VERWANDTE ANMELDUNGEN

Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Schweizer Patentanmeldung CH 00950/16 mit Anmeldetag 22. Juli 2016, deren Inhalt hiermit in die vorliegende

Patentanmeldung aufgenommen wird, die Priorität der

Schweizer Patentanmeldung CH 00159/17 mit Anmeldetag 10. Februar 2017, deren Inhalt hiermit ebenfalls in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen wird, und die Priorität der Schweizer Patentanmeldung CH 00523/17 mit

Anmeldetag 19. April 2017, deren Inhalt hiermit ebenfalls in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen wird.

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Flüssigkeitsbearbeitungssysteme und betrifft insbesondere eine Pipettiervorrichtung zum Ansaugen (bzw. Aufnehmen / Aspirieren) und Abgeben (bzw. Zuführen / Dispensieren) von Flüssigkeitsvolumina, wie beispielsweise Flüssigkeitsproben, für automatisierte Laborgeräte bzw. Laboranlagen. Des Weiteren wird ein Flüssigkeitsbearbeitungssystem umfassend eine

Pipettiervorrichtung und eine Messeinheit vorgeschlagen. Ferner werden Verfahren zum Betreiben eines

Flüssigkeitsbearbeitungssystems in einem offenen und geschlossenen Regelkreis vorgeschlagen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Wenn in medizinischen, chemischen, analytischen oder pharmazeutischen Labors grosse Mengen an Proben zu

untersuchen sind, werden dazu heute meist automatisierte Laborsysteme bzw. -anlagen eingesetzt, welche eine rasche und zuverlässige Verarbeitung jeder einzelnen Probe

ermöglichen. Solche Laborsysteme sind oftmals als

Flüssigkeitsbearbeitungssysteme auf die Handhabung von Flüssigkeitsvolumina ausgelegt, und dazu geeignet mit diesen Proben bestimmte Vorgänge auszuführen, wie

beispielsweise optische Messungen, Pipettierungen, Waschen, Zentrifugieren, Inkubieren und Filtrieren. Solche

Flüssigkeitsbearbeitungssysteme umfassen insbesondere

Pipettierer sowohl zum Ansaugen und Abgeben von

Flüssigkeiten oder Dispenser ausschliesslich zum Abgeben von Flüssigkeiten. Die meisten Laboranwendungen erfordern sehr präzise Pipettieroperationen um eine

zufriedenstellende analytische Genauigkeit zu erhalten. Folglich ist eine genaue Kenntnis der verarbeiteten

Probenmengen bzw. Flüssigkeitsvolumina von entscheidender Bedeutung . In der Schweizer Patentanmeldung CH 00950/16 mit Anmeldetag 22. Juli 2016 werden ein Verfahren, welches eine genaue Bestimmung eines bearbeiteten (d.h. aspirierten bzw.

dispensierten) Flüssigkeitsvolumens beim Pipettieren erlaubt, sowie eine Pipettiervorrichtung, welche dieses Verfahren für eine präzise Bestimmung der verarbeiteten Probenmengen bzw. Flüssigkeitsvolumina einsetzt,

vorgeschlagen .

Bei bislang bekannten Systemen wird dies meist indirekt bestimmt, beispielsweise indem die Probe mit einer

bekannten Ansaugleistung während einer bestimmten Zeit aufgenommen wird. Das Problem mit diesen indirekten

Verfahren der Volumenbestimmung ist, dass nicht

gewährleistet werden kann, dass tatsächlich die gewünschte Probenmenge aufgenommen (respektive abgegeben) wurde, da beispielsweise (zum Teil) Luft anstatt der

Probenflüssigkeit angesaugt wird oder gar keine Flüssigkeit aufgenommen wird, weil die Pipettenspitze verstopft ist. Ebenso hängt das effektiv aufgenommene Volumen von der Viskosität und der Oberflächenspannung der Probe ab.

Weitere Parameter wie z.B. Variationen im Durchmesser der Öffnung von Wegwerf-Pipettenspitzen beeinflussen ebenfalls das effektiv aufgenommene Probenvolumen.

Bekannte Verfahren der kapazitiven

Flüssigkeitspegeldetektion (sog. „capacitive liquid level detection", cLLD) können dazu verwendet werden, um die Pegelhöhendifferenz zwischen dem Eintauchen in und dem Austauchen aus einer Probenflüssigkeit zu bestimmen. Aus der Pegelhöhendifferenz und der Querschnittsfläche des Gefässes kann das aufgenommene oder abgegebene Volumen berechnet werden. Diese Verfahren sind allerdings für kleine Volumina und grosse Querschnittsflächen zu ungenau. Sie eignen sich daher nur für grosse Volumina. Zusätzlich verfälschen mechanische Toleranzen der Höhenzustellung der kapazitiven Messfühler die Messung der Pegelhöhendifferenz. Parasitäre Kapazitäten können Ursache einer ungenauen

Bestimmung der verarbeiteten Probenmengen bzw.

Flüssigkeitsvolumina sein.

Es besteht Bedarf nach Mitteln, welche u.a. eine einfache sowie präzise Bestimmung der verarbeiteten Probenmengen bzw. Flüssigkeitsvolumina in automatisierten

Pipettiervorrichtungen erlauben und somit eine hohe

analytische Genauigkeit der durchgeführten Untersuchungen bzw. Operationen gewährleisten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine

Pipettiervorrichtung bereitzustellen, mit deren Hilfe eine einfache und präzise Bestimmung der verarbeiteten

Probenmengen bzw. Flüssigkeitsvolumina ermöglicht wird, wobei Störeinflüsse bei der Bestimmung im Wesentlichen eliminiert werden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die in Anspruch 1 festgelegte Pipettiervorrichtung erfüllt .

Es ist zudem eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Flüssigkeitsbearbeitungssystem mit der vorgeschlagenen

Pipettiervorrichtung auszustatten, um eine für Laborsysteme bzw. -anlagen geeignete Einrichtung bereitzustellen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das

Flüssigkeitsbearbeitungssystem gemäss Anspruch 12 gelöst.

Spezifische erfindungsgemässe Ausführungsvarianten werden in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Eine erfindungsgemässe Pipettiervorrichtung umfasst eine Röhre, wobei ein Fluidraum der Röhre zumindest teilweise mit einem Arbeitsfluid gefüllt ist, das an einem ersten Ende der Röhre mit einem Druckerzeugungsmittel

wirkverbindbar ist, ausgebildet zum Ansaugen bzw. Abgeben einer Probenflüssigkeit über eine an einem zweiten Ende der Röhre vorgesehene Öffnung, wobei das Arbeitsfluid und die Probenflüssigkeit voneinander über einen Luftspalt

elektrisch isoliert sind, wobei an der Pipettiervorrichtung eine erste Elektrode ausgebildet ist, welche zusammen mit einer zweiten Elektrode, die durch mindestens einen Teil der in der Röhre aufnehmbaren Probenflüssigkeit gebildet ist, einen Messkondensator bildet, welcher mit einer

Messeinheit wirkverbindbar ist, welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Kapazität des Messkondensators ein Volumen der angesaugten bzw. abgegebenen Probenflüssigkeit zu bestimmen, ferner umfassend einen ersten elektrischen

Kontakt, welcher von der ersten Elektrode und zweiten

Elektrode elektrisch isoliert ist und dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung mit dem Arbeitsfluid

herzustellen, wobei der erste elektrische Kontakt über eine niederohmige Wandlerschaltung elektrisch mit der

Messeinheit verbindbar ist.

Die vorliegende Erfindung erlaubt es die Probenflüssigkeit als eine der beiden Elektroden eines Messkondensators zu verwenden. Mit anderen Worten, wirkt die Probenflüssigkeit als „Flüssigelektrode". Je nach Menge der von der

Pipettiervorrichtung angesaugten respektive abgegebenen Probenflüssigkeit ändert sich die Kapazität dieses

Messkondensators (d.h. sie wird grösser respektive

kleiner) , wodurch mittels der Messeinheit direkt das

Volumen der angesaugten respektive abgegebenen

Probenflüssigkeit genau bestimmt werden kann. Die

Probenflüssigkeit sollte über eine gewisse Leitfähigkeit verfügen. Dabei wirkt die Röhre selber als Dielektrikum zwischen den beiden Elektroden. Durch eine entsprechende Ausgestaltung der Röhre, in deren Innerem sich die

Probenflüssigkeit als zweite Elektrode befindet, und z.B. an deren äusseren Oberfläche die erste Elektrode

aufgebracht ist, können auch sehr kleine Volumen mit einer hohen Genauigkeit bestimmt werden. Die beiden Elektroden des Messkondensators können dabei eine beliebige Form haben. Es muss lediglich vorweg ein Zusammenhang zwischen der Kapazität des Mess kondensators in Abhängigkeit des Probenvolumens ermittelt werden.

Weitere Angaben sind in der Schweizer Patentanmeldung CH 00950/16 mit Anmeldetag 22. Juli 2016 gemacht, deren Inhalt hier aufgenommen ist.

Ein metallischer erster elektrischer Kontakt an der

Unterseite der Röhre steht mit der Probenflüssigkeit elektrisch in Verbindung. Ein zweiter elektrischer Kontakt an der Oberseite der Röhre steht mit dem Arbeitsfluid elektrisch in Verbindung und kann das Arbeitsfluid an ein Guard-Potential anlegen. Der Luftspalt zwischen den beiden Säulen der Probenflüssigkeit und des Arbeitsfluids wirkt als elektrischer Isolator. Die Erfindung ermöglicht, dass lediglich die Säule der Probenflüssigkeit als für den

Messkondensator relevante Elektrode wirken kann.

Es ist zu erwähnen, dass unter dem Begriff Probenvolumen nicht nur das Volumen von flüssigen Analyseproben

verstanden wird, sondern ebenfalls Volumina von Reagenzien, Verdünnungslösungen wie Pufferlösungen, Lösungsmittel oder auch von Suspensionen mit Partikeln oder Zellen.

In einer Ausführungsvariante der Pipettiervorrichtung ist die niederohmige Wandlerschaltung ausgebildet zum

Reduzieren von parasitären Kapazitäten, welche durch das Arbeitsfluid hervorrufbar sind. In einer weiteren Ausführungsvariante der

Pipettiervorrichtung ist die niederohmige Wandlerschaltung mit einem hochohmigen Eingang und einem niederohmigen

Ausgang versehen.

In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst die

Pipettiervorrichtung ferner einen zweiten elektrischen Kontakt, welcher von der ersten Elektrode elektrisch isoliert ist und dazu ausgebildet ist, beim Ansaugen oder Abgeben der Probenflüssigkeit eine elektrische Verbindung mit der Probenflüssigkeit herzustellen, sodass mindestens ein Teil der Probenflüssigkeit, welche sich in der Röhre befindet, die zweite Elektrode des Messkondensators bildet, wobei die erste Elektrode mit der Messeinheit elektrisch verbindbar ist.

In einer weiteren Ausführungsvariante der

Pipettiervorrichtung ist die Röhre durch die erste

Elektrode teilweise oder vollständig umhüllt.

In einer weiteren Ausführungsvariante der

Pipettiervorrichtung besteht die Röhre wenigstens im

Bereich der Öffnung aus einem elektrisch leitenden Material und bildet den zweiten elektrischen Kontakt, oder besteht die Röhre alternativ aus einem elektrisch nichtleitenden Material, welches als Dielektrikum des Messkondensators vorgesehen ist. In einer weiteren Ausführungsvariante der

Pipettiervorrichtung ist der zweite elektrische Kontakt über eine kapazitive Koppelung via die Probenflüssigkeit erstellbar, welche sich in einem Probenbehälter befindet, aus dem Probenflüssigkeit ansaugbar bzw. in den

Probenflüssigkeit abgebbar ist.

In einer weiteren Ausführungsvariante der

Pipettiervorrichtung ist der zweite elektrische Kontakt über ein drittes Umschaltelement mit der Messeinheit, der niederohmigen Wandlerschaltung oder Masse verbindbar.

In einer weiteren Ausführungsvariante der

Pipettiervorrichtung sind der erste elektrische Kontakt und die erste Elektrode über jeweils ein erstes Umschaltelement und zweites Umschaltelement mit der Messeinheit, der niederohmigen Wandlerschaltung oder Masse verbindbar, wobei durch ein Umschalten der jeweiligen Kopplungen zwischen dem ersten elektrischen Kontakt, der ersten Elektrode und dem zweiten elektrischen Kontakt mit jeweils der Messeinheit, der niederohmigen Wandlerschaltung oder Masse physikalische Effekte, welche sich negativ auf die Messergebnisse auswirken können, im Wesentlichen eliminiert werden.

In einer weiteren Ausführungsvariante der

Pipettiervorrichtung ist der zweite elektrische Kontakt in einem Zustand gegenüber Masse isoliert und mit der Messeinheit verbunden, in welchem der zweite elektrische Kontakt und die Probenflüssigkeit voneinander beabstandet sind bzw. der zweite elektrische Kontakt nicht in die

Probenflüssigkeit eingetaucht ist.

In einer weiteren Ausführungsvariante der

Pipettiervorrichtung ist der zweite elektrische Kontakt in einem Zustand mit Masse verbunden und von der Messeinheit getrennt, in welchem der zweite elektrische Kontakt und die Probenflüssigkeit miteinander in Verbindung stehen bzw. der zweite elektrische Kontakt in die Probenflüssigkeit

eingetaucht ist.

Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Flüssigkeitsbearbeitungssystem eine

vorgeschlagene Pipettiervorrichtung mit einer Messeinheit, welche ausgebildet ist, in Abhängigkeit der Kapazität des Messkondensators ein Volumen der angesaugten bzw.

abgegebenen Probenflüssigkeit zu bestimmen, und eine niederohmige Wandlerschaltung, wobei der erste elektrische Kontakt, welcher dazu ausgebildet ist, eine elektrische Verbindung mit dem Arbeitsfluid herzustellen, und die

Messeinheit über die niederohmige Wandlerschaltung

elektrisch miteinander verbunden sind.

In einer Ausführungsvariante umfasst das

Flüssigkeitsbearbeitungssystem ferner ein

Druckerzeugungsmittel, wobei das Druckerzeugungsmittel mit einem Regler verbunden ist, welcher ausgebildet ist, um in einem geschlossenen Regelkreis basierend auf dem von der Messeinheit bestimmten Volumen der angesaugten bzw.

abgegebenen Probenflüssigkeit sowie eines vorgegebenen Zielvolumens der angesaugten bzw. abgegebenen

Probenflüssigkeit, einen Druck für das Ansaugen bzw.

Abgegeben der Probenflüssigkeit an das Arbeitsfluid

anzulegen .

In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst das

Flüssigkeitsbearbeitungssystem ferner eine motorisierte Transporteinheit, wie beispielsweise einen Roboterarm, auf welcher die Pipettiervorrichtung angeordnet ist, wobei der Regler zusätzlich dazu ausgebildet ist, Signale an die Transporteinheit zu senden, um die Pipettiervorrichtung so zu bewegen, dass die Öffnung der Röhre genau positionierbar ist, insbesondere in einem mit der Probenflüssigkeit gefüllten Probenbehälter, wie beispielsweise einem

Probenröhrchen oder einer Mikroplatte.

In einer weiteren Ausführungsvariante umfasst das

Flüssigkeitsbearbeitungssystem ferner ein drittes

Umschaltelement, welches den zweiten elektrischen Kontakt elektrisch mit der Messeinheit verbindet oder hiervon trennt.

In einer weiteren Ausführungsvariante des

Flüssigkeitsbearbeitungssystems ist das dritte Umschaltelement dazu eingerichtet, den zweiten elektrischen Kontakt elektrisch mit Masse zu verbinden oder hiergegen zu isolieren .

In einer weiteren Ausführungsvariante des

Flüssigkeitsbearbeitungssystems isoliert das dritte

Umschaltelement den zweiten elektrischen Kontakt in einem Zustand gegenüber Masse, in welchem der zweite elektrische Kontakt und die Probenflüssigkeit voneinander beabstandet sind bzw. der zweite elektrische Kontakt nicht in die

Probenflüssigkeit eingetaucht ist.

In einer weiteren Ausführungsvariante des

Flüssigkeitsbearbeitungssystems verbindet das dritte

Umschaltelement den zweiten elektrischen Kontakt in einem Zustand mit Masse, in welchem der zweite elektrische

Kontakt und die Probenflüssigkeit miteinander in Verbindung stehen bzw. der zweite elektrische Kontakt in die

Probenflüssigkeit eingetaucht ist.

Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines vorgeschlagenen Flüssigkeitsbearbeitungssystems in einem offenen Regelkreis die Schritte: - Erfassen eines Zustandes, in welchem der zweite

elektrische Kontakt (9'') der Pipettiervorrichtung mit der Probenflüssigkeit in Kontakt (4) tritt; - Umschalten des Flüssigkeitsbearbeitungssystems auf

Volumenmessung;

- Aspirieren der Probenflüssigkeit (4) durch das

Druckerzeugungsmittel; und

- Bestimmen eines Volumens der aspirierten

Probenflüssigkeit (4') in Abhängigkeit der Kapazität des Messkondensators.

Gemäss einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines vorgeschlagenen Flüssigkeitsbearbeitungssystems in einem geschlossenen Regelkreis die Schritte:

- Erfassen eines Zustandes, in welchem der zweite

elektrische Kontakt (9'') der Pipettiervorrichtung mit der Probenflüssigkeit in Kontakt (4) tritt;

- Umschalten des Flüssigkeitsbearbeitungssystems auf

Volumenmessung; und

- Aspirieren der Probenflüssigkeit (4) durch das

Druckerzeugungsmittel basierend auf ein vorbestimmtes

Volumensignal .

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die

vorstehenden Ausführungsvarianten beliebig kombinierbar sind. Lediglich diejenigen Kombinationen von

Ausführungsvarianten sind ausgeschlossen, die durch die Kombination zu Widersprüchen führen würden. KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nichtlimitierende Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Figuren noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine vergrösserte schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels einer Pipettenspitze von einer erfindungsgemässen Pipettiervorrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines

Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen

Pipettiervorrichtung, welche mit einem Arbeitsfluid betrieben wird;

Fig. 3a) ein schematisches Schaubild einer elektrischen

Verschaltung von einer Pipettiervorrichtung in einem Zustand, bei welchem die

Pipettiervorrichtung nicht in die

Probenflüssigkeit eingetaucht ist,

b) das schematische Schaubild der elektrisch

verschalteten Pipettiervorrichtung nach Fig. 3a) in einem Zustand, bei welchem die

Pipettiervorrichtung in die Probenflüssigkeit eingetaucht ist; und

Fig. 4) einen beispielhaften Probenbehälterträger von einem Flüssigkeitsbearbeitungssystem.

In den Figuren stehen gleiche Referenzzeichen für gleiche Elemente . DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 zeigt stark vereinfacht in einer schematischen

Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer Röhre 1 von einer Pipettenspitze 2 einer Pipettiervorrichtung . Die Röhre 1 besteht beispielsweise aus Glas oder einem Kunststoff und ist Teil der Pipettenspitze 2. Obwohl die Röhre 1 als

Zylinder mit kreisförmigem Querschnitt gezeigt ist, kann sie ein jeglicher langgestreckter Hohlkörper sein und im Querschnitt eine jegliche Form annehmen, z.B. oval, rechteckig, usw. In den Kanal dieser Röhre 1 wird durch eine Öffnung 3 am einen Ende der Röhre 1 eine

Probenflüssigkeit 4 ' aus einem Probenbehälter (nicht gezeigt) in die Röhre 1 angesaugt bzw. aus dieser

abgegeben, indem z.B. mittels einer Pumpe, einem Kolben oder Stössel (nicht gezeigt), welche (r) mit dem anderen Ende der Röhre 1 in Fluidverbindung steht, der Druck in der Röhre 1 reduziert bzw. erhöht wird. Um die Röhre 1 herum ist eine erste Elektrode 5 ganz oder teilweise flächig umhüllend angeordnet. Diese erste Elektrode 5 kann

beispielsweise aus einer auf die Röhre 1 aufgedampften leitenden Beschichtung, z.B. eine Kupferschicht, oder einer auf die Röhre 1 aufgeklebten leitenden Folie, z.B. eine Kupferfolie, bestehen. Diese erste Elektrode 5 kann auf ein bestimmtes Referenzpotential angelegt werden, z.B. Masse. Wird nun die Probenflüssigkeit 4 via einen elektrischen Kontakt mittels einer Spannungsquelle auf ein anderes Potential gelegt, so bilden die erste Elektrode 5 und die Probenflüssigkeit 4 ^Λ als Gegenelektrode (= zweite Elektrode) zusammen einen Messkondensator 6, wie

schematisch durch ein Kondensator-Schaltzeichen angedeutet. Der Messkondensator 6 weist je nach dem Volumen der

Probenflüssigkeit 4 die sich gerade in der Röhre 1 befindet, eine unterschiedlich grosse Kapazität auf. Somit besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Kapazität dieses Messkondensators 6 und dem Volumen der

Probenflüssigkeit 4 welche sich in der Röhre 1 befindet, d.h. beim Ansaugen (bzw. Aspirieren) von Probenflüssigkeit erhöht sich die Kapazität und beim Abgeben (bzw.

Dispensieren) von Probenflüssigkeit verkleinert sich die Kapazität. Durch Bestimmung der Kapazität des

Messkondensators 6 mittels einer geeigneten Messeinheit, welche z.B. einen Kapazitäts-Digital-Wandler (sog. CDC Wandler, nicht gezeigt) umfasst, kann somit direkt das Volumen der in der Röhre 1 befindlichen Probenflüssigkeit 4 ^Λ ermittelt werden.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel, bei welchem ein Arbeitsfluid 7 (auch Systemflüssigkeit genannt) zur Druckübertragung eingesetzt wird. Dabei ist die Röhre 1 teils mit dem

Arbeitsfluid 7 und teils mit der Probenflüssigkeit 4 ^Λ gefüllt, wobei sich zwischen den beiden Flüssigkeiten ein Luftspalt 8 einstellt, welcher verhindert, dass das

Arbeitsfluid 7 mit der Probenflüssigkeit 4 ^λ in Berührung kommt. Wie in der Ausführungsform gemäss Figur 2 gezeigt, wird das (elektrisch leitfähige) Arbeitsfluid 7 über einen ersten elektrischen Kontakt 9', welcher mit dem Arbeitsfluid 7 in Fluidverbindung steht, elektrisch

angeschlossen. Hierbei ist der erste elektrische Kontakt 9' gegenüber der ersten Elektrode 5 und der zweiten Elektrode 4' (Probenflüssigkeit) elektrisch isoliert. Der erste elektrische Kontakt 9' kann das Arbeitsfluid 7 auf ein Guard-Potential anlegen bzw. mit einem Guard-Potential verbinden. Ferner umfasst ist ein zweiter elektrischer Kontakt 9'', welcher mit der (elektrisch leitfähigen)

Probenflüssigkeit 4' in Fluidverbindung steht. Der zweite elektrische Kontakt 9'' ist ebenfalls gegenüber der ersten Elektrode 5 elektrisch isoliert. Dieser zweite elektrische Kontakt 9' ' stellt beim Ansaugen oder Abgeben der

Probenflüssigkeit 4' eine elektrische Verbindung mit der Probenflüssigkeit 4' her, sodass mindestens ein Teil der Probenflüssigkeit 4', welche sich in der Röhre 1 befindet, die zweite Elektrode des Messkondensators bildet. Die

Probenflüssigkeit 4' kann über den zweiten elektrischen Kontakt 9'' auf Masse angelegt bzw. mit Masse-Potential verbunden werden. In einem Ausführungsbeispiel kann die Röhre 1 wenigstens im Bereich der Öffnung 3 aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und hierbei den zweiten elektrischen Kontakt 9'' bilden, oder alternativ aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen, welches als Dielektrikum des Messkondensators vorgesehen sein kann.

Wie in Fig. 2 weiter schematisch gezeigt, ist eine

Messkapazität MC (measuring capacitance) über den Bereich der Röhre 1 zwischen dem ersten elektrischen Kontakt 9' und dem zweiten elektrischen Kontakt 9'' bestimmbar. Ferner ist eine messbare Kapazität der Probenflüssigkeit MSC (measured sample capacitance) im Bereich der Röhre 1 zwischen dem höchsten Punkt der Probenflüssigkeit-Säule und dem zweiten elektrischen Kontakt 9'' bestimmbar. Es können auch weitere Messbereiche aufgenommen werden, wie im Folgenden näher erläutert .

Figuren 3a) und 3b) zeigen schematisch jeweils eine

elektrische Verschaltung der Pipettiervorrichtung. Hierbei ist in Fig. 3a) ein Zustand gezeigt, in welchem die

Pipettiervorrichtung nicht in die in einem Probenbehältnis bevorratete Probenflüssigkeit 4 eingetaucht ist, während in Fig. 3b) ein Zustand gezeigt ist, in welchem die Röhre 1 in die Probenflüssigkeit 4 eingetaucht ist. Es ist hierbei zu erwähnen, dass über die Beschreibung hinweg die im

Probenbehältnis bevorratete Probenflüssigkeit mit dem

Bezugs zeichen 4 gekennzeichnet ist, während der in der Pipettiervorrichtung aufgenommenen Probenflüssigkeit das Bezugszeichen 4' zugesprochen ist.

Die Röhre 1 ist durch die erste Elektrode 5 umhüllt und die zweite Elektrode ist durch die Probenflüssigkeit 4' selber gebildet (siehe Fig. 3b) ) .

Der erste elektrische Kontakt 9', die erste Elektrode 5 und der zweite elektrische Kontakt 9'' sind jeweils über ein erstes Umschaltelement S9', zweites Umschaltelement S5 und drittes Umschaltelement S9'' verschaltet. Die Verschattung durch die Umschaltelemente S9', S5 und S9'' ist

beispielhaft und dient zur Veranschaulichung - eine

jegliche Umschaltung kann selbstverständlich derart

implementiert sein, dass sie über einen Prozessor, Computer oder eine sonstige Steuervorrichtung gesteuert wird.

Der erste elektrische Kontakt 9' stellt einen elektrischen Kontakt mit dem Arbeitsfluid 7 her. Eine Messeinheit CAP (hierzu im Folgenden mehr) ist über den ersten elektrischen Kontakt 9' elektrisch mit dem Arbeitsfluid 7 verbindbar. Hierzu ist die Messeinheit CAP über eine niederohmige

Wandlerschaltung WS elektrisch mit dem ersten elektrischen Kontakt 9' verbindbar, wobei eine Umschaltung über das erste Umschaltelement S9' realisiert werden kann. Die niederohmige Wandlerschaltung WS dient zum Reduzieren von parasitären Kapazitäten, welche u.a. durch das Arbeitsfluid 7 hervorgerufen werden können, und kann mit einem

hochohmigen Eingang und einem niederohmigen Ausgang

versehen sein. Das Arbeitsfluid 7 kann über das erste

Umschaltelement S9' ebenso auf Masse-Potential angelegt bzw. umgeschaltet werden.

Die erste Elektrode 5 ist über das zweite Umschaltelement S5 mit der Messeinheit CAP verbindbar oder trennbar. In dem in Fig. 3a) gezeigten Zustand ist die erste Elektrode 5 von der Messeinheit CAP getrennt, während sie in dem in Fig. 3b) gezeigten Zustand mit der Messeinheit CAP verbunden ist (hierzu im Folgenden mehr) . Die erste Elektrode 5 kann über das zweite Umschaltelement S5 ebenso auf Masse-Potential angelegt werden. Die Messeinheit CAP bestimmt in

Abhängigkeit der Kapazität des gebildeten Messkondensators ein Volumen der angesaugten bzw. abgegebenen

Probenflüssigkeit 4'. Mit anderen Worten, dient die

Messeinheit CAP zur Ermittlung der Kapazität des

Messkondensators und damit des Volumens der

Probenflüssigkeit 4' in der Röhre 1. Die Messeinheit CAP ist beispielsweise ein Kapazitäts-Digital-Wandler

(„Capacitance-to-Digital Converter", CDC) , der Kapazitäten in Spannungen wandelt und auf dem Verfahren des Sigma- Delta-Wandlers basiert. Beim CDC-Verfahren wird für eine unbekannte Kapazität deren Grösse in Farad als Digitalwert bestimmt. Beispiele von im Handel erhältlichen CDC

Bausteinen sind der FDC1004 von Texas Instruments sowie der AD7745 von Analog Devices. Die Messeinheit CAP kann an einem weiteren Ende mit Masse verbunden sein.

Der zweite elektrische Kontakt 9' ' stellt einen

elektrischen Kontakt mit der Probenflüssigkeit 4' her, die wiederum über das dritte Umschaltelement S9'' elektrisch mit der Messeinheit CAP koppelbar ist. Die

Probenflüssigkeit ' kann über das dritte Umschaltelement S9'' ebenso elektrisch von der Messeinheit CAP getrennt und auf Masse-Potential angelegt werden.

In dem in Fig. 3a) gezeigten Zustand ist die

Pipettiervorrichtung nicht in die Probenflüssigkeit 4 eingetaucht und dient hier zur Flüssigkeitspegeldetektion . In diesem Zustand ist in einem Modus 1 der zweite elektrische Kontakt 9'' über das dritte Umschaltelement S9'' mit der Messeinheit CAP verbunden und gegenüber Masse isoliert. Der zweite elektrische Kontakt 9'' ist in einem Zustand gegenüber Masse isoliert und mit der Messeinheit CAP verbunden, in welchem der zweite elektrische Kontakt 9'' und die Probenflüssigkeit 4 voneinander beabstandet sind bzw. der zweite elektrische Kontakt 9'' nicht in die Probenflüssigkeit 4 eingetaucht ist

( lüssigkeitspegeldetektion) . Hierdurch wird zwischen dem zweiten Kontakt 9 ¹ ' an der Öffnung 3 der Röhre 1 und der Probenflüssigkeit 4 im Probenbehälter selber ein

Messkondensator gebildet. In diesem Zustand kann die

Probenflüssigkeit 4 über den Boden des Probenbehälters, in welchem sich die Probenflüssigkeit 4 befindet, kapazitiv mit Masse gekoppelt sein. Ein Arbeitstisch (nicht gezeigt), auf dem der Probenbehälter in z.B. einem

Probenbehälterträger angeordnet ist, wird dazu mit Masse als Referenzpotential verbunden. Wie zuvor erwähnt, ist bei der Flüssigkeitspegeldetektion der zweite elektrische

Kontakt 9' ' von Masse getrennt und mit der Messeinheit CAP verbunden, während die zweite Elektrode 5 von der

Messeinheit CAP getrennt ist.

Nachdem ein Eintauchen der Röhre 1 in die Probenflüssigkeit 4 erfasst ist (siehe Fig. 3b)), schaltet die

Pipettiervorrichtung auf die Bestimmung des Volumens von Probenflüssigkeit 4 ' in der Röhre 1 um. In einem

beispielhaften Modus 2 werden die erste Elektrode 5 mit der esseinheit CAP verbunden und der erste elektrische Kontakt 9' mit der niederohmigen Wandlerschaltung WS verbunden. Ferner trennt der dritte Umschalter S9'' den zweiten elektrischen Kontakt 9'' von der Messeinheit CAP und schaltet den zweiten elektrischen Kontakt 9'' auf Masse um bzw. legt ihn auf Masse-Potential an. Indem der zweite elektrische Kontakt 9' ' nun auf Masse angelegt ist, können Einflüsse einer Probenbehälterkapazität eliminiert werden. Ferner, indem der erste elektrische Kontakt 9' mit der niederohmigen Wandlerschaltung WS verbunden ist, werden mögliche Einflüsse durch das Arbeitsfluid 7 eliminiert.

Zusammengefasst , wird also der zweite elektrische Kontakt 9' ' in einem Zustand mit Masse verbunden und von der

Messeinheit CAP getrennt, in welchem der zweite elektrische Kontakt 9'' und die Probenflüssigkeit 4 miteinander in Verbindung stehen bzw. der zweite elektrische Kontakt 9'' in die Probenflüssigkeit 4 im Probenbehälter eingetaucht ist. In diesem Zustand wird der Messkondensator zwischen der Probenflüssigkeit ' in der Röhre 1 und der ersten

Elektrode 5 gebildet und die Pipettiervorrichtung hierdurch in die Lage versetzt, das Volumen von Probenflüssigkeit 4' in der Röhre 1 im Wesentlichen durchgängig und frei von Messeinflüssen zu bestimmen.

Mit anderen Worten, können parasitäre Effekte eliminiert werden, indem die erste Elektrode 5 erst beim Bestimmen des Volumens von Probenflüssigkeit 4 ' durch die Messeinheit CAP hiermit verbunden wird und (im Wesentlichen) gleichzeitig der zweite elektrische Kontakt 9'' von der Messeinheit CAP getrennt und auf Masse angelegt wird. Hierbei spielt es keine Rolle, ob die Röhre 1 in die im Probenbehälter bevorratete Probenflüssigkeit 4 eingetaucht ist oder nicht. Ein wesentlicher Vorteil besteht somit darin, dass

Messungen beim Pipettieren nicht nur beim Aspirieren, sondern auch beim kontaktfreien Dispensieren der

Probenflüssigkeit 4' vorgenommen werden können.

Beispielsweise können Teilprobenvolumina bei Mehrfach- Abgaben (multi dispense) zuverlässig bestimmt werden.

In einer ersten Variante von einem Modus 3 wird der erste elektrische Kontakt 9' durch das erste Umschaltelement S9' mit der niederohmigen Wandlerschaltung WS verbunden, wird die erste Elektrode 5 durch das zweite Umschaltelement S5 auf Masse angelegt, und wird der zweite elektrische Kontakt 9'' durch das dritte Umschaltelement S9' ¹ mit der

Messeinheit CAP verbunden. Hierdurch kann ein möglicher Einfluss der Probenbehälterkapazität durch Subtraktion von Modus 1 eliminiert werden. Ferner, indem der erste

elektrische Kontakt 9' mit der niederohmigen

Wandlerschaltung WS verbunden wird, werden mögliche

Einflüsse durch das Arbeitsfluid 7 eliminiert. Da hier die erste Elektrode 5 auf Masse angelegt ist, können weiter vorteilhaft mögliche Einflüsse durch Laborgeräte eliminiert werden. Ein Vorteil der zusätzlichen Modi besteht darin, dass eine parallel gemessene Probenbehälterkapazität durch eine alternierend gemessene Grundkapazität ohne

Probenflüssigkeit (Modus 1) subtrahiert werden kann. In einer zweiten Variante von Modus 3 kann der dritte elektrische Kontakt 9'' mit der Messeinheit CAP verbunden werden, während die erste Elektrode 5 und der erste

elektrische Kontakt 9' an Masse angelegt werden können

(nicht gezeigt). Somit wäre kein aktiver Guard notwendig. Diese Konfiguration kann vorteilhaft sein, wenn am anderen Ende der Röhre 1 eine Masseverbindung vorhanden ist und die Probenflüssigkeit 4 eine hohe Leitfähigkeit hat. Durch ein vorteilhaft schnelles Umschalten zwischen der ersten und zweiten Variante können mögliche Störeinflüsse reduziert bzw. rausgerechnet werden. Weitere Details hierzu sind im Folgenden angegeben.

Es gibt Anwendungsfälle, bei denen auch grössere

Probenflüssigkeit 4' Volumen aufgenommen werden, die das maximale Aufnahmevolumen der Röhre 1 überschreiten können. Hierbei kontaktiert die Probenflüssigkeit 4 ' neben dem zweiten elektrischen Kontakt 9'' ebenso den ersten

elektrischen Kontakt 9' und ist der Luftspalt 8 über den ersten elektrischen Kontakt 9' nach oben hinweg

hinausgewandert. In diesem Fall kann auf einen

beispielhaften Modus 4 umgeschaltet werden. In diesem Modus 4 wird der erste elektrische Kontakt 9' durch das erste Umschaltelement S9' mit der Messeinheit CAP verbunden, wird die erste Elektrode 5 durch das zweite Umschaltelement S5 auf Masse angelegt, und wird der zweite elektrische Kontakt 9'' durch das dritte Umschaltelement S9'' ebenfalls mit der Messeinheit CAP verbunden. Ein Ausleger (Z-Stange) der Pipettiervorrichtung, welcher auf Masse liegt, kann als äussere Elektrode dienen. Ein möglicher Einfluss der

Probenbehälterkapazität kann durch Subtraktion von Modus 1 eliminiert werden. Ferner kann ein möglicher Einfluss des Arbeitsfluides 7, welches in diesem Beispiel weder den zweiten elektrischen Kontakt 9'' noch den ersten

elektrischen Kontakt 9' kontaktiert, eliminiert werden. Indem ferner die erste Elektrode 5 auf Masse angelegt wird, werden Einflüsse durch Laborgeräte ebenfalls eliminiert.

Die beschriebenen unterschiedlichen Modi sind in der folgenden Tabelle 1 wiedergegeben. Die Angaben beziehen sich darauf, womit der erste elektrische Kontakt 9', die erste Elektrode 5 und der zweite elektrische Kontakt 9'' durch Umschalten eines jeweiligen der Umschaltelemente S9 ¹ , S5 und S9' ' jeweils gekoppelt werden, nämlich ob mit der niederohmigen Wandlerschaltung WS, der Messeinheit CAP oder Masse GND. So bezeichnet z.B. der Modus 1, wie in der

Tabelle angegeben und zuvor beschrieben, dass 9' (erster elektrischer Kontakt) durch S9' (erstes Umschaltelement) mit WS (niederohmige Wandlerschaltung) verbunden ist

(Umschalter S9' oben), 5 durch S5 mit WS verbunden ist (Umschalter S5 oben), und 9'' durch S9'' mit CAP

(Messeinheit) verbunden ist (Umschalter S9' ' mittig) . Modus S9 ^λ S5 S9 ^Λ Anwendung/Zweck

1 WS WS CAP - Eintauchdetektion (vor dem

Eintauchen) -> keine

Einflüsse durch Arbeitsfluid (betrifft S9 ^, ) oder durch ein Laborgerät (betrifft S5)

- Probenbehälterkapazität

(nach dem Eintauchen) keine Einflüsse durch

Arbeitsfluid (betrifft 39 ^, ) oder Probenflüssigkeit

(betrifft S5)

2 WS CAP GND - Volumenmessung der

Probenflüssigkeit MSC A - Einfluss der

Probenbehälterkapazität

(39 ^{, Λ} ist auf Masse) und Einfluss des Arbeitsfluids

{S9* mit WS gekoppelt) können eliminiert werden

3 WS GND CAP - Volumenmessung der

Probenflüssigkeit MSC B - Einfluss der

Probenbehälterkapazität kann durch Subtraktion von Modus 1 eliminiert werden; Kein Einfluss der

Systemflüssigkeit (S9' mit WS gekoppelt ) ;

- Mögliche Messverfälschungen durch Laborgerät können eliminiert werden (erste Elektrode 5 ist auf Masse)

4 CAP GND CAP - Volumenmessung der

Probenflüssigkeit mit vergrössertem

Messkondensator (Z-Stange ist auf Masse) ->

Probenflüssigkeit

kontaktiert 9 ^{, λ} und 9 \· Luftspalt ist oberhalb 9 ^Λ ;

- Einfluss der

Probenbehälterkapazität kann durch Subtraktion von Modus

1 eliminiert werden;

- Einfluss des Arbeitsfluides kann eliminiert werden (nicht mehr kontaktiert); Mögliche Messverfälschungen durch Laborgerät werden eliminiert (erste Elektrode 5 ist auf Masse)

Tabelle 1 Fig. 4 zeigt ein Beispiel eines

Flüssigkeitsbearbeitungssystems mit einer

Pipettiervorrichtung, bei welcher die Röhre 1 durch eine Kupferfolie als erste Elektrode 5 umhüllt sein kann. Die Probenflüssigkeit 4 befindet sich in einer Probenröhre 10 als Probenbehälter, welche zusammen mit weiteren

Probenröhren in einem Probenbehälterträger 11 angeordnet ist, der auf einem Arbeitstisch 12 steht. Die leitende Arbeitstischoberfläche ist mit Masse verbunden, wobei die Probenflüssigkeit 4, welche kapazitiv mit dem Arbeitstisch 12 gekoppelt ist, ebenfalls auf Masse liegt.

LISTE DER BEZÜGSZEICHEN

1 Röhre

2 Pipettenspitze 3 Öffnung in der Pipettenspitze, Pipettieröffnung

4 Probenflüssigkeit im Probenbehälter

4 Probenflüssigkeit in der Röhre = zweite, variable

Elektrode („Flüssigelektrode") des Messkondensators

5 erste, fixe Elektrode des Messkondensators 6 darstellhafter Messkondensator

7 Arbeitsfluid bzw. Systemflüssigkeit

8 Luftspalt

9' erster elektrischer Kontakt für das Arbeitsfluid

9'' zweiter elektrischer Kontakt für die Probenflüssigkeit 10 Probenbehälter, z.B. Probenröhre

11 Probenbehälterträger

12 Arbeitstisch CAP Messeinheit MC Messkapazität

MSC messbare Kapazität der Probenflüssigkeit

S9' erstes Umschaltelement

S5 zweites Umschaltelement

S9' ¹ drittes Umschaltelement

WS niederohmige Wandlerschaltung