holes in a magazine 9 be introduced until the rear end of the top collar 7.2 for circulation on the magazine 9 comes and the capillary holder 7 with a minimal radial play in the magazine 9 hangs. Around the capillary holders 7 and with it the capillaries 8th to replace, no connection must be solved, but the capillary holder 7 is only by a resistance-free lifting from the magazine 9 pulled out, which is why the exchange to no mechanical stress on the capillary holder 7 and thus does not lead to wear caused by the replacement.

Die Kapillare 8 ist am vorderen Ende der Kapillarhalterung 7, wenigstens geringfügig aus dieser herausragend, befestigt. Sie kann z. B. eingeklebt oder eingepresst sein. Die Kapillarhalterung 7 kann vorteilhaft auch als monolithisches Spritzgussteil mit der Kapillare 8 als Einlegeteil hergestellt sein.The capillary 8th is at the front end of the capillary holder 7 , at least slightly out of this outstanding, attached. You can z. B. glued or pressed. The capillary holder 7 can also be advantageous as a monolithic injection molded part with the capillary 8th be manufactured as an insert.

Das Magazin 9 ist an der Trägerplatte 1 positionier- und befestigbar und zwar so, dass die vorderen Stirnseiten der Spitzenbunde 7.2 kraftschlüssig an die Dichtmatte 10 angelegt sind.The magazine 9 is on the carrier plate 1 can be positioned and fastened in such a way that the front end faces of the top bundles 7.2 non-positively to the sealing mat 10 are created.

Die Kapillaren 8 sind vorzugsweise aus Glas, können aber auch aus anderen Materialien wie bspw. Kunststoff oder Keramik bestehen, wobei gewährleistet sein muss, dass die kapillare Steighöhe der zu dispensierenden Flüssigkeit ausreicht, um die Kapillare 8 vollständig zu befüllen. Die kapillare Steighöhe h lässt sich durch folgende Formel berechnen: h = 2γcosΘ / ρgR dabei ist γ die Oberflächenspannung der Flüssigkeit, Θ der Benetzungswinkel, ρ die Dichte der Flüssigkeit, g die Erdbeschleunigung und R der innere Radius der Kapillare 8.The capillaries 8th are preferably made of glass, but may also consist of other materials such as plastic or ceramic, it must be ensured that the capillary rise height of the liquid to be dispensed sufficient to the capillary 8th completely filled. The capillary rise height h can be calculated by the following formula: h = 2γcosΘ / ρgR where γ is the surface tension of the liquid, Θ the wetting angle, ρ the density of the liquid, g the acceleration due to gravity, and R the inner radius of the capillary 8th ,

Die Kapillaren 8 haben vorzugsweise eine hydrophobe Außenbeschichtung, um ein Anhaften der Flüssigkeit beim Herausheben aus der Flüssigkeit weitmöglichst zu verhindern sowie das Hochkriechen von Flüssigkeit an der Außenseite der Kapillare 8 bei Ausbildung eines Tropfens am Kapillarende zu unterdrücken. Besonders vorteilhaft ist eine Beschichtung aus Fluorpolymer.The capillaries 8th preferably have a hydrophobic outer coating to prevent the liquid from sticking out of the liquid To prevent as much as possible and the crawling of liquid on the outside of the capillary 8th to suppress the formation of a drop at the end of the capillary. Particularly advantageous is a coating of fluoropolymer.

Vorteilhaft werden die Kapillaren 8, bzw. deren freie Enden, möglichst dünnwandig ausgeführt, um die Stirnfläche am Kapillarende zu minimieren und hierdurch das Haftvermögen von Flüssigkeit an der Stirnfläche zu minimieren.The capillaries become advantageous 8th , or their free ends, as thin as possible to minimize the end face at the capillary end and thereby to minimize the adhesion of liquid to the end face.

Nachfolgend wird die Arbeitsweise eines erfindungsgemäßen Kapillardispensers anhand der Funktion einer Kolben-Zylinder-Einheit 17, wie sie in den 3a und 3b gezeigt ist, im Zusammenwirken mit der dargestellten Kapillare 8 erläutert.The operation of a capillary dispenser according to the invention will be described below on the basis of the function of a piston-cylinder unit 17 as they are in the 3a and 3b shown in cooperation with the capillary shown 8th explained.

Zu Beginn des Dispensiervorganges befindet sich die Kolbenbaugruppe 15 in einer oberen Endlage, wie in 3a dargestellt. Der Kolbenkopf 5.1 liegt am Boden der Ausnehmung 3.1 in der Kolbenhalteplatte 3 an. Im Kolben 5, dessen unteres Ende sich im Innenzylinder 1.1 befindet, während dessen oberes Ende über die Luftkanäle mit der Atmosphäre in Verbindung steht, herrscht folglich im Innenzylinder 1.1 der Umgebungsdruck.At the beginning of the dispensing process, the piston assembly is located 15 in an upper end position, as in 3a shown. The piston head 5.1 lies at the bottom of the recess 3.1 in the piston retaining plate 3 at. In the piston 5 whose lower end is in the inner cylinder 1.1 is located, while the upper end of which communicates via the air channels with the atmosphere, therefore prevails in the inner cylinder 1.1 the ambient pressure.

Da sich die Kapillare 8 durch ihre Kapillarwirkung über das Eintauchen ihres freien Endes selbstständig befüllt, solange das andere Ende offen ist und ein im wesentlichen gleicher Umgebungsdruck anliegt wie an dem freien Ende, kann die Kapillare 8 bereits befüllt sein oder jetzt durch Eintauchen in eine Flüssigkeit befüllt werden. Dazu wird vorzugsweise ein mit der Flüssigkeit befülltes Gefäß zu den Kapillaren 8 hin angehoben.Because the capillary 8th filled independently by their capillary action on the immersion of their free end, as long as the other end is open and a substantially the same ambient pressure is applied as at the free end, the capillary 8th already filled or now be filled by immersion in a liquid. For this purpose, preferably a filled with the liquid vessel to the capillaries 8th raised.

Zum Dispensieren muss im Innenzylinder 1.1 ein Druck aufgebaut werden, was voraussetzt, dass der Innenzylinder 1.1 verschlossen und das freie Volumen in ihm anschließend verringert wird, um die Flüssigkeit aus der Kapillare 8 auszustoßen. Das Verschließen des Innenzylinders 1.1 erfolgt mittelbar über das einseitige Verschließen des Kolbens 5 indem die Kolbenbaugruppe 15 abgesenkt wird. Nach einem Weg gleich dem axialen Spiel des Kolbenkopfes 5.1 wird der Kolbenkopf 5.1 mittelbar über die Kolbendichtplatte 6 an die Anschlagplatte 4 gedrückt und verschlossen. Die Kolben-Zylinder-Einheit 17 ist damit gegenüber der Umgebung abgedichtet und es wird bei einem weiteren Absenken der Kolbenbaugruppe 15 und damit des Kolbens 5 ein Druck zum Dispensieren der Flüssigkeit aus den Kapillaren 8 aufgebaut, bis dieser ausreichend ist, um die Flüssigkeit auszustoßen. Siehe hierzu 3b. Eine untere Endlage der Kolbenbaugruppe 15 ist durch die Anlage der Kolbenhalteplatte 3 an der Andruckplatte 2 gegeben, kann aber ebenso durch zusätzlich vorhandene Anschläge definiert sein.For dispensing must be in the inner cylinder 1.1 a pressure to be built up, which requires that the inner cylinder 1.1 closed and the free volume in it is subsequently reduced to the liquid from the capillary 8th eject. The closing of the inner cylinder 1.1 takes place indirectly via the one-sided closing of the piston 5 by the piston assembly 15 is lowered. After a way equal to the axial play of the piston head 5.1 becomes the piston head 5.1 indirectly via the piston sealing plate 6 to the stop plate 4 pressed and closed. The piston-cylinder unit 17 is thus sealed from the environment and it is at a further lowering of the piston assembly 15 and thus the piston 5 a pressure to dispense the fluid from the capillaries 8th built up until it is sufficient to expel the liquid. See also 3b , A lower end position of the piston assembly 15 is by the plant of the piston retaining plate 3 on the pressure plate 2 given, but can also be defined by additionally existing attacks.

Nach der vollständigen Abgabe der Flüssigkeit wird der Kolben 5 über ein Anheben der Kolbenbaugruppe 15 wieder in seine obere Endlage gebracht, wobei sich der Kolben 5 wieder öffnet, sodass sich im Innenzylinder 1.1 wieder der Umgebungsdruck einstellt. Dabei oder anschließend kann über die Kapillare 8 erneut Flüssigkeit aufgenommen werden, wobei die Aufnahme nicht durch ein Ansaugen, sondern ausschließlich durch den Kapillareffekt bewirkt wird. Die beschriebene Arbeitsweise erfolgt für alle Kolben-Zylinder-Einheiten 17 des Kapillardispensers synchron.After the complete release of the liquid, the piston 5 about lifting the piston assembly 15 brought back to its upper end position, with the piston 5 opens again, so that in the inner cylinder 1.1 again sets the ambient pressure. This or subsequently can via the capillary 8th be taken up again fluid, the recording is not effected by a suction, but only by the capillary effect. The procedure described is for all piston-cylinder units 17 of the capillary dispenser synchronously.

In einem zweiten Ausführungsbeispiel soll der Kapillardispenser ein ganzzahliges Vielfaches von Kapillaren 8 aufweisen als Kolben-Zylinder-Einheiten 17, wie sie im ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden, vorhanden sind.In a second embodiment, the capillary dispenser is an integer multiple of capillaries 8th have as piston-cylinder units 17 , as described in the first embodiment, are present.

Hierbei sind mit jedem Innenzylinder 1.1 eine Anzahl von Kapillaren 8 verbunden, welche dem Vielfachen der Kolben-Zylinder-Einheiten 17 entspricht. Mit zunehmender Anzahl der über eine Kolben-Zylinder-Einheit 17 zu entleerenden Kapillaren 8, muss ein größerer Druck im Innenzylinder 1.1 aufgebaut werden.Here are with each inner cylinder 1.1 a number of capillaries 8th connected, which is the multiple of the piston-cylinder units 17 equivalent. With increasing number of about a piston-cylinder unit 17 to be emptied capillaries 8th , needs a larger pressure in the inner cylinder 1.1 being constructed.

Anstelle einer Kolbendichtplatte 6 als Kolbendichtung für alle Kolben-Zylinder-Einheiten 17, kann auch pro Kolben-Zylinder-Einheit 17 z. B. eine Kugel 12 zur Abdichtung des Kolbens 5 verwendet werden, die in einer zusätzlichen Hilfsplatte 13 in einer Vertiefung 13.1 eingelegt ist.Instead of a piston sealing plate 6 as a piston seal for all piston-cylinder units 17 , also can per piston-cylinder unit 17 z. B. a ball 12 for sealing the piston 5 used in an additional auxiliary plate 13 in a depression 13.1 is inserted.

In den 4a und 4b ist ein Ausschnitt einer Kolbenbaugruppe 15 mit einer Kugel 12 als Kolbendichtung in einer oberen und unteren Endlage der Kolbenbaugruppe 15 gezeigt.In the 4a and 4b is a section of a piston assembly 15 with a ball 12 as a piston seal in an upper and lower end position of the piston assembly 15 shown.

Gleich dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel liegt der Kolbenkopf 5.1 in der unteren Endlage der Kolbenkopfbaugruppe 15 in der Ausnehmung 3.1 auf deren Boden an und der Kolben 5 ist geöffnet.Like the previously described embodiment is the piston head 5.1 in the lower end position of the piston head assembly 15 in the recess 3.1 on the bottom and the piston 5 it is open.

In der oberen Endlage der Kolbenbaugruppe 15 ist das obere Ende des Kolbens 5 direkt an die Kugel 12 angelegt und der Kolben 5 ist verschlossen. Die Kugel 12 kann aus einem Elastomer gefertigt sein bzw. aus Glas, Metall oder Keramik mit einer hochpräzisen Oberfläche. Im Falle einer nicht elastischen Kugel 12 ist das obere Ende des Kolbens 5, mit einer Stirnfläche gefertigt, die einen Krümmungsradius gleich dem Kugelradius aufweist. Die Kugeln 12 sind jeweils oberhalb der einzelnen Kolben 5 in einer Hilfsplatte 13 in dafür vorgesehenen Vertiefungen 13.1 gelegt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind in der Kolbenhalteplatte 3 Rillen 3.2 vorgesehen. Sie können entsprechend auch in der angrenzenden Seite der Hilfsplatte 13 eingebracht sein.In the upper end position of the piston assembly 15 is the upper end of the piston 5 directly to the ball 12 applied and the piston 5 is closed. The ball 12 can be made of an elastomer or of glass, metal or ceramic with a high-precision surface. In the case of a non-elastic ball 12 is the upper end of the piston 5 , manufactured with an end face having a radius of curvature equal to the ball radius. The balls 12 are each above the individual pistons 5 in an auxiliary plate 13 in designated wells 13.1 placed. Also in this embodiment are in the piston retaining plate 3 grooves 3.2 intended. You can also apply in the adjacent side of the auxiliary plate 13 be introduced.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel soll anhand von 5 erläutert werden.Another embodiment is based on 5 be explained.

Für das kontaktfreie Dispensieren ist, wie in der Beschreibung des Standes der Technik bereits erläutert, eine hohe Kolbenbeschleunigung/-geschwindigkeit vonnöten, um den zum Dispensieren nötigen Druck entsprechend schnell aufzubauen. Dies könnte durch einen großen Kolbendurchmesser erreicht werden. Dafür ist allerdings der Bauraum, sofern jedem Innenzylinder 1.1 nur eine Kapillare 8 zugeordnet wird, durch das Raster der Kapillaren 8, welches auf das Raster der Wells der Zielplatten (96er Platte = 9 mm; 384er Platte = 4,5 mm; 1536er Platte = 2,25 mm) angepasst ist, begrenzt.For non-contact dispensing, as already explained in the description of the prior art, a high piston acceleration / speed is required in order to build up the pressure required for dispensing correspondingly quickly. This could be achieved by a large piston diameter. However, this is the space, provided each inner cylinder 1.1 only one capillary 8th is assigned through the grid of capillaries 8th , which is adapted to the grid of the wells of the target plates (96-well = 9 mm, 384-well = 4.5 mm, 1536-well = 2.25 mm).

Um ohne hohe Beschleunigungen/Geschwindigkeiten auszukommen, kann auch ein Ventil 14 am unteren Ende des Innenzylinders 1.1 angebracht sein. Mit Hilfe des Ventils 14 ist es möglich, im Innenzylinder 1.1 mittels des Kolbens 5 den benötigten Druck zum Dispensieren aufzubauen und dann als Druckimpuls freizugeben. Hierfür kommen elektromagnetische Miniaturventile, aber auch passive Kugelrückschlagventile sowie sogenannte Durckbills oder Cross-slit-Valves aus einem Elastomer in Frage. Das Problem bei den passiven Ventilen ist, dass sie den Druck typischerweise nicht als Impuls freigeben, sondern sich beim Erreichen einer Schwelle langsam öffnen. Um auch mit den passiven Ventilen einen Druckimpuls zu erzeugen, wird vorgeschlagen das Ventil 14 so zu dimensionieren, dass es bei einem im Innenzylinder 1.1 maximal erzeugbaren Druck immer noch geschlossen ist und erst durch das Anlegen des Kolbens 5 mechanisch geöffnet wird, sodass der Druck schlagartig entweichen kann.To get along without high accelerations / speeds, a valve can also be used 14 at the lower end of the inner cylinder 1.1 to be appropriate. With the help of the valve 14 Is it possible in the inner cylinder 1.1 by means of the piston 5 build up the pressure needed to dispense and then release it as a pressure pulse. For this purpose, miniature electromagnetic valves, but also passive ball check valves and so-called Durckbills or cross-slit valves made of an elastomer come into question. The problem with passive valves is that they typically do not release the pressure as a pulse but slowly open when a threshold is reached. In order to produce a pressure pulse with the passive valves, the valve is proposed 14 to be dimensioned so that it is one in the inner cylinder 1.1 maximum producible pressure is still closed and only by the application of the piston 5 is mechanically opened, so that the pressure can escape suddenly.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Trägerplattesupport plate
1.11.1: Innenzylinderinner cylinder
22: Andruckplatteplaten
33: KolbenhalteplattePiston retaining plate
3.13.1: Ausnehmungrecess
3.23.2: Rillegroove
44: Anschlagplattestop plate
55: Kolbenpiston
5.15.1: Kolbenkopfpiston head
5.1.15.1.1: untere Stirnfläche des Kolbenkopfeslower end face of the piston head
5.1.25.1.2: obere Stirnfläche des Kolbenkopfesupper end face of the piston head
66: KolbendichtplattePiston sealing plate
77: Kapillarhalterungcapillary holder
7.17.1: Spitzenteiltop part
7.27.2: Spitzenbundlace top
88th: Kapillarecapillary
99: Magazinmagazine
1010: Dichtmattesealing mat
1111: Dichthülsesealing sleeve
1212: KugelBullet
1313: Hilfsplatteauxiliary plate
13.113.1: Vertiefungdeepening
1414: VentilValve
1515: Kolbenbaugruppepiston assembly
1616: Zylinderbaugruppecylinder assembly
1717: Kolben-Zylinder-EinheitPiston-cylinder unit
AA: Achseaxis

Claims

Capillary dispenser with at least one piston-cylinder unit ( 17 ), consisting of a cylinder assembly ( 16 ), with an inner cylinder ( 1.1 ) and a piston assembly ( 15 ), with a piston ( 5 ), which are arranged together on an axis (A), wherein the inner cylinder ( 1.1 ) at least with a capillary ( 8th ) is pneumatically connected, the piston ( 5 ) is designed as a hollow piston open on both sides and in the inner cylinder ( 1.1 ) along the axis (A) between an upper and a lower end position of the piston assembly ( 15 ) is movable and wherein the piston ( 5 ) is closable on one side to the piston ( 5 ) during the movement to the lower end position of the piston assembly ( 15 ) on one side.

Capillary dispenser according to claim 1, characterized in that to the at least one piston assembly ( 15 ) includes a piston seal to which an upper end face of the piston ( 5 ) in the upper end position of the piston assembly ( 15 ) is frictionally applied, whereby the piston ( 5 ) is closed and the piston ( 5 ) within the piston assembly ( 15 ) has an axial play in the direction of the axis (A).

Capillary dispenser according to claim 1, characterized in that to the at least one piston assembly ( 15 ) a piston seal is heard and on the piston ( 5 ) a piston head ( 5.1 ) is present, which via an upper end face of the piston ( 5 protrudes) and in the upper end position of the piston assembly ( 15 ) is frictionally applied to the piston seal, whereby the piston ( 5 ) is closed and the piston ( 5 ) within the piston assembly ( 15 ) has an axial play in the direction of the axis (A).

Capillary dispenser according to claim 2 or 3, characterized in that the piston seal a ball ( 12 ) and the upper end face of the piston ( 5 ) with a radius of curvature equal to the radius of the ball ( 12 ) is trained.

Capillary dispenser according to claim 2 or 3, characterized in that the piston seal a piston sealing plate ( 6 ).

Capillary dispenser according to claim 1, characterized in that the inner cylinder ( 1.1 ) with the capillary ( 8th ) via a valve ( 14 ).

Capillary dispenser according to claim 1, characterized in that at least one capillary ( 8th ) into a capillary holder ( 7 ) fitted in the form of a pipette tip.

Capillary dispenser according to claim 1, characterized in that the capillary dispenser a plurality of capillaries ( 8th ) and per capillary ( 8th ) a capillary holder ( 7 ) is present in the form of a pipette tip into which the capillary ( 8th ), a free end protruding, firmly inserted and the capillary supports ( 7 ) in a magazine ( 9 ) are arranged hanging.

Capillary dispenser according to claim 1, characterized in that each inner cylinder ( 1.1 ) with several capillaries ( 8th ).