WO2000033086A1 - Workstation for microbiological tests - Google Patents

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WO2000033086A1
WO2000033086A1 PCT/EP1999/009213 EP9909213W WO0033086A1 WO 2000033086 A1 WO2000033086 A1 WO 2000033086A1 EP 9909213 W EP9909213 W EP 9909213W WO 0033086 A1 WO0033086 A1 WO 0033086A1
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WO
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dispenser head
samples
work station
capillaries
crossmember
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Application number
PCT/EP1999/009213
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German (de)
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Inventor
Günter Neumann
Peter Adib
Original Assignee
Luigs & Neumann Feinmechanik Und Elektrotechnik Gmbh
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Publication date
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N35/00Automatic analysis not limited to methods or materials provided for in any single one of groups G01N1/00 - G01N33/00; Handling materials therefor
    • G01N35/10Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices
    • G01N35/1009Characterised by arrangements for controlling the aspiration or dispense of liquids
    • G01N35/1011Control of the position or alignment of the transfer device
    • GPHYSICS
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    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N35/04Details of the conveyor system
    • G01N2035/0474Details of actuating means for conveyors or pipettes
    • G01N2035/0491Position sensing, encoding; closed-loop control
    • G01N2035/0494Detecting or compensating piositioning errors
    • GPHYSICS
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    • G01N35/1004Cleaning sample transfer devices
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    • G01N35/1081Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices characterised by the means for relatively moving the transfer device and the containers in an horizontal plane
    • G01N35/109Devices for transferring samples or any liquids to, in, or from, the analysis apparatus, e.g. suction devices, injection devices characterised by the means for relatively moving the transfer device and the containers in an horizontal plane with two horizontal degrees of freedom

Definitions

  • the invention relates to a workplace for microbiological tests with the features specified in the preamble of claim 1.
  • microbiological examinations small dosed quantities of the material to be examined are often applied to a slide with the aid of a pipette or capillary, for example in order to interact with other materials or to be subjected to other treatments or examinations.
  • Workplaces for such microbiological tests have so far been put together from case to case from individual components, the most important of which is a manipulator with which the required minimal movements can be reproducibly carried out.
  • the remaining components were placed more or less arbitrarily in suitable places and fixed.
  • the invention is based on the object of creating a complete workstation for microbiological tests, in particular genetic engineering work, which already contains the facilities required for this purpose, in an operable manner and in a suitable arrangement for each other, for all relevant work, so that no time-consuming conversions between different tests or experiments required are.
  • the movability of the dispenser head between a sample delivery point, at which the samples to be examined are fed in a tray that can be positioned there, and one Sample delivery point, at which dosed samples are dispensed onto a slide enables fast, targeted work, which can also be automated by appropriate control.
  • the samples are fed into microwave plates, which are characterized by a large number of small recesses for holding individual samples, then, for example, when using a dispenser head with a row arrangement of capillaries or pipettes, preferably piezoelectric micropipettes, a corresponding number of samples can be taken out simultaneously several wells of the microwave plate can be removed, which is possible by exact positioning of the pipettes in relation to the wells, i.e. the dispenser head relative to the plate, and these samples are transported to the slide by the dispenser head method and can be dispensed there in exact doses at precisely definable positions become.
  • the position calibration unit arranged in the range of motion of the dispenser head permits exact adjustment of the droplets emerging from the pipettes, so that they are deposited on the specimen slide at precisely defined unloading positions.
  • a rinsing bath also provided in the movement area of the dispenser head allows the pipettes to be cleaned between the taking of different samples, so that undesired mixing or contamination of the substances taken up and dispensed by the pipettes can be avoided.
  • control of the movements of the dispenser head in the horizontal and vertical directions for sampling, sample transport and sample dispensing can be carried out very precisely with the aid of control circuits for the corresponding one-part motors, so that the desired positions can be approached reproducibly with the highest accuracy.
  • the work station according to the invention can have a specimen slide unit for a large number of specimen slides, for example in the form of a carousel or turntable, during whose gradual rotation different specimen slides can be brought one after the other into the dispensing area of the dispenser head.
  • the number of dispensing positions of the pipette contents can be multiplied, since, for example, with a row arrangement of pipettes or capillaries, dosed samples are also dispensed in a row on the slide, and when this is done offset by a piece by the above-mentioned transverse displacement, a further row of samples can be placed next to the first one, etc., until the capacity of the object carrier is reached. Because the turntable can be replaced, work can be carried out practically continuously, since a turntable with filled slides can be removed for further treatment and replaced by a new one, whose slides can then immediately take up new samples.
  • an optical control unit in the movement area of the dispenser head to check the position of the pipette tips in order to take into account any deviations from a target position when regulating the motors and thereby to ensure that the pipettes move exactly to the desired positions.
  • Such spamheit can admimilandi- gate also the possibility of observing from the Pi ⁇ petten exiting droplets, including photographic logging include, in order to determine in this way whether the Tropfchenabgabe goes or properly before possibly by contamination of pipettes uncontrolled conditions occurred are, which require an exact dosage compromise. The exact alignment of several pipettes can also be checked in this way.
  • An expedient design of the traverse for an exact guidance of the dispenser head consists in providing two parallel guide shafts for mounting the dispenser head, the dispenser head being suspended in a height-stable manner on a guide shaft and being guided on the other guide shaft in a laterally stable manner.
  • the suspension can expediently take place via angled ball guides or rollers with which the dispenser head hangs on the upper guide shaft, for example, while two ball guides or rollers provided on both sides of the lower guide shaft prevent the dispenser head from swinging around the upper shaft. This arrangement can also be interchanged.
  • a drive spindle can be arranged parallel to the two guide shafts, which is driven by a one-piece motor, possibly via a play-free gear, and engages play-free in an adjusting nut of the dispenser head, so that it can be delicately moved by rotating the drive spindle.
  • a variant of the workplace according to the invention is not to attach the crossbar to two guide columns anchored on a base plate, but to a rotatably mounted guide column which allows the crossbar to be pivoted through a horizontal angle.
  • the entire traverse can be moved in the longitudinal direction on the mounting column in order to bring the dispenser head attached at one end into the various working positions.
  • there is an automatically operating gripping device for sample containers if desired, for example to remove the aforementioned microwave plates from a delivery point and insert them into a carriage, which is then moved into the desired position, where the dispenser head can take the samples.
  • the assembly column can pivot the crosshead into the required position so that the entire workflow can be automated even further.
  • Figure 1 is a schematic side view of an embodiment of the workplace according to the invention.
  • FIG. 2 shows a plan view of the work station illustrated in FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a modified form of the invention
  • Figures 4A and B details of the dispenser head mounting m the crossbar.
  • a base plate 4 can be seen, which carries two assembly columns 1.3, to which in turn a cross member 1.0 is attached.
  • a dispenser head 1.1 can be moved along the traverse in arrow A with the aid of an adjusting motor 1.5 and positioned exactly.
  • Another one-part motor 1.4 allows a precisely controlled raising and lowering of the dispenser head 1.1 in the direction of arrow B.
  • the one-part motor 1.4 rotates a square rod 1.8, which is coupled in the dispenser head to an eccentric mechanism which causes the vertical movement of the dispenser head.
  • the longitudinal displacement of the dispenser head 1.1 takes place along two guide shafts 6.5 (see also FIG. 4) on which the dispenser head is mounted.
  • a drive spindle 6.6 which is driven by the actuator motor 1.5, runs parallel to the guide shafts 6.5 and engages a nut which is mounted in the dispenser head 1.1 without play, so that the dispenser head can be moved along the guide shafts when the drive spindle rotates.
  • several pipettes or capillaries 1.9 protrude from the dispenser head 1.1, which are connected in the dispenser head to pumps for drawing material from a sample container.
  • a carriage 2.0 with a sample holder for feeding the samples to be examined in the movement area of the dispenser head.
  • the sample container is expediently provided with a cooling device for the samples so that they do not evaporate during long-term tests.
  • a microwell bowl 2.1 is seated in the slide as a sample container, which contains a multiplicity of depressions for samples which can be sucked off by the capillaries 1.9 of the dispenser head 1.1.
  • This sample container can be moved in the direction of the double arrow C transversely to the direction of movement of the dispenser head, so that the samples can be moved one after the other under the capillaries in order to be sucked up by them.
  • the exact positioning of the sample container 2.1 can be controlled with the aid of a control device 2.4, which can work, for example, with a magnetic strip, which allows exact position sensing and determination.
  • a control device 2.4 can work, for example, with a magnetic strip, which allows exact position sensing and determination.
  • a measuring device is also used in the example described here for the positioning of the dispenser head 1.1, and a measuring strip (magnetic strip) 1.2 is provided in the cross member 1.0 for its longitudinal displacement.
  • a bath 2.2 can also be seen in FIGS. 1 and 2, in which the capillaries can be immersed for cleaning, for example by means of ultrasound.
  • a position calibration unit 2.3 is provided, with the aid of which the capillary position can be precisely calibrated, so that any position deviations can be entered into the positioning control loop as a correction variable when working and the desired positions of the capillaries are actually approached exactly.
  • FIGS. 1 and 2 one can see on the right side a slide unit 3.0 in the form of a turntable 3.2, which can be exchangeable, as indicated by the arrow F pointing upwards, and which carries a star-shaped arrangement of slides 3.1, which are individually underneath the capillaries 1.9 of the dispenser head 1.1 can be moved if it is in its right position.
  • the turntable 3.2 can be rotated in the direction of the double arrow D with the aid of a motor, which is not specifically illustrated, in order to bring the individual slides 3.1 under the dispenser head.
  • the drive 3.3 allows a transverse displacement in the direction of the arrow E in small steps, so that a whole number of parallel sample droplets from the capillaries 1.9 can be deposited in parallel rows on a slide 3.1.
  • the directions of movement of the various parts are also indicated by an arrowhead and an arrow end as circles with a point or cross.
  • FIG. 3 A modified embodiment compared to FIGS. 1 and 2 is shown in FIG. 3.
  • the mounting column 1.3 is mounted here in a swivel bearing with rotary drive 1.7 on the base plate 4, and the crossbar 1.0 is slidably mounted with its guide shafts 6.5 in the mounting column 13, the displacement movement again with the aid of a motor-driven drive spindle 6.6, the spindle nut of which is seated in the assembly column 1.3.
  • the dispenser head 1.1 is arranged at one end of the traverse 1.0, while an automatic gripping device 1.6 for sample containers, for example in the form of the aforementioned microwave plates, is provided at the other end.
  • FIG. 4 shows two representations A and B the diagram of the mounting of the dispenser head 1.1 on the two guide shafts 6.5, the left figure A illustrating the bearing diagram from the side and the right figure B in section.
  • the dispenser head 1.1 hangs on the upper guide shaft 6.5 with roller or ball guides 6.1 arranged at an angle to one another.
  • Another roller or ball guide 6.2 rolls on the underside of the upper guide shaft 6.5, and this three-point guide ensures the basic fixation of the dispenser head.
  • the dispenser head is supported laterally on the lower guide shaft 6.5 with further ball or roller guides 6.3 or 6.4, so that the dispenser head cannot oscillate on the upper guide shaft.
  • the drive spindle 6.6 for the longitudinal advance of the dispenser head is also shown.
  • This Fuhrungsp ⁇ nzip can also be used in the variant according to FIG. 3, the roller or ball guides and the spindle nut then sitting in the assembly column 1.3 and the guide shafts 6.5 and the drive spindle 6.6 running through them.
  • the traverse 1.0 has a stepper motor drive for positioning the dispenser head 1.1 and an eccentric drive for lowering the dispenser head e.g. for taking samples.
  • One or more piezoelectric micropipettes are received in the dispenser head and electrically contacted.
  • capillaries 1.9 with a glued-on piezo element can be controlled separately and against a stream of microdroplets.
  • Other connections of the capillaries, not shown, are pressure connections for the holding and suction pressure and for blowing out or cleaning the capillaries.
  • the dispenser head 1.1 is attached to the slide of the transfer axis and can be positioned in the X direction with the help of the motor 1.5 and lowered via an eccentric drive (motor 1.4), e.g. for absorbing liquids.
  • the shape of the drops, the tear-off from the dispenser and the size of the drops, the volume of which is approx. 110 pL, can be determined with the aid of a stroboscopic light source. You also get a statement about defective or blocked dispenser units.
  • the motor Y-axis and the beam paths coupled in via mirrors enable a control of several capillaries 1.9 arranged one behind the other.
  • the bath chamber axis positions the microwave plates with the samples in the Y direction (arrow C). In the rear position (retraction position) of the bath chamber axis, the microwave plate is freely accessible for an automatic pick and place machine.
  • a winding and cleaning chamber (bath 2.2) is attached to the front of the bath chamber axis.
  • the position calibration unit 2.3 is attached for measuring the impact points of the drops. Due to the minimal misalignment of the dispensers, the location coordinates of the drops are not to be equated with the dispenser head position. It is therefore necessary to determine the relative coordinates for the exact positioning of the drops.
  • a measuring device suitable for this consists of two thin V-shaped wires which, when the drops hit, emit a vibration pulse to an electronic Pass on the acoustic sensor (loudspeaker). This pulse is recorded electronically.
  • the calculated difference dimensions between the dispenser head axis, reference coordinates and drop position can be included in the positioning command for applying the drops to the slide.
  • This unit can be positioned along a Y axis which, together with the X axis of the dispenser head 1.1, can apply any drop grid to a slide.
  • the turntable 3.2 enables several slides 3.1 to be fixed using e.g. Spring force or vacuum.
  • This ring is also removable as a whole, so that it e.g. can be completely changed for further processing.
  • All axes are motorized and equipped with a control loop system so that the correct positioning can be maintained and the positions can be documented.
  • the crossmember is rotatably mounted with the mounting column.
  • the dispenser head 1.1 is located on the front of the traverse and a gripping mechanism 1.6 for the microwell plates 2.1 is located on the rear.
  • This traverse can therefore also take on the function of a pick and place robot, which takes the plates out of a magazine, positions them on the axis of the bath chamber and can then reset the magazine.
  • Two ball guides 6.1 on each side represent a prismatic guide.
  • the dispenser head thus lies on the upper guide shaft 6.5 due to its own weight and is secured with a ball guide 6.2 pretensioned by springs.
  • the lower bearing unit serves as protection against rotation, in which two ball guides 6.3 serve as fixed sides and a third ball guide 6.4 switches the game off by a spring preload.
  • the roles of the two guide shafts can also be reversed.
  • the positioning accuracy is guaranteed by a ground spindle, a play-free adjustable plastic nut and by using a control circuit.
  • the guide system for the exact movement of the dispenser head consists of ground and hardened precision shafts and high-precision ball guides. This construction of bearings permits a compact, precise guided bearing design with ei ⁇ nem unlimited track, similar to recirculating ball bearings, but with higher precision.

Abstract

A workstation for microbiological tests contains a dispenser head for receiving and dosing small samples of liquids. Said dispenser head is mounted on a cross member and can be displaced in a vertical and horizontal direction by means of regulating motors. The cross member is connected to a base plate by mounting columns, said base plate also supporting a sample container which can be displaced crosswise in relation to the dispenser head, for supplying a sample, and an object support onto which the dosed samples are output. The samples can be collected and deposited fully automatically and with a high degree of precision. The base plate also supports additional units such as a cleaning bath for the capillaries of the dispenser head and a position calibration unit and an optical control unit for the capillaries.

Description

Arbeitsplatz für mikrobiologische Untersuchungen Work place for microbiological tests
Die Erfindung betrifft einen Arbeitsplatz für mikrobiologische Untersuchungen mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen.The invention relates to a workplace for microbiological tests with the features specified in the preamble of claim 1.
Für mikrobiologische Untersuchungen werden häufig kleine dosierte Mengen des zu untersuchenden Materials mit Hilfe einer Pipette oder Kapillare auf einen Objektträger aufgebracht, um beispielsweise mit anderen Materialien in Wechselwirkung zu treten oder anderweitigen Behandlungen oder Untersuchungen unterworfen zu werden. Arbeitsplätze für solche mikrobiologischen Untersuchungen wurden bisher von Fall zu Fall aus einzelnen Komponenten zusammengestellt, deren wichtigste ein Manipulator ist, mit dem sich die erforderlichen minimalen Bewegungen reproduzierbar ausführen lassen. Die übrigen Komponenten wurden mehr oder weniger willkürlich an geeigneten Stellen plaziert und fixiert.For microbiological examinations, small dosed quantities of the material to be examined are often applied to a slide with the aid of a pipette or capillary, for example in order to interact with other materials or to be subjected to other treatments or examinations. Workplaces for such microbiological tests have so far been put together from case to case from individual components, the most important of which is a manipulator with which the required minimal movements can be reproducibly carried out. The remaining components were placed more or less arbitrarily in suitable places and fixed.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen kompletten Arbeitsplatz für mikrobiologische Untersuchungen, insbesondere gentechnische Arbeiten, zu schaffen, der die hierzu erforderlichen Einrichtungen bereits betriebsfähig und in zweckmäßiger Anordnung zueinander für alle einschlägigen Arbeiten enthält, so daß keine zeitaufwendigen Umbauten zwischen verschiedenen Untersuchungen oder Experimenten erforderlich sind.The invention is based on the object of creating a complete workstation for microbiological tests, in particular genetic engineering work, which already contains the facilities required for this purpose, in an operable manner and in a suitable arrangement for each other, for all relevant work, so that no time-consuming conversions between different tests or experiments required are.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale belöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.This object is achieved by the features specified in claim 1. Developments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Verfahrbarkeit des Dispenserkopfes zwischen einer Probenanlieferungsstelle, an welcher die zu untersuchenden Proben in einer dort positionierbaren Schale zugeführt werden, und einer Probenabgabestelle, an welcher dosierte Proben auf einen Objektträger ausgegeben werden, ermöglicht ein rasches gezieltes Arbeiten, welches durch entsprechende Steuerung auch automatisiert werden kann. Werden die Proben in Microwell-Platten zugeführt, die sich durch eine Vielzahl kleiner Vertiefungen zur Aufnahme einzelner Proben auszeichnen, dann kann beispielsweise bei Verwendung eines Dispenserkopfes mit einer Reihenanordnung von Kapillaren oder Pipetten, vorzugsweise piezoelektrischen Mikro- pipetten, eine entsprechende Anzahl von Proben gleichzeitig aus mehreren Vertiefungen der Microwell-Platte entnommen werden, was durch exakte Positionierung der Pipetten gegenüber den Vertiefungen, also des Dispenserkopfes gegenüber der Platte möglich ist, und diese Proben werden durch Verfahren des Dispenserkopfes zum Objektträger transportiert und können dort in exakter Dosierung an genau definierbaren Positionen ausgegeben werden.The movability of the dispenser head between a sample delivery point, at which the samples to be examined are fed in a tray that can be positioned there, and one Sample delivery point, at which dosed samples are dispensed onto a slide, enables fast, targeted work, which can also be automated by appropriate control. If the samples are fed into microwave plates, which are characterized by a large number of small recesses for holding individual samples, then, for example, when using a dispenser head with a row arrangement of capillaries or pipettes, preferably piezoelectric micropipettes, a corresponding number of samples can be taken out simultaneously several wells of the microwave plate can be removed, which is possible by exact positioning of the pipettes in relation to the wells, i.e. the dispenser head relative to the plate, and these samples are transported to the slide by the dispenser head method and can be dispensed there in exact doses at precisely definable positions become.
Sollen beispielsweise mehrere Substanzen auf dem Objektträger zusammengebracht werden, so läßt sich dies punktgenau erreichen, auch wenn eine Mehrzahl von Proben gleichzeitig auf einem Objektträger bearbeitet werden sollen. Die im Bewegungsbereich des Dispenserkopfes angeordnete Positionskalibriereinheit erlaubt ein exaktes Einjustieren der aus den Pipetten austretenden Tröpfchen, so daß diese an genau definierten Entladepositionen auf dem Objektträger abgelegt werden. Ein ebenfalls im Bewegungsbereich des Dispenserkopfes vorgesehenes Spülbad erlaubt eine Reinigung der Pipetten zwischen den Entnahmen unterschiedlicher Proben, so daß sich unerwünschte Vermischungen oder Verunreinigungen der von den Pipetten aufgenommenen und abgegebenen Substanzen vermeiden lassen.For example, if several substances are to be brought together on the slide, this can be achieved with pinpoint accuracy, even if a plurality of samples are to be processed simultaneously on one slide. The position calibration unit arranged in the range of motion of the dispenser head permits exact adjustment of the droplets emerging from the pipettes, so that they are deposited on the specimen slide at precisely defined unloading positions. A rinsing bath also provided in the movement area of the dispenser head allows the pipettes to be cleaned between the taking of different samples, so that undesired mixing or contamination of the substances taken up and dispensed by the pipettes can be avoided.
Die Steuerung der Bewegungen des Dispenserkopfes in horizontaler und vertikaler Richtung für Probenentnahme, Probentransport und Probenabgabe, läßt sich mit Hilfe von Regelschaltungen für die entsprechenden Einsteilmotoren sehr axakt durchführen, so daß sich die gewünschten Positionen mit höchster Genauigkeit reproduzierbar anfahren lassen.The control of the movements of the dispenser head in the horizontal and vertical directions for sampling, sample transport and sample dispensing can be carried out very precisely with the aid of control circuits for the corresponding one-part motors, so that the desired positions can be approached reproducibly with the highest accuracy.
Im Interesse einer rationellen Durchfuhrung einer Vielzahl von ähnlichen Arbeiten kann der erfmdungsgemaße Arbeitsplatz eine Objekttragereinheit für eine Vielzahl von Objektträgern aufweisen, beispielsweise m Form eines Karussells oder Drehtellers, bei dessen schrittweiser Rotation sich verschiedene Objektträger nacheinander m den Abgabebereich des Dispenserkopfes bringen lassen. Sieht man eine zusätzliche Verschiebbarkeit des Drehtellers quer zur Transportrichtung des Dispenserkopfes vor, so laßt sich die Anzahl der Abgabepositionen der Pipettenmhalte vervielfachen, da beispielsweise bei einer Reihenanordnung von Pipetten oder Kapillaren dosierte Proben ebenfalls m einer Reihe auf dem Objektträger abgegeben werden, und wenn man diesen durch die erwähnte Querverschiebung um ein Stuck versetzt, so kann man eine weitere Reihe von Proben neben der ersten ablegen usw., bis das Fassungsvermögen des Ob ektträgers erreicht ist. Durch eine Auswechselbarkeit des Drehtellers kann praktisch kontinuierlich gearbeitet werden, da ein Drehteller mit gefüllten Objektträgern zur weiteren Behandlung abgenommen und durch einen neuen ersetzt werden kann, dessen Objektträger dann unmittelbar wieder neue Proben aufnehmen können.In the interest of rationally carrying out a large number of similar work, the work station according to the invention can have a specimen slide unit for a large number of specimen slides, for example in the form of a carousel or turntable, during whose gradual rotation different specimen slides can be brought one after the other into the dispensing area of the dispenser head. If one provides for an additional displaceability of the turntable transversely to the transport direction of the dispenser head, the number of dispensing positions of the pipette contents can be multiplied, since, for example, with a row arrangement of pipettes or capillaries, dosed samples are also dispensed in a row on the slide, and when this is done offset by a piece by the above-mentioned transverse displacement, a further row of samples can be placed next to the first one, etc., until the capacity of the object carrier is reached. Because the turntable can be replaced, work can be carried out practically continuously, since a turntable with filled slides can be removed for further treatment and replaced by a new one, whose slides can then immediately take up new samples.
Zweckmäßig ist auch die Anordnung einer optischen Kontrollem- heit im Bewegungsbereich des Dispenserkopfes zur Kontrolle der Position der Pipettenspitzen, um etwaige Abweichungen von einer Sollage bei der Regelung der Motoren zu berücksichtigen und dadurch sicherzustellen, daß die Pipetten die gewünschten Positionen exakt anfahren. Eine solche Kontrollemheit kann zweckmaßi- gerweise auch die Möglichkeit einer Beobachtung der aus den Pi¬ petten austretenden Tropfchen, einschließlich photographischer Protokollierung umfassen, um auf diese Weise feststellen zu können, ob die Tropfchenabgabe ordnungsgemäß vor sich geht oder möglicherweise durch Verschmutzung der Pipetten unkontrollierte Verhaltnisse eingetreten sind, welche eine exakte Dosierung be- einträchtigen. Auch läßt sich die genaue Ausrichtung mehrerer Pipetten auf diese Weise kontrollieren.It is also expedient to arrange an optical control unit in the movement area of the dispenser head to check the position of the pipette tips in order to take into account any deviations from a target position when regulating the motors and thereby to ensure that the pipettes move exactly to the desired positions. Such Kontrollemheit can zweckmaßi- gerweise also the possibility of observing from the Pi ¬ petten exiting droplets, including photographic logging include, in order to determine in this way whether the Tropfchenabgabe goes or properly before possibly by contamination of pipettes uncontrolled conditions occurred are, which require an exact dosage compromise. The exact alignment of several pipettes can also be checked in this way.
Eine zweckmäßige Ausbildung der Traverse für eine exakte Führung des Dispenserkopfes besteht darin, zwei parallele Führungswellen für die Lagerung des Dispenserkopfes vorzusehen, wobei der Dispenserkopf an einer Führungswelle höhenstabil aufgehängt ist und an der anderen Führungswelle seitenstabil geführt wird. Die Aufhängung kann zweckmäßigerweise über im Winkel angeordnete Kugelführungen oder Walzen erfolgen, mit denen der Dispenserkopf an der beispielsweise oberen Führungswelle hängt, während zwei beiderseits der unteren Führungswelle vorgesehene Kugelführungen oder Walzen verhindern, daß der Dispenserkopf um die obere Welle pendelt. Diese Anordnung kann auch vertauscht werden. Parallel zu den beiden Führungswellen kann eine Antriebsspindel angeordnet sein, die, ggf. über ein spielfrei arbeitendes Getriebe, von einem Einsteilmotor angetrieben wird und in eine Einstellmutter des Dispenserkopfes spielfrei eingreift, so daß sich dieser durch Drehung der Antriebsspindel feinfühlig verschieben läßt.An expedient design of the traverse for an exact guidance of the dispenser head consists in providing two parallel guide shafts for mounting the dispenser head, the dispenser head being suspended in a height-stable manner on a guide shaft and being guided on the other guide shaft in a laterally stable manner. The suspension can expediently take place via angled ball guides or rollers with which the dispenser head hangs on the upper guide shaft, for example, while two ball guides or rollers provided on both sides of the lower guide shaft prevent the dispenser head from swinging around the upper shaft. This arrangement can also be interchanged. A drive spindle can be arranged parallel to the two guide shafts, which is driven by a one-piece motor, possibly via a play-free gear, and engages play-free in an adjusting nut of the dispenser head, so that it can be delicately moved by rotating the drive spindle.
Eine Variante des erfindungsgemäßen Arbeitsplatzes besteht darin, die Traverse nicht an zwei auf einer Grundplatte verankerten Führungssäulen zu befestigen, sondern an einer drehbar gelagerten Führungssäule, die ein Schwenken der Traverse um einen Horizontalwinkel erlaubt. Hierbei läßt sich die gesamte Traverse in ihrer Längsrichtung an der Montagesäule verschieben, um den an ihrem einen Ende angebrachten Dispenserkopf in die verschiedenen Arbeitspositionen zu bringen. Am anderen Ende der Traverse sitzt beispielsweise eine gewünschtenfalls automatisch arbeitende Greifvorrichtung für Probenbehalter, um beispielsweise die erwähnten Microwell-Platten von einer Anlieferungsstelle abzunehmen und in einen Schlitten einzusetzen, der dann in die gewünschte Position verschoben wird, wo der Dispenserkopf die Proben entnehmen kann. Zu diesem Zweck kann die Montagesäule die Traverse in die jeweils erforderliche Lage schwenken, so daß der gesamte Arbeitsablauf noch weiter automatisiert werden kann. Die Erfindung sei nun anhand von m den beiliegenden Zeichnungen veranschaulichten Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert. Es zeigen:A variant of the workplace according to the invention is not to attach the crossbar to two guide columns anchored on a base plate, but to a rotatably mounted guide column which allows the crossbar to be pivoted through a horizontal angle. Here, the entire traverse can be moved in the longitudinal direction on the mounting column in order to bring the dispenser head attached at one end into the various working positions. At the other end of the traverse, for example, there is an automatically operating gripping device for sample containers if desired, for example to remove the aforementioned microwave plates from a delivery point and insert them into a carriage, which is then moved into the desired position, where the dispenser head can take the samples. For this purpose, the assembly column can pivot the crosshead into the required position so that the entire workflow can be automated even further. The invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments illustrated in the accompanying drawings. Show it:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausfuhrungsform des erfmdungsgemaßen Arbeitsplatzes;Figure 1 is a schematic side view of an embodiment of the workplace according to the invention;
Figur 2 eine Draufsicht auf den m Fig. 1 veranschaulichten Arbeitsplatz;FIG. 2 shows a plan view of the work station illustrated in FIG. 1;
Figur 3 eine abgewandelte Aus uhrungsform der Erfindung; undFigure 3 shows a modified form of the invention; and
Figuren 4A und B Details der Dispenserkopflagerung m der Traverse .Figures 4A and B details of the dispenser head mounting m the crossbar.
In Figur 1 erkennt man eine Grundplatte 4, welche zwei Montagesaulen 1.3 tragt, an denen wiederum eine Traverse 1.0 befestigt ist. Längs der Traverse kann ein Dispenserkopf 1.1 in Pfeilπch- tung A mit Hilfe eines Emstellmotors 1.5 bewegt und genau positioniert werden. Ein weiterer Einsteilmotor 1.4 erlaubt ein genau gesteuertes Anheben und Absenken des Dispenserkopfes 1.1 m Pfeilrichtung B. Zu diesem Zweck verdreht der Einsteilmotor 1.4 eine Vierkantstange 1.8, welche im Dispenserkopf mit einem Exzentermechanismus gekoppelt ist, der die Vertikalbewegung des Dispenserkopfes bewirkt. Die Langsverschiebung des Dispenserkopfes 1.1 erfolgt längs zweier Fuhrungswellen 6.5 (siehe auch Fig. 4), an welchen der Dispenserkopf gelagert ist. Eine Antriebs- spmdel 6.6, die vom Emstellmotor 1.5 angetrieben wird, verlauft parallel zu den Fuhrungswellen 6.5 und greift m eine spielfrei im Dispenserkopf 1.1 gelagerte Mutter ein, so daß sich der Dispenserkopf bei Drehung der Antriebsspmdel längs der Fuhrungswellen verschieben laßt. Unten ragen aus dem Dispenserkopf 1.1 mehrere Pipetten oder Kapillaren 1.9 heraus, die im Dispenserkopf mit Pumpen zum Ansaugen von Material aus einem Probenbehalter verbunden sind.In Figure 1, a base plate 4 can be seen, which carries two assembly columns 1.3, to which in turn a cross member 1.0 is attached. A dispenser head 1.1 can be moved along the traverse in arrow A with the aid of an adjusting motor 1.5 and positioned exactly. Another one-part motor 1.4 allows a precisely controlled raising and lowering of the dispenser head 1.1 in the direction of arrow B. For this purpose, the one-part motor 1.4 rotates a square rod 1.8, which is coupled in the dispenser head to an eccentric mechanism which causes the vertical movement of the dispenser head. The longitudinal displacement of the dispenser head 1.1 takes place along two guide shafts 6.5 (see also FIG. 4) on which the dispenser head is mounted. A drive spindle 6.6, which is driven by the actuator motor 1.5, runs parallel to the guide shafts 6.5 and engages a nut which is mounted in the dispenser head 1.1 without play, so that the dispenser head can be moved along the guide shafts when the drive spindle rotates. At the bottom, several pipettes or capillaries 1.9 protrude from the dispenser head 1.1, which are connected in the dispenser head to pumps for drawing material from a sample container.
Im Bereich der linken Endstellung des Dispenserkopfes befindet sich unterhalb der Grundplatte, jedoch durch diese hindurch zugänglich, eine optische Kontrollemheit 5, mit Hilfe deren sich die Kapillaren 1.9 beobachten lassen. Bei Dispenserkopfen mit mehreren Kapillarenreihen läßt sich die Kapillarenausrichtung mit Hilfe einer Positionierachse 5.2 kontrollieren und gegebenenfalls korrigieren. Die Beobachtung erfolgt durch ein Objektiv 5.1 mit Hilfe eines nicht veranschaulichten Umlenkspiegels.In the area of the left end position of the dispenser head there is an optical control unit 5 below the base plate, but accessible through it, with the aid of which there is an optical control unit 5 have the capillaries 1.9 observed. In the case of dispenser heads with several rows of capillaries, the alignment of the capillaries can be checked using a positioning axis 5.2 and corrected if necessary. The observation is carried out by a lens 5.1 with the aid of a deflection mirror, not shown.
Wie in Fig. 2 besser zu erkennen ist, befindet sich im Bewegungsbereich des Dispenserkopfes ein Schlitten 2.0 mit einem Probenbehalter zur Zuführung der zu untersuchenden Proben. Der Probenbehalter ist zweckmäßigerweise mit einer Kühleinrichtung für die Proben versehen, damit diese bei längerdauernden Untersuchungen nicht verdampfen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel sitzt in dem Schlitten als Probenbehalter eine Microwell-Schale 2.1, die eine Vielzahl von Vertiefungen für Proben enthält, die von den Kapillaren 1.9 des Dispenserkopfes 1.1 abgesaugt werden können. Dieser Probenbehalter ist in Richtung des Doppelpfeiles C quer zur Bewegungsrichtung des Dispenserkopfes verschiebbar, so daß die Proben nacheinander unter die Kapillaren gefahren werden können, um von ihnen aufgesaugt zu werden. Die genaue Positionierung des Probenbehälters 2.1 läßt sich mit Hilfe einer Regeleinrichtung 2.4 steuern, die beispielsweise mit einem Magnetstreifen arbeiten kann, der eine exakte Positionsabtastung und -bestimmung erlaubt. Eine solche Meßeinrichtung wird im hier beschriebenen Beispiel auch für die Positionierung des Dispenserkopfes 1.1 benutzt, und für dessen Längsverschiebung ist ein Meßstreifen (Magnetstreifen) 1.2 in der Traverse 1.0 vorgesehen.As can be seen better in FIG. 2, there is a carriage 2.0 with a sample holder for feeding the samples to be examined in the movement area of the dispenser head. The sample container is expediently provided with a cooling device for the samples so that they do not evaporate during long-term tests. In the exemplary embodiment shown, a microwell bowl 2.1 is seated in the slide as a sample container, which contains a multiplicity of depressions for samples which can be sucked off by the capillaries 1.9 of the dispenser head 1.1. This sample container can be moved in the direction of the double arrow C transversely to the direction of movement of the dispenser head, so that the samples can be moved one after the other under the capillaries in order to be sucked up by them. The exact positioning of the sample container 2.1 can be controlled with the aid of a control device 2.4, which can work, for example, with a magnetic strip, which allows exact position sensing and determination. Such a measuring device is also used in the example described here for the positioning of the dispenser head 1.1, and a measuring strip (magnetic strip) 1.2 is provided in the cross member 1.0 for its longitudinal displacement.
Man erkennt in den Figuren 1 und 2 ferner ein Bad 2.2, in welches die Kapillaren zur Reinigung, z.B. mittels Ultraschall, eingetaucht werden können. Daneben ist eine Positionskalibriereinheit 2.3 vorgesehen, mit deren Hilfe sich die Kapillarposition genau eineichen läßt, damit beim Arbeiten eventuelle Positionsabweichungen in den Positionierungsregelkreis als Korrekturgröße eingegeben werden können und die gewünschten Positionen der Kapillaren tatsächlich exakt angefahren werden. In den Figuren 1 und 2 sieht man auf der rechten Seite eine Objektträgereinheit 3.0 in Form eines Drehtellers 3.2, der auswechselbar sein kann, wie der nach oben wegführende Pfeil F andeutet, und der eine sternförmige Anordnung von Objektträgern 3.1 trägt, die einzeln unter die Kapillaren 1.9 des Dispenserkopfes 1.1 gefahren werden können, wenn sich dieser in seiner rechten Position befindet. Der Drehteller 3.2 läßt sich mit Hilfe eines nicht eigens veranschaulichten Motors in Richtung des Doppelpfeils D drehen, um die einzelnen Objektträger 3.1 unter den Dispenserkopf zu bringen. Außerdem erlaubt der Antrieb 3.3 eine Querverschiebung in Pfeilrichtung E in kleinen Schritten, so daß auf einem Objektträger 3.1 eine ganze Anzahl paralleler Probentröpfchen aus den Kapillaren 1.9 in parallelen Reihen abgesetzt werden können. Die Bewegungsrichtungen der verschiedenen Teile sind außer durch die Doppelpfeile in den Zeichnungen auch durch eine Pfeilspitze und ein Pfeilende als Kreise mit Punkt bzw. Kreuz angedeutet.A bath 2.2 can also be seen in FIGS. 1 and 2, in which the capillaries can be immersed for cleaning, for example by means of ultrasound. In addition, a position calibration unit 2.3 is provided, with the aid of which the capillary position can be precisely calibrated, so that any position deviations can be entered into the positioning control loop as a correction variable when working and the desired positions of the capillaries are actually approached exactly. In FIGS. 1 and 2 one can see on the right side a slide unit 3.0 in the form of a turntable 3.2, which can be exchangeable, as indicated by the arrow F pointing upwards, and which carries a star-shaped arrangement of slides 3.1, which are individually underneath the capillaries 1.9 of the dispenser head 1.1 can be moved if it is in its right position. The turntable 3.2 can be rotated in the direction of the double arrow D with the aid of a motor, which is not specifically illustrated, in order to bring the individual slides 3.1 under the dispenser head. In addition, the drive 3.3 allows a transverse displacement in the direction of the arrow E in small steps, so that a whole number of parallel sample droplets from the capillaries 1.9 can be deposited in parallel rows on a slide 3.1. In addition to the double arrows in the drawings, the directions of movement of the various parts are also indicated by an arrowhead and an arrow end as circles with a point or cross.
Eine gegenüber den Figuren 1 und 2 abgewandelte Ausfuhrungsform zeigt Fig. 3. Die Montagesäule 1.3 ist hier in einem Schwenklager mit Drehantrieb 1.7 an der Grundplatte 4 gelagert, und die Traverse 1.0 ist mit ihren Führungswellen 6.5 in der Montagesäule 13 verschiebbar gelagert, wobei die Verschiebebewegung wiederum mit Hilfe einer motorgetriebenen Antriebsspindel 6.6 erfolgt, deren Spindelmutter in der Montagesäule 1.3 sitzt. Der Dispenserkopf 1.1 ist bei dieser Variante an einem Ende der Traverse 1.0 angeordnet, während am anderen Ende eine automatische Greifvorrichtung 1.6 für Probenbehalter, etwa in Form der erwähnten Microwell-Platten vorgesehen ist. Durch Drehen der Montagesäule 1.3 kann je nach Erfordernis der Dispenserkopf 1.1 oder die Greif orrichtung 1.6 an die gewünschte Position gebracht werden. Die übrigen Teile dieser Ausfuhrungsform entsprechen den bereits im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 erläuterten Elementen. Figur 4 zeigt m zwei Darstellungen A und B das Schema der Lagerung des Dispenserkopfes 1.1 an den beiden Fuhrungswellen 6.5, wobei die linke Figur A das Lagerschema von der Seite und die rechte Figur B im Schnitt veranschaulicht. Wie Figur B zeigt, hangt der Dispenserkopf 1.1 mit im Winkel zueinander angeordneten Walzen- oder Kugelfuhrungen 6.1 auf der oberen Fuhrungswelle 6.5. Eine weitere Walzen- oder Kugelfuhrung 6.2 rollt auf der Unterseite der oberen Fuhrungswelle 6.5 ab, und diese Dreipunkt- fuhrung sorgt für die Grundfixierung des Dispenserkopfes. An der unteren Fuhrungswelle 6.5 stutzt sich der Dispenserkopf mit weiteren Kugel- oder Walzenfuhrungen 6.3 bzw. 6.4 seitlich ab, so daß der Dispenserkopf auf der oberen Fuhrungswelle nicht pendeln kann. In der rechten Figur B ist außerdem die Antriebsspmdel 6.6 für den Langsvorschub des Dispenserkopfes eingezeichnet. Dieses Fuhrungspπnzip laßt sich auch bei der Variante gemäß Fig. 3 anwenden, wobei die Walzen- oder Kugelfuhrungen sowie die Spmdelmutter dann m der Montagesaule 1.3 sitzen und die Fuhrungswellen 6.5 bzw. die Antriebsspmdel 6.6 durch sie hindurchlaufen.A modified embodiment compared to FIGS. 1 and 2 is shown in FIG. 3. The mounting column 1.3 is mounted here in a swivel bearing with rotary drive 1.7 on the base plate 4, and the crossbar 1.0 is slidably mounted with its guide shafts 6.5 in the mounting column 13, the displacement movement again with the aid of a motor-driven drive spindle 6.6, the spindle nut of which is seated in the assembly column 1.3. In this variant, the dispenser head 1.1 is arranged at one end of the traverse 1.0, while an automatic gripping device 1.6 for sample containers, for example in the form of the aforementioned microwave plates, is provided at the other end. By rotating the mounting column 1.3, the dispenser head 1.1 or the gripping device 1.6 can be brought to the desired position, depending on the requirements. The remaining parts of this embodiment correspond to the elements already explained in connection with FIGS. 1 and 2. Figure 4 shows two representations A and B the diagram of the mounting of the dispenser head 1.1 on the two guide shafts 6.5, the left figure A illustrating the bearing diagram from the side and the right figure B in section. As FIG. B shows, the dispenser head 1.1 hangs on the upper guide shaft 6.5 with roller or ball guides 6.1 arranged at an angle to one another. Another roller or ball guide 6.2 rolls on the underside of the upper guide shaft 6.5, and this three-point guide ensures the basic fixation of the dispenser head. The dispenser head is supported laterally on the lower guide shaft 6.5 with further ball or roller guides 6.3 or 6.4, so that the dispenser head cannot oscillate on the upper guide shaft. In the right figure B, the drive spindle 6.6 for the longitudinal advance of the dispenser head is also shown. This Fuhrungspπnzip can also be used in the variant according to FIG. 3, the roller or ball guides and the spindle nut then sitting in the assembly column 1.3 and the guide shafts 6.5 and the drive spindle 6.6 running through them.
Weitere Erläuterungen ergeben sich aus der folgenden zusammenfassenden Beschreibung der einzelnen Baugruppen:Further explanations result from the following summary description of the individual assemblies:
1. Die Traverse1. The traverse
Die Traverse 1.0 verfugt als Transferachse über einen Schrittmotorantrieb für die Positionierung des Dispenserkopfes 1.1 und einen Exzenterantrieb für das Absenken des Dispenserkopfes z.B. zur Probenaufnahme.As a transfer axis, the traverse 1.0 has a stepper motor drive for positioning the dispenser head 1.1 and an eccentric drive for lowering the dispenser head e.g. for taking samples.
2. Der Dispenserkopf 1. 12. The dispenser head 1. 1
Eine oder mehrere piezoelektrische Mikropipetten werden im Dispenserkopf aufgenommen und elektrisch kontaktiert.One or more piezoelectric micropipettes are received in the dispenser head and electrically contacted.
Diese speziell gezogenen Kapillaren 1.9 mit einem aufgeklebten Piezoelement lassen sich separat ansteuern und geben nach Anle- gen eines Stromes Mikrotropfen ab. Weitere nicht gezeigte Anschlüsse der Kapillaren sind Druckanschlusse für den Halte- sowie Ansaugdruck und zum Ausblasen bzw. Reinigen der Kapillaren.These specially drawn capillaries 1.9 with a glued-on piezo element can be controlled separately and against a stream of microdroplets. Other connections of the capillaries, not shown, are pressure connections for the holding and suction pressure and for blowing out or cleaning the capillaries.
Der Dispenserkopf 1.1 wird auf dem Schlitten der Transferachse befestigt und kann m X-Richtung mit Hilfe des Motors 1.5 positioniert und über einen Exzenterantrieb (Motor 1.4) abgesenkt werden, z.B. zum Aufnehmen von Flüssigkeiten.The dispenser head 1.1 is attached to the slide of the transfer axis and can be positioned in the X direction with the help of the motor 1.5 and lowered via an eccentric drive (motor 1.4), e.g. for absorbing liquids.
3. Optische Kontrollemheit 5. 03. Optical control unit 5. 0
Mit der von unten über Spiegel eingekoppelten Optik laßt sich unter Zuhilfenahme einer stroboskopartigen Lichtquelle die Tropfenform, der Tropfenabriß vom Dispenser sowie die Tropfengroße, deren Volumen ca. 110 pL betragt, bestimmen. Auch erhalt man eine Aussage über defekte oder verstopfte Dispensereinheiten. Die motorische Y-Achse sowie die über Spiegel eingekoppelten Strahlengange ermöglichen eine Kontrolle mehrerer hintereinander angeordneten Kapillaren 1.9.With the optics coupled in from below via mirrors, the shape of the drops, the tear-off from the dispenser and the size of the drops, the volume of which is approx. 110 pL, can be determined with the aid of a stroboscopic light source. You also get a statement about defective or blocked dispenser units. The motor Y-axis and the beam paths coupled in via mirrors enable a control of several capillaries 1.9 arranged one behind the other.
4 . Badkammer4th Bath chamber
Die Badkammerachse positioniert m Y-Richtung (Pfeil C) die Microwell-Platten mit den Proben. In der hinteren Position (Ruckzugsposition) der Badkammerachse ist die Microwell-Platte frei zugänglich für einen Bestuckungsautomaten.The bath chamber axis positions the microwave plates with the samples in the Y direction (arrow C). In the rear position (retraction position) of the bath chamber axis, the microwave plate is freely accessible for an automatic pick and place machine.
An der Vorderseite der Badkammerachse ist eine Spul- und Reinigungskammer (Bad 2.2) angebracht. Neben der Reinigungskammer ist die Positionskalibπeremheit 2.3 zum Ausmessen der Auftreff- punkte der Tropfen befestigt. Die Ortskoordinaten der Tropfen sind aufgrund minimaler Fehlausrichtung der Dispenser nicht gleichzusetzen mit der Dispenserkopfposition. Somit wird zur genauen Positionierung der Tropfen die Ermittlung der Relativko- ordmaten erforderlich. Eine hierfür geeignete Meßeinrichtung besteht aus zwei dünnen V-formig gespannten Drahten, welche beim Auftreffen der Tropfen einen Schwingungsimpuls an einen elektro- akustischen Sensor (Lautsprecher) weitergeben. Dieser Impuls wird elektronisch erfaßt. Die errechneten Differenzmaße zwischen Dispenserkopfachse, Referenzkoordinaten und Tropfenposition können m den Positionierbefehl zum Aufbringen der Tropfen auf den Objektträger mit einberechnet werden.A winding and cleaning chamber (bath 2.2) is attached to the front of the bath chamber axis. In addition to the cleaning chamber, the position calibration unit 2.3 is attached for measuring the impact points of the drops. Due to the minimal misalignment of the dispensers, the location coordinates of the drops are not to be equated with the dispenser head position. It is therefore necessary to determine the relative coordinates for the exact positioning of the drops. A measuring device suitable for this consists of two thin V-shaped wires which, when the drops hit, emit a vibration pulse to an electronic Pass on the acoustic sensor (loudspeaker). This pulse is recorded electronically. The calculated difference dimensions between the dispenser head axis, reference coordinates and drop position can be included in the positioning command for applying the drops to the slide.
5. Ob ekttragereinheit 3. 05. Whether ect carrier unit 3. 0
Diese Einheit ist längs einer Y-Achse positionierbar, welche zusammen mit der X-Achse des Dispenserkopfes 1.1 jedes beliebige Tropfenraster auf einen Objektträger aufbringen kann. Der Drehteller 3.2 ermöglicht das Fixieren mehrerer Objektträger 3.1 mittels z.B. Federkraft oder Unterdruck. Dieser Ring ist auch als Ganzes abnehmbar, so daß er z.B. für eine weitere Bearbeitung komplett umgesteckt werden kann.This unit can be positioned along a Y axis which, together with the X axis of the dispenser head 1.1, can apply any drop grid to a slide. The turntable 3.2 enables several slides 3.1 to be fixed using e.g. Spring force or vacuum. This ring is also removable as a whole, so that it e.g. can be completely changed for further processing.
Alle Achsen sind motorisiert und mit einem Regelkreissystem versehen, damit die richtige Positionierung eingehalten und die Positionen dokumentiert werden können.All axes are motorized and equipped with a control loop system so that the correct positioning can be maintained and the positions can be documented.
Bei der m Fig. 3 dargestellten Variante ist die Traverse mit der Montagesaule drehbar gelagert. An der Vorderseite der Traverse befindet sich der Dispenserkopf 1.1 und an der Ruckseite ein Greifmechanismus 1.6 f r die Microwell-Platten 2.1. Somit kann diese Traverse auch die Funktion eines Bestuckungsroboters übernehmen, der die Platten aus einem Magazin nimmt, auf der Badkammerachse positioniert und wieder m das Magazin zurückstellen kann.In the variant shown in FIG. 3, the crossmember is rotatably mounted with the mounting column. The dispenser head 1.1 is located on the front of the traverse and a gripping mechanism 1.6 for the microwell plates 2.1 is located on the rear. This traverse can therefore also take on the function of a pick and place robot, which takes the plates out of a magazine, positions them on the axis of the bath chamber and can then reset the magazine.
6. Lagerung6. Storage
Zwei Kugelfuhrungen 6.1 auf jeder Seite stellen eine prismenartige Fuhrung dar. Der Dispenserkopf liegt somit aufgrund des Eigengewichts auf der oberen Fuhrungswelle 6.5 und wird mit einer durch Federn vorgespannten Kugelfuhrung 6.2 gesichert. Als Verdrehschutz dient die untere Lagereinheit, bei der zwei Kugelfuhrungen 6.3 als Festseite dienen und eine dritte Kugelfuhrung 6.4 durch eine Federvorspannung das Spiel ausschaltet. Die Rollen der beiden Fuhrungswellen können auch vertauscht sein.Two ball guides 6.1 on each side represent a prismatic guide. The dispenser head thus lies on the upper guide shaft 6.5 due to its own weight and is secured with a ball guide 6.2 pretensioned by springs. The lower bearing unit serves as protection against rotation, in which two ball guides 6.3 serve as fixed sides and a third ball guide 6.4 switches the game off by a spring preload. The roles of the two guide shafts can also be reversed.
Die kompakte Bauweise und die Anordnung der beweglichen Achsen ermöglichen mit nur sechs motorischen Antrieben eine Vielzahl von Arbeitsgangen zu erledigen, z.B.The compact design and the arrangement of the movable axes enable a large number of work steps to be carried out with just six motor drives, e.g.
1 - Aufnehmen vom Medium1 - Recording from the medium
2 - Dispensieren vom Medium2 - Dispense from the medium
3 - Spulen der Mikropumpen3 - coils of micropumps
4 - optische Kontrolle der Funktion der Mikropumpen4 - optical control of the function of the micropumps
5 - Positionskalibrierung5 - position calibration
6 - Freistellposition zum Wechsel der Microwell-Platten6 - Release position for changing the microwave plates
7 - Positionieren mehrerer Targets (Objektträger)7 - Positioning multiple targets (slides)
8 - Dispensieren mit beliebigen Rastermaßen auf dem Target.8 - Dispense with any grid dimensions on the target.
Die Positioniergenauigkeit wird durch eine geschliffene Spindel, eine spielfrei einstellbare Kunststoffmutter und durch Verwendung eines Regelkreises gewahrleistet.The positioning accuracy is guaranteed by a ground spindle, a play-free adjustable plastic nut and by using a control circuit.
Das FuhrungsSystem zum exakten Verfahren des Dispenserkopfes besteht aus geschliffenen und geharteten Prazisionswellen und hochprazisen Kugelfuhrungen. Dieser Aufbau der Lagerungen erlaubt eine kompakte, präzise geführte Lagerkonstruktion mit ei¬ nem unlimitierten Fahrweg, ähnlich wie Kugelumlaufbuchsen, jedoch mit höherer Präzision. The guide system for the exact movement of the dispenser head consists of ground and hardened precision shafts and high-precision ball guides. This construction of bearings permits a compact, precise guided bearing design with ei ¬ nem unlimited track, similar to recirculating ball bearings, but with higher precision.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Arbeitsplatz für mikrobiologische Untersuchungen mit einem in mehreren Bewegungsachsen verfahrbaren Dispenserkopf zur Aufnahme und Dosierung kleiner Flussigkeitsproben, und mit einem Probenbehalter zur Zuführung zu untersuchender Proben, sowie mit einem Objektträger zur Aufnahme dosierter Proben, dadurch gekennzeichnet, daß der über EinStellmotoren (1.4,1.5) höhen- und längsverschiebbare Dispenserkopf (1.1) an einer Traverse (1.0) gelagert ist, die ihrerseits von mindestens einer mit einer Grundplatte (4.0) verbundenen Montagesäule (1.3) getragen wird, daß innerhalb des Längsverschiebungsbereichs des Dispenserkopfes (1.1) der Probenbehalter (2.1) quer verschiebbar angeordnet ist, und daß der Objektträger (3.1) auf einer derart bewegbaren Trägereinheit (3.0) sitzt, daß er zur Aufnahme dosierter Proben in den Längsverschiebungsbereich des Dispenserkopfs (1.1) positioniert werden kann.1. Work station for microbiological examinations with a dispenser head that can be moved in several axes of motion for taking and dosing small liquid samples, and with a sample holder for feeding samples to be examined, and with a slide for taking dosed samples, characterized in that the one-position motors (1.4, 1.5 ) vertically and longitudinally displaceable dispenser head (1.1) is mounted on a crossmember (1.0), which in turn is supported by at least one mounting column (1.3) connected to a base plate (4.0), that within the longitudinal displacement range of the dispenser head (1.1) the sample holder (2.1 ) is arranged so as to be transversely displaceable, and that the specimen slide (3.1) is seated on such a movable support unit (3.0) that it can be positioned in the longitudinal displacement area of the dispenser head (1.1) for receiving dosed samples.
2. Arbeitsplatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dispenserkopf (1.1) längs der Traverse (1.0) verschiebbar ist und die Traverse von zwei Montagesäulen (1.3) getragen wird.2. Work station according to claim 1, characterized in that the dispenser head (1.1) along the crossmember (1.0) is displaceable and the crossmember is carried by two mounting columns (1.3).
3. Arbeitsplatz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Montagesäule (1.3) drehbar gelagert ist und die an ihr längsverschiebbar gelagerte Traverse (1.0) an ihrem einen Ende den Dispenserkopf (1.1) und an ihrem anderen Ende eine Greifvorrichtung (1.6) für Probenbehalter (2.1) trägt. 3. Workstation according to claim 1, characterized in that the mounting column (1.3) is rotatably mounted and the longitudinally displaceably mounted cross member (1.0) at one end the dispenser head (1.1) and at its other end a gripping device (1.6) for sample holder (2.1) carries.
4. Arbeitsplatz nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dispenserkopf (1.1) mit einer Mehrzahl von Dosierkapillaren (1.9) ausgestattet ist.4. Work station according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the dispenser head (1.1) is equipped with a plurality of metering capillaries (1.9).
5. Arbeitsplatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Probenbehalter (2.1) durch eine Schale mit einer Vielzahl kleiner Vertiefungen zur Aufnahme von Einzelproben gebildet wird, die in einem quer zur Dispenserkopfführung verschiebbaren Schlitten (2.0) einsetzbar ist.5. Work station according to one of the preceding claims, characterized in that the sample container (2.1) is formed by a shell with a large number of small recesses for receiving individual samples, which can be used in a slide (2.0) which can be displaced transversely to the dispenser head guide.
6. Arbeitsplatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsbereich des Dispenserkopfes (1.1) ein Kapillarenspülbad (2.2) angeordnet ist.6. Work station according to one of the preceding claims, characterized in that a capillary rinsing bath (2.2) is arranged in the range of movement of the dispenser head (1.1).
7. Arbeitsplatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bewegungsbereich des Dispenserkopfes (1.1) eine Positionskalibriereinheit (2.3) für die Kapillaren (1.9) angeordnet ist.7. Work station according to one of the preceding claims, characterized in that a position calibration unit (2.3) for the capillaries (1.9) is arranged in the range of movement of the dispenser head (1.1).
8. Arbeitsplatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektträgereinheit (3.0) einen gegebenenfalls auswechselbaren Drehteller (3.2) mit einer Mehrzahl von Aufnahmen für Objektträger (3.1) aufweist, die einzeln in dem Bewegungsbereich des Dispenserkopfes (1.1) bewegbar sind.8. Work station according to one of the preceding claims, characterized in that the slide unit (3.0) has an optionally interchangeable turntable (3.2) with a plurality of receptacles for slides (3.1) which are individually movable in the range of movement of the dispenser head (1.1).
9. Arbeitsplatz nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine Rotationsbewegungen sowie Translationsbewegungen erlaubende Lagerung für den Drehteller (3.2) .9. Workplace according to claim 8, characterized by a rotational movement and translational movement allowing storage for the turntable (3.2).
10. Arbeitsplatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im Bewegungsbereich des Dispenser- kopfes (1.1) angeordnete optische Kontrolleinheit (5.0), gegebenenfalls mit Kameraanschluß, zur Beobachtung der aus den Kapillaren (1.9) austretenden Tröpfchen.10. Workplace according to one of the preceding claims, characterized by a in the range of motion of the dispenser Head (1.1) arranged optical control unit (5.0), optionally with a camera connection, for observing the droplets emerging from the capillaries (1.9).
11. Arbeitsplatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Traverse (10) zwei parallele Führungswellen (6.5) enthält, an deren einer der Dispenserkopf (1.1) mit im Winkel angeordneten Kugel- bzw. Walzenführungen (6.1,6.2) hängt und an deren anderer er mittels beiderseits angeordneter Kugel- bzw. Walzenführungen (6.3,6.4) pendelfrei geführt wird.11. Workstation according to one of the preceding claims, characterized in that the crossmember (10) contains two parallel guide shafts (6.5), on one of which the dispenser head (1.1) with angularly arranged ball or roller guides (6.1,6.2) hangs and on the other of which it is guided in a pendulum-free manner by means of ball or roller guides (6.3, 6.4) arranged on both sides.
12. Arbeitsplatz nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Traverse (1.0) eine parallel zu den Führungswellen (6.5) verlaufende Antriebsspindel (6.6) für die Längseinstellung des Dispenserkopfes (1.1) gelagert und mit einem Einsteilmotor (1.5) gekoppelt ist.12. Workplace according to claim 11, characterized in that in the crossmember (1.0) a parallel to the guide shafts (6.5) running drive spindle (6.6) for the longitudinal adjustment of the dispenser head (1.1) is mounted and coupled to a one-piece motor (1.5).
13. Arbeitsplatz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsteilmotoren (1.4,1.5) für die Dispenserkopfposition über Regelkreise steuerbar 13. Workplace according to one of the preceding claims, characterized in that the one-piece motors (1.4, 1.5) for the dispenser head position can be controlled via control loops
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