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HINTERGRUND
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen elektrisch leitenden Kunststoffbehälter bzw. -gestellt für Pipettenspitzen, und insbesondere betrifft sie einen elektrisch leitenden Kunststoffbehälter zur Verwendung mit Pipettenspitzen nach der Entfernung der Pipettenspitzen von einer Mehrzahl von Pipetten.
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Moderne Laborautomatisierung bringt oft die Durchführung von Experimenten unter Verwendung von Platten mit mehreren Mulden mit sich. Diese Platten sind als ”Mikroplatten” bekannt. Eine typische Mikroplatte kann dreihundertvierundachtzig (384) Mulden oder mehr enthalten. Die Mikroplattenvertiefungen werden verwendet, um Proben aufzunehmen, die in einem Laborexperiment geprüft werden sollen. Pipetten werden benutzt, um Flüssigkeiten während des Laborexperiments in und aus den Mikroplattenmulden zu überführen. Beispielsweise können Pipetten die ursprünglichen Proben zusammen mit einer Anzahl verschiedener chemischer Reagenzien, die während der Laborexperimente verwendet werden, in die Mulden überführen, ein Beispiel für eine solche Laborausrüstung ist in der Patentschrift Nummer
US 6182719 im Namen der Matsushita Electric Industrial Company zu finden, wo die Verwendung von Verteilungsspitzen beim Überführen von flüssigen Proben beschrieben wird.
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Um eine Kontamination der Pipetten beim Überführen von Flüssigkeit in die und aus den Mikroplattenmulden zu verhindern, wird eine Einweg-Polypropylenpipettenspitze am Ende jeder Pipette angebracht. Die Pipettenspitze trägt die gesamte von einer Stelle zur anderen zu überführende Flüssigkeit und verhindert, dass die eigentliche Pipette in Berührung kommt. Nach der Überführung wird die Pipettenspitze von der Pipette entfernt und wird für nachfolgende Überführungen von verschiedenen Flüssigkeiten eine neue Pipettenspitze am Ende der Pipette angebracht. Auf diese Weise können präzise Konzentrationen, Bestandteilmischungen und Flüssigkeitsmengen unter Verwendung jeder Pipette ohne Furcht vor einer Kontamination aus einer vorherigen Flüssigkeitsüberführung unter Verwendung derselben Pipette überführt werden.
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Es werden oft Einrichtungen mit mehreren Pipetten verwendet, wenn Experimente unter Verwendung von Mikroplatten mit mehreren Mulden ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine Robotereinrichtung mit dreihundertvierundachtzig (384) Pipetten verwendet werden, wenn Experimente unter Verwendung einer Mikroplatte mit dreihundertvierundachtzig (384) ausgeführt werden. Solche Einrichtungen mit mehreren Pipetten sorgen für eine schnelle Entfernung oder Einbringung von Flüssigkeit in jede Mikroplattenmulde. Wenn Einrichtungen mit mehreren Pipetten verwendet werden, werden Spitzenaufnahmebehälter verwendet, um die an den Enden der Pipetten anzubringenden Pipettenspitzen zu halten. Die Spitzenaufnahmebehälter halten die Spitzen auf organisierte Weise und gestatten, dass die Spitzen schnell auf die Pipetten aufgesteckt oder von den Pipetten entfernt werden. Wie die Pipettenspitzen sind die Spitzenaufnahmebehälter typischerweise für die Erleichterung der Herstellung und Kosteneinsparungen aus Polypropylen ausgebildet. Weil die Spitzen und Aufnahmebehälter aus Polypropylen mit relativ geringen Kosten ausgebildet sind, ist es in der Industrie üblich, die Spitzen und Behälter nach einer kurzen Zeitdauer oder sogar nach einer Verwendung für eine Beseitigung und/oder ein Recyceln auszusondern.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist der Kopf 20 einer Einrichtung 24 mit mehreren Pipetten gezeigt. Der Kopf 20 hält dreihundervierundachtzig Pipetten 22, die zum Überführen von Flüssigkeit zu und von einer Mikroplatte 50 mit dreihundertvierundachtzig Mulden verwendet werden. Es sind Pipettenspitzen 30 gezeigt, die auf jede Pipette 22 der Einrichtung 24 mit mehreren Pipetten aufgesteckt sind. Die Pipettenspitzen sind über einem Spitzenaufnahmebehälter 40 angeordnet, der verwendet wird, um die Pipettenspitzen 30 zu halten, wenn sie von den Pipetten 22 der Einrichtung 24 mit mehreren Pipetten entfernt werden.
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Bevor die Pipetten verwendet werden können, um Flüssigkeit zu und von den Mikroplattenmulden zu überführen, müssen die Spitzen 30 auf die Pipetten gesteckt bzw. geladen werden. Ein Roboterarm (nicht gezeigt) liefert typischerweise den Aufnahmebehälter 40 voll mit Spitzen 30 in den Aufsteckbereich 42. Der Kopf ordnet sich selbst dann über dem Aufnahmebehälter 40 an, wobei jede Pipette mit einer der Spitzen in Ausrichtung ist. Der Kopf 20 bewegt sich dann nach unten, um die Pipetten mit den Spitzen 30 in Kontakt zu bringen. Jede Spitze 20 wird mit einem Reibungssitz an einer Pipette befestigt. Somit muss der Kopf mit erheblicher Kraft nach unten drücken (oder nach unten gezogen werden), um zu bewirken, dass die Spitzen auf die Enden der Pipetten gleiten. Die Gleitwirkung der Polypropylenspitzen an den Metalldornen bewirkt, dass sich eine elektrische Ladung, d. h. Triboelektrizität, am Äußeren der Spitzen 30 entwickelt.
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Wenn die Spitzen auf die Pipetten 22 gesteckt sind, bewegt der Kopf 20 die Pipetten und die verbundenen Spitzen 30, um die Spitzen in den Mulden der Mikroplatte 50 anzuordnen. De Pipetten saugen dann Flüssigkeit aus den Mulden und in die Spitzen 30 zur Lieferung an einen anderen Ort. Nach dem Überführen von einem Ort zu einem anderen (z. B. einer Mikroplatte zu einer anderen) kehrt der Kopf zu einer Position über dem Aufnahmebehälter 40 zurück, so dass sich der Kopf 20 in einer Position befindet, um die verwendeten Spitzen 30 zum Aufnahmebehälter zurückzubringen. Eine Hülsen- bzw. Schalenplatte (nicht gezeigt) zwingt die Spitzen von den Pipetten, was bewirkt, dass die Spitzen 30 in den Spitzenaufnahmebehälter 40 fallen, so dass jede Spitze in einem Spitzenaufnahmeteil bzw. -sitz am Spitzenaufnahmebehälter angeordnet ist. Wenn die Spitzen 30 von den Pipetten gezwungen werden, gleiten sie natürlich entlang der Pipetten, wodurch wieder bewirkt wird, dass als Folge der Reibungswirkung zwischen den Spitzen und der Pipette eine elektrische Ladung erzeugt und auf den Spitzen abgelagert wird. Nachdem die Spitzen 30 zum Spitzenaufnahmebehälter 40 zurückgebracht sind, kann der Roboterarm den Aufnahmebehälter voll mit Spitzen zum Beseitigen oder Reinigen entfernen. Alternativ können die Spitzen und der Aufnahmebehälter an ihrem Platz im Aufsteckbereich für eine weitere Verwendung durch die Einrichtung mit mehreren Pipetten bleiben.
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Wenn die Spitzen zum Aufnahmebehälter zurückgebracht sind, erzeugt die triboelektrische Wirkung leider ein Problem mit den Spitzen im Spitzenaufnahmebehälter. Insbesondere wenn die Polypropylenspitzen zum Polypropylenaufnahmebehälter zurückgebracht sind, beinhalten sie jeweils eine elektrostatische Ladung als Folge der Reibungswirkung zwischen den Pipetten und Spitzen während des Aufsteckens und Abnehmens der Spitzen an den Pipetten. Der Polypropylen-Spitzenaufnahmebehälter leitet Elektrizität nicht. Somit bleiben die statischen Ladungen auf den Spitzen, wenn sie im Aufnahmebehälter sitzen, weil es keinen Fluss elektrischer Ladung von den Spitzen zum Spitzenaufnahmebehälter gibt. Die statischen Ladungen auf den verschiedenen Spitzen und dem Aufnahmebehälter selbst bewirken, dass einige der Spitzen sich voneinander und dem Aufnahmebehälter abstoßen. Wenn die elektrostatische Ladung ausreicht, kann diese Abstoßungswirkung bewirken, dass eine oder mehrere der leichten Spitzen aus den richtigen Spitzenaufnahmeteilen im Aufnahmebehälter gelöst werden. In den schlimmsten Situationen können eine oder mehrere Spitzen als Folge der elektrostatischen Kräfte zwischen den Spitzen vollständig aus dem Spitzenaufnahmebehälter springen. Wenn eine Spitze aus einem Spitzenaufnahmeteil gelöst wird oder vollständig aus dem Spitzenaufnahmebehälter springt, treten bedeutende Probleme auf, weil lose Spitzen verloren gehen und nicht richtig ausgesondert und aus dem Testbereich entfernt werden. Auch wenn in einem nachfolgenden Schritt eines Laborvorgangs festgelegt ist, dass der Kopf zum Spitzenaufnahmebehälter zurückkehrt und noch einmal die Pipetten mit dem verwendeten Satz von Spitzen verbindet, kann eine ungenau sitzende Spitze am Spitzenaufnahmebehälter durch die Kraft des Kopfes zerdrückt werden, wenn der Kopf die Pipetten in die Position bewegt, um die Spitzen aufzunehmen. Dies kann zu einer Betriebsstörung der Einrichtung mit mehreren Pipetten und/oder fehlerhaften Experimentergebnissen fuhren.
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Aus den vorhergehenden Gründen gibt es einen Bedarf für ein System mit mehreren Pipetten, das verhindert, dass Spitzen im Spitzenaufnahmebehälter als Folge der triboelektrischen Wirkung während des Aufsteckens und Abnehmens der Spitzen gelöst werden. Außerdem gibt es einen Bedarf für einen Spitzenaufnahmebehälter zur Verwendung mit einem System mit mehreren Pipetten, das verhindert, dass elektrisch geladene Spitzen im Aufnahmebehälter versetzt werden.
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KURZDARSTELLUNG
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Die vorliegende Erfindung ist gerichtet auf eine Vorrichtung nach Anspruch 1, die den Bedarf für einen Spitzenaufnahmebehälter zur Verwendung mit einem System mit mehreren Pipetten befriedigt, das verhindert, dass elektrisch geladene Pipettenspitzen im Spitzenaufnahmebehälter versetzt werden, und auf ein Verfahren nach Anspruch 9, wobei bevorzugte Ausführungsformen durch abhähngige Ansprüche definiert sind.
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Die Fläche und die wenigstens eine Seitenwand bestehen aus elektrisch leitendem Kunststoffmaterial, wodurch die auf den Pipettenspitzen niedergelegte statische Elektrizität über den Spitzenaufnahmebehälter entladen wird, wenn die Pipettenspitzen den Spitzenaufnahmebehälter berühren. Eine Anzahl verschiedener elektrisch leitender Kunststoffmaterialien kann verwendet werden, um den Spitzenaufnahmebehälter zu bilden. Beispielsweise kann das elektrisch leitfähige Kunststoffmaterial Polypropylen beinhalten, das mit Kohlenstoff, Metallflocken, Metallpulver oder Metallsträngen bzw. -drähten imprägniert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst der Spitzenaufnahmebehälter etwa 15 Gew.-% bzw. 15% Masseanteil oder mehr Kohlenstoff und vorzugsweise etwa 21 Gew.-% Kohlenstoff.
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Wenn Pipettenspitzen, auf denen eine elektrische Ladung niedergelegt ist, mit dem Spitzenaufnahmebehälter in Kontakt kommen, wird die auf den Pipettenspitzen niedergelegte elektrische Ladung über den elektrisch leitenden Spitzenaufnahmebehälter geleitet und entweder an die Erde abgegeben oder auf dem Spitzenaufnahmebehälter dissipiert. Wenn die Pipettenspitzen in den Spitzenaufnahmebehälter gesetzt sind, werden somit die Pipettenspitzen im Spitzenaufnahmebehälter nicht versetzt, weil jegliche elektrostatische Ladungen auf den Pipettenspitzen von den Pipettenspitzen weg und über den Spitzenaufnahmebehälter geleitet. Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Perspektivansicht einer Einrichtung mit mehreren Pipetten, die Spitzen hält, die über einem Spitzenaufnahmebehälter angeordnet sind;
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2 zeigt eine Perspektivansicht und einen weggeschnittenen Abschnitt des leitenden Kunststoffaufnahmebehälters für Pipettenspitzen.
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BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 2 ist ein leitender Kunststoff-Spitzenaufnahmebehälter 60 für Pipettenspitzen gezeigt. Der leitende Kunststoffbehälter beinhaltet eine leitende äußere Schale 64, die um einen Stützeinsatz 62 herum ausgebildet ist. Der Stützeinsatz 62 wird getrennt von der leitenden äußeren Schale 64 hergestellt, und die beiden Teile sind so gestaltet, dass sie leicht zusammenpassen, um den vollständigen Behälter 60 zu bilden. Beispielsweise können der Stützeinsatz 62 und die leitende äußere Schale 64 einschnappen oder unter Verwendung anderer Verbindungsmittel (z. B. Schrauben, Klebemittel, usw.) verbunden werden.
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Die leitende äußere Schale 64 ist so gestaltet, dass sie die Pipettenspitzen 66 aufnimmt. Die leitende äußere Schale beinhaltet Seltenwände 80, die von den Seiten einer Fläche 82 herunterhängen, und eine Anzahl von Spitzenaufnahmeteilen 84, die an der Fläche 82 ausgebildet sind. Die Spitzenaufnahmeteile sind Löcher in der Fläche 82 und sind auf rechteckige Weise angeordnet, um eine Matrix aus Spitzenaufnahmeteilen zu bilden. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Fläche 82 und die Seitenwände als Einzelteil integral ausgebildet, um die leitende äußere Schale 64 zu bilden.
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Die leitende äußere Schale 64 ist aus irgendeiner Anzahl verschiedener Kunststoffe ausgebildet, die fähig sind Elektrizität zu leiten oder Elektrizität zu dissipieren. In einer Ausführungsform der Erfindung ist die leitende äußere Schale hauptsächlich aus Polypropylen gebildet und mit weiterem Material gefüllt, um die äußere Schale leitend zu machen. Beispielsweise kann das Polypropylen mit etwa 15 Gew.-% oder mehr Kohlenstoff imprägniert sein, um den Kunststoff leitend zu machen. Polypropylen, das mit etwa 21 Gew.-% Kohlenstoff imprägniert ist, ist ein bevorzugter leitender Kunststoff, wie der, der von RTP Company, Winona, Minnesota, hergestellt wird. Es kann jedoch jede Anzahl verschiedener Materialien für die leitende äußere Schale verwendet werden. Beispielsweise kann außer der Verwendung von Kohlenstoff der Kunststoff auch leitend gemacht werden, indem Metallstränge, Metallflocken, Metallpulver in den Kunststoff aufgenommen wird. Anstatt Materialien in den Kunststoff zu imprägnieren, bevor der Aufnahmebehälter zu seiner gewünschten Form geformt wird, kann der leitende Kunststoffaufnahmebehälter ferner gebildet werden, indem das Äußere des Aufnahmebehälters mit leitenden Kunststoffmaterial oder Metallmaterial beschichtet wird.
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Der leitende Kunststoffaufnahmebehälter ist fähig, Elektrizität ausreichend zu leiten oder zu dissipieren, so dass die Elektrizität, die auf einer Spitze niedergelegt ist, die in dem Spitzenaufnahmebehälter angeordnet ist, aus der Spitze und über den Spitzenaufnahmebehälter fließt, dadurch verhindert, dass die Spitze andere Spitzen im Aufnahmebehälter mit irgendwelchen Kräften abstößt, die so bedeutend sind, dass die Sitzposition der anderen Spitzen im Spitzenaufnahmebehälter gestört wird. Zu diesem Zweck kann der Spitzenaufnahmebehälter geerdet sein, um zu gestatten, dass statische Elektrizität, die durch den Spitzenaufnahmebehälter fließt, geerdet wird. Wenn der Spitzenaufnahmebehälter nicht geerdet ist, ist jedoch die Oberfläche des Aufnahmebehälters ausreichend groß, um bedeutende Konzentrationen statischer Elektrizität über den ganzen Aufnahmebehälter zu dissipieren und jegliche Probleme zu vermeiden, bei denen Pipettenspitzen aus ihren Aufnahmeteilen gelöst werden. Folglich soll der Begriff ”leitender Kunststoff”, wie er hier verwendet wird, sowohl elektrisch leitende Kunststoffe als auch statisch dissipative Kunststoffe abdecken.
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Der Stützeinsatz 62 dient als Skelett für den Kunststoffaufnahmebehälter, der einen strukturellen Halt bereitstellt, um den Aufnahmebehälter 60 stark und robust zu machen. Der Stützeinsatz 62 besteht vorzugsweise aus Polypropylen und kann weiteres Material, wie Graphit, enthalten, um den Einsatz leitend zu machen, oder nicht. Obwohl der Stützeinsatz 62 vollständig von der leitenden äußeren Schale 64 bedeckt ist, zeigt 2 einen weggeschnittenen Abschnitt der leitenden äußeren Schale, der den Stützeinsatz 62 freilegt. Der Einsatz 62 stellt eine Anzahl von Stützwänden 70 bereit, die Kammern 72 zum Aufnehmen von Pipettenspitzen 66 bilden, wenn sie in den Aufnahmebehälter eingesetzt werden. Die Stützwände 70 stellen eine leichte Honigwabenstruktur bereit, die gestattet, dass die Fläche der leitenden äußeren Schale einen großen Kraftbetrag unterstützt. Es ist wichtig, dass die Fläche einen großen Kraftbetrag unterstützt, wegen der bedeutenden Kraft, die auf die Fläche ausgeübt wird, wenn die Pipetten an den im Aufnahmebehälter sitzenden Pipettenspitzen angebracht werden. Außerdem beinhaltet der Stützeinsatz 62 eine Anzahl von Stützen 68 um die äußeren Stützwände herum. Die Stützen 68 passen an die Seitenwände 80 der leitenden äußeren Schale 64, wenn die leitende äußere Schale mit dem Einsatz 62 verbunden ist, wodurch ein zusätzlicher struktureller Halt für die leitende äußere Schale bereitgestellt wird. Der zweiteilige Aufnahmebehälter, der aus der leitenden äußeren Schale 64 und dem Stützeinsatz 62 besteht, kann mit geringeren Kosten hergestellt werden, als der einteilige Aufnahmebehälter, weil das teurere leitende Kunststoffmaterial nur erforderlich ist, um die leitende äußere Schale 64 herzustellen, und der Stützeinsatz 62 aus einem weniger teuren nichtleitenden Kunststoff bestehen kann.
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Jede Pipettenspitze 66 besteht aus Polypropylen und beinhaltet einen Kragenabschnitt 90 und einen konischen Körper 92. Der Kragenabschnitt 90 beinhaltet und Innendurchmesser, und dieser Innendurchmesser des Kragenabschnitts ist so gestaltet, dass er um das Ende einer Pipette, die von der Einrichtung mit mehreren Pipetten gehalten wird, herum sicher passt und dadurch die Pipettenspitze an der Pipette anbringt. Der konische Körper 92 ist der Abschnitt der Spitze, der von einem Ort zu einem anderen zu überführende Flüssigkeit aufnimmt und abgibt. 2 zeigt einen ersten Abschnitt 94 der Pipettenspitzen, die aus ihren Aufnahmeteilen 84 entfernt sind, und einen zweiten Abschnitt 96 der Pipettenspitzen, die in ihren Aufnahmeteilen auf dem Spitzenaufnahmebehälter 60 angeordnet sind. Wie durch den ersten Abschnitt 94 der Pipettenspitzen gezeigt, ist jede Pipettenspitze im Aufnahmebehälter angeordnet, indem der konische Körper der Pipettenspitze in eines der Aufnahmeteile 84 eingesetzt ist. Wie durch den zweiten Abschnitt 96 der Pipettenspitzen gezeigt, wenn eine Pipettenspitze richtig in einem Aufnahmeteil 84 angeordnet ist, ruht der Kragenabschnitt 90 der Pipettenspitze an der Fläche 82 der leitenden äußeren Schale 64 und ist der konische Körper 92 in einer der Kammern 72 des Stützeinsatzes aufgenommen. Somit ist der Durchmesser jedes Pipettenaufnahmeteils 84 groß genug, um den konischen Körper 92 einer Pipettenspitze weiterzugeben, aber klein genug, um den Durchgang des Kragenabschnitts 90 zu verhindern.
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In Betrieb überführt der Roboter den Aufnahmebehälter 60 mit eingesetzten Polypropylenspitzen 66 zu einem Ansteckbereich, wo die Einrichtung mit mehreren Pipetten die im Aufnahmebehälter angeordneten Spitzen aufnimmt. Der Kopf der Einrichtung mit mehreren Pipetten kommt über dem Aufnahmebehälter 60 in Position, und die Pipetten werden in die Kragen 90 der Pipettenspitzen eingesetzt. Das Reiben der Pipettenspitzen mit den Kragen erzeugt eine statische elektrische Ladung auf den Spitzen. Nachdem die Pipetten und ihre zugehörigen Spitzen verwendet wurden, um Flüssigkeiten von einem Ort zu einem anderen zu überführen, werden die Spitzen durch die Hülsenplatte (nicht gezeigt) von den Pipetten entfernt. Wenn die Spitzen von den Pipetten entfernt werden, reiben wieder die Kragen 90 an den Pipetten, und es werden elektrostatische Ladungen erzeugt und auf den Spitzen niedergelegt. Wenn jedoch die Spitzen in die Aufnahmeteile fallen und mit der leitenden äußeren Schale des Aufnahmebehälters in Kontakt kommen, wird die elektrostatische Ladung von den Spitzen und über den Aufnahmeteil zur Erde geleitet oder im Aufnahmeteil dissipiert. Wenn die Spitzen im Aufnahmebehälter angeordnet sind, stoßen sie sich somit nicht gegenseitig oder den Aufnahmeteil ab und werden durch die Schwerkraft sicher an ihrem Plat im Aufnahmebehälter gehalten. Auf diese Weise verhindert der leitende Kunststoffaufnahmebehälter für Pipettenspitzen Zufallsstörungen, die sich aus elektrostatischen Ladungen auf den Spitzen ergeben, und macht daher den Betrieb der Einrichtung mit mehreren Pipetten zuverlässiger.
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Es wurden verschiedene Tests unter Verwendung des leitenden Kunststoff-Spitzenaufnahmebehälters in einer Laborumgebung ausgeführt. In einem Test wurde die leitende äußere Schale aus Polypropylenmaterial ausgebildet, das mit Kohlenstoff imprägniert ist, so dass der Kohlenstoff etwa 21% des Gesamtgewichts des Polypropylenmaterials umfasste. Mit diesen 21 Gew.-% Kohlenstoff-Polypropylenmaterial beseitigte der Spitzenaufnahmebehälter zuverlässig das Problem der Spitzen-Abstoßung im Spitzenaufnahmebehälter bei 17% relativer Feuchtigkeit. Es wurde festgestellt, dass bei Testumgebungen mit sehr geringer Feuchtigkeit von weniger als 10% relativer Feuchtigkeit manchmal zusätzliche Feuchtigkeit erforderlich ist, um jegliches bedeutende Abstoßen der Spitzen im Aufnahmebehälter unter Verwendung der leitenden äußeren Schale zu verhindern, die aus Polypropylenmaterial mit etwa 21 Gew.-% Kohlenstoff ausgebildet ist. Andere leitende oder dissipative äußere Schalen jedoch, die aus anderen Kunststoffen ausgebildet sind, können unter Bedingungen mit geringer Feuchtigkeit sogar zuverlässiger funktionieren.
