AT394323B - Temperierkammer, insbesondere fuer die temperierung des inhalts einer mikrotitrationsplatte, und verfahren zur steuerung eines heizkreises hiefuer - Google Patents

Description

AT394 323 B

Die Erfindung bezieht sich auf eine Temperierkammer, insbesondere für die Temperierung des Inhaltes einer Mikrotitrationsplatte mit einem Gehäuse mit einer als Temperierplatte ausgebildeten Bodenplatte, die einen steuerbaren Wärmetauscher aufweist, der vorzugsweise von einem elektrischen, plattenförmigen Temperierelement gebildet wird und einer Abdeckkappe.

Derartige Temperierkammem kommen insbesondere bei der photometrischen Messung von Blutproben zur Anwendung. Beispiele dafür sind in der DE-Al-34 41179 und der DE-Al-35 13 385 beschrieben.

Mikrotitrationsplatten in Form der Anordnung von 8 x 12 = 96 Mikroküvetten, stellen seit wenigen Jahren einen quasi Standard für photometrische Tests in der Mikrobiologie und verwandten Fachgebieten dar.

Durch das Aufkommen von kinetischen Mikrotests werden Temperiergeräte benötigt, die für Mikroküvetten sowie herkömmliche Mikrotitrationsplatten bei den vorhandenen Meßgeräten, wie z. B. Photometer verwendet werden können. Obwohl vom Lesegerät örtlich getrennte Temperierkammem bekannt sind, werden diese nach dem neueren Stand der Technik vorteilhaft unmittelbar neben oder in demselben angeordnet, sodaß es zu keiner Temperaturänderung der in der Mikrotitrationsplatte enthaltenen Flüssigkeit kommt, wenn letztere dem Lesegerät zugeführt wird.

Von den Temperiergeräten werden eine schnelle Aufwärmung und eine entsprechende Temperaturkonstanz (z. B. 37 Grad C. +/- 03 Grad C.) gefordert. Bisherige Temperiereinrichtungen erfüllen in keiner Weise diese Forderungen.

Schwierigkeiten treten bei herkömmlichen Geräten bei der Temperierung der Mikrotitrationsplatte und falls Messungen über eine längere Zeit durchgeführt werden sollen, bei der Konstanthaltung der Temperatur auf.

Dazu ist zu berücksichtigen, daß während des Aufheizens bei herkömmlichen Geräten durch geometrisch bedingte Unterschiede in den thermischen Eigenschaften die Ränder und Ecken schneller erwärmt werden als der mittlere Bereich der Mikrotitrationsplatte. Dies steht im Gegensatz zu dem Bestreben, daß sämtliche Kavitäten der Mikrotitrationsplatte zumindest während des Lesevorganges gleiche Temperatur aufweisen sollen. Erschwerend kommt dazu, daß es innerhalb der Wärmekammer und der Lesekammer möglichst zu keiner Luftbewegung kommen soll, da letztere die Verdunstung fördert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperiereinrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die eine bessere und gleichmäßigere Erwärmung oder Kühlung des Inhalts von Mikrotitrationsplatten gewährleistet. Ebenso soll es möglich sein, die Temperatur über möglichst lange Zeit konstant zu halten. Damit können Messungen auch über längere Zeit durchgeführt werden, z. B. in Form einer Meßreihe mit mehreren Einzelmessungen im Abstand von z. B. je fünf Minuten.

Dies wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens zwei unterschiedlich steuerbare Wärmetauscher vorgesehen sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß die Bodenplatte zwei Wärmetauscher aufweist, wobei ein Wärmetauscher den anderen umgibt und dem Rand der Mikrotiteiplatte zugeordnet ist.

Im allgemeinen bedeutet Temperierung Aufwärmung, weil beispielsweise Blutproben von Raumtemperatur (ca. 20 °C) oder Kühlschranktemperatur (ca. 4 °C) auf Körpertemperatur (ca. 37 °C) erwärmt werden müssen. In Ländern mit hoher Lufttemperatur kann die Temperierkammer jedoch auch zur Abkühlung verwendet werden.

Nachfolgend wird auf die Ausbildung der Temperierkammer als Wärmekammer bezug genommen, da dies der häufiger auftretende Fall ist.

Vorteilhaft ist vorgesehen, daß die Wärmetauscher von Heizkreisen, beispielsweise von elektrischen Widerstandsheizelementen gebildet werden.

Durch die erfindungsgemäße Konstruktion ist es möglich, beispielsweise während des Aufheizens den inneren Heizkreis auf eine höhere Temperatur einzustellen als den äußeren Heizkreis, sodaß für die Kavitäten der Mikrotitrationsplatte ein Ausgleich geschaffen wird und alle Kavitäten unabhängig von ihrer Posititon im wesentlichen gleich erwärmt werden.

Wird die stabile Phase erreicht, d. h. die Temperatur der in den Kavitäten der Mikrotitrationsplatte enthaltene Flüssigkeit ist auf den gewünschten Wert (vorzugsweise 37 °C) eingeschwungen, erfolgt eine Umschaltung. Da die Kavitäten durch die bereits erwähnten thermischen Eigenschaften an den Rändern und in Ecken der Mikrotitrationsplatte mehr Wärme abgeben als die Kavitäten im Inneren der Mikrotitrationsplatte wird der äußere Heizkreis auf eine in Bezug auf den inneren Heizkreis erhöhte Temperatur eingestellt.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, daß ein Heizkreis der Bodenplatte und ein Heizkreis der Abdeckung zugeordnet ist, wobei die Abdeckung klappenartig ausgeführt ist und die Mikrotitrationsplatte glockenartig überdeckt.

Vorteilhaft ist vorgesehen, daß die Wärmetauscher von elektrischen Temperierelementen gebildet werden, die in Folien eingebettet oder von wärmeleitenden Platten gebildet werden. Dabei ist zwischen zwei Wärmetauschern eine Trennfuge in der Folie oder Platte vorgesehen. Die Wärmetauscher können beispielsweise Heizkreise elektrischer Widerstandsheizungen sein.

Obwohl die Erfindung nicht auf elektrische Temperierelemente eingeschränkt sein soll, so könnte ebenfalls mit Rohren, die eine Flüssigkeit führen, erwärmt werden, so bringt die Konstruktion mit elektrischen Temperierelementen doch konstruktive Vorteile mit sich, da derartige Heizungen relativ einfach herzustellen sind. Durch die Trennfuge zwischen den Folien kommt es zu einer besseren thermischen Abgrenzung der Heiz- bzw. Kühlkreise.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind ein oder mehrere Temperatursensoren vorgesehen, -2- *

AT 394 323 B die bei eingesetzter Mikrotiterplatte an dieser anliegen. Über diese Sensoren kann die Ausgangstemperatur der Platte ermittelt werden bzw. eine etwaige Temperatmänderung während des Lesevorganges festgestellt und über eine entsprechende Steuerung der Temperiereinheit kompensiert werden.

Das Verfahren zur Erwärmung von Mikrotitrationsplatten sieht vor, daß in einem Rechner die Ausgangstem-5 peratur und die Solltemperatur des Inhaltes einer Mikrotitrationsplatte eingegeben und nach Berücksichtigung der Füllmenge die zur Erreichung der Solltemperatur benötigte Energiemenge errechnet wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es möglich, die Temperierzeit wesentlich zu verkürzen, wobei sichergestellt ist, daß der Inhalt der Mikrotitrationsplatte nicht über die eingegebene Solltemperatur erwärmt wird.

Insbesondere ist vorgesehen, daß aufgrund der Füllmenge die Aufheizdauer errechnet wird. Die Aufheiztem-10 peratur kann empirisch gewählt werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt schaubildlich ein Lesegerät für Mikrotitrationsplatten mit einer erfindungsgemäßen Temperierkammer; die Fig. 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Gerät gemäß Fig. 1, die Fig. 3 zeigt einen 15 Längsschnitt durch die Temperierkammer, die Fig. 4 zeigt einen Querschnitt durch die Temperierkammer, die Fig. 5 zeigt die Auflage des äußeren Randes der Abdeckung im Schnitt, die Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes Temperierelement, die Fig. 7 zeigt ein Temperaturdiagramm und die Fig. 8 zeigt einen Schaltkreis zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich, sind das eigentliche Lesegerät (1) und die Temperierkammer (2) 20 unmittelbar nebeneinander angeordnet und in einem gemeinsamen Gehäuse (3) untergebracht. Die Temperierkammer (2), die in ihren Abmessungen einer Mikrotitrationsplatte (4) angepaßt ist, wird von einer Abdeckung (5), die als klappenartiger Deckel ausgebildet ist, abgedeckt.

In der Temperierkammer (2) rastet die Mikrotitrationsplatte (4) auf einem Schlitten (6), der auf Stangen (7) geführt ist und zwischen der Temperierkammer (2) und dem Lesegerät (1) hin- und herfährt. 25 Die Mikrotitrationsplatte (4) wird also in die Temperierkammer (2) eingelegt und die Abdeckung (5) wird geschlossen. Die Temperierkammer (2) wird solange aufgeheizt oder gekühlt, bis der Inhalt der Kavitäten der Mikrotitrationsplatte (4) die gewünschte Solltemperatur ereicht hat (im allgemeinen 37 °C), worauf die Mikrotitrationsplatte (4) ohne der Raumtemperatur ausgesetzt zu werden, was wiederum eine Temperaturänderung zur Folge hätte, mit dem Schlitten (6) unmittelbar dem Lesegerät (1) zugefuhrt wird. 30 Wie aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich, ist am Boden der Temperierkammer (2) eine Temperierfolie (8) angeordnet. Die Temperierfolie (8) ist eine Heizfolie. Es kämen jedoch auch andere flächige Temperierelemente, z. B. Peltier-Elemente in Betracht, die sowohl zur Erwärmung als auch zur Kühlung dienen können. Die Temperierfolie (8) wird von einer Aluminiumfolie (9) abgedeckt. Hauptsächlich wird die Mikrotitrationsplatte (4) von unten durch die Temperierfolie (8) erwärmt. 35 Damit es zu keiner Verdunstung kommt und zu einer gleichmäßigen Temperierung, ist an der Unterseite der Abdeckung (5) ebenso eine Temperierfolie (10) vorgesehen, die wiederum mit einer Aluminiumfolie (9) abgedeckt ist Im Ausführungsbeispiel ist der Temperierfolie (10) ein separater Heiz- oder Kühlkreis zugeordnet.

Die untere Temperierfolie (8) ist, wie aus der Fig. 6 ersichtlich, geteilt und weist einen inneren Wärmetauscher (11) und einen äußeren Wärmetauscher (12) auf. 40 Wie eingangs bereits erwähnt, könnte anstatt der elektrischen Widerstandsheizung auch eine Heizung oder Kühlung eingebaut werden, bei der ein Fluid das Wärmeträgermedium ist. Weiters können auch keramische oder metallische Platten mit aufgebrachter Halbleiterschichte zum Einsatz kommen. Analog dazu sind die verschiedensten Kühlvorrichtungen einsetzbar.

Im Ausführungsbeispiel ist die Wärmekammer (2) nun mit drei Heizkreisen versehen. Die Heizkreise der 45 Wärmetauscher (11) und (12) sind dabei derart gesteuert, daß während der Aufheizphase der Wärmetauscher (11) mehr Wärme abgibt als der Wärmetauscher (12). Dadurch wird eine gleichmäßige Erwärmung sämtlicher Kavitäten der Mikrotitrationsplatte erreicht.

Nach Erreichung der Solltemperatur wird über die Dauer der stabilen Phase, in der es nur darauf ankommt, die Temperatur gleichbleibend zu halten, der Heizkreis des Wärmetauschers (12) mehr Wärme abgeben als der Heiz-50 kreis des Wärmetauschers (11) um die verstärkte Wärmeabgabe der Mikrotitrationsplatte (4) an den Rändern auszugleichen.

Im Ausführungsbeispiel sind weiters Sensoren (13), (14) vorgesehen, die an der Mikrotitrationsplatte (4) anliegen. Die Temperaturen, die von den Sensoren (13), (14) gemessen und an den Rechner (18) weitergegeben werden, entsprechen zumindest in etwa der Temperatur, die im Inneren einer benachbarten Kavität der Mikro-55 titrationsplatte (4) wirklich herrscht.

Um die Beeinflussung der Temperatur in der Temperierkammer durch die Umgebungsluft zu verringern, ragt die Abdeckung (5) mit einem Randsteg (15) in eine Nut (16) in der Seitenwand (17) der Wärmekammer (2). Dadurch wird ein Hindernis gebildet, das den Weg des Luftstromes verlängert

Um beispielsweise das Aufheizen zu beschleunigen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, in den Rechner (18) 60 die zu erzielende Solltemperatur der Flüssigkeit die sich in den Kavitäten der Mikrotitrationsplatte (4) befindet und die Ausgangstemperatur (Raumtemperatur oder Kühlschranktemperatur) einzugeben. Die Temperaturwerte können in den Rechner (16) manuell eingegeben werden oder auch von Sensoren erfaßt und unmittelbar weiter- -3-

Claims (11)

1. AT 394 323 B geleitet werden. Als dritter Parameter wird in den Rechner (18) die Füllmenge der in den Kavitäten enthaltenen Flüssigkeit eingegeben, woraus der Rechner die zur Erwärmung oder Kühlung des Inhaltes der Mikrotitrationsplatte (4) zur gewünschten Solltemperatur benötigte Energiemenge bzw. die Aufwärm- oder Abkühldauer errechnet. In diesem Zusammenhang wird auf das Diagramm der Fig. 7 verwiesen. Auf der Abszisse ist die Aufwärmzeit in Minuten angegeben, während die Ordinate die Temperatur anzeigt. Die Kurve (FT) zeigt den Verlauf der Temperatur, der in den Kavitäten der Mikrotitrationsplatte (4) enthaltenen Flüssigkeit, die Kurve (WT) zeigt den Verlauf der Temperatur eines Wärmetauscher (9), (11), (12). Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die angestrebte Solltemperatur von z. B. 37 °C schnell erreicht werden, ohne daß die Gefahr gelaufen wird, daß sich der Inhalt der Mikrotitrationsplatte (4) jemals, abgesehen von einem vorgegebenen Toleranzbereich, über diesen Wert erwärmt. PATENTANSPRÜCHE 1. Temperierkammer, insbesondere für die Temperierung des Inhaltes einer Mikrotitrationsplatte mit einem Gehäuse mit einer als Temperierplatte ausgebildeten Bodenplatte, die einen steuerbaren Wärmetauscher aufweist, der vorzugsweise von einem elektrischen, plattenförmigen Temperierelement gebildet wird und einer Abdeckkappe, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei unterschiedlich steuerbare Wärmetauscher (9, 11, 12) vorgesehen sind.
2. 2. Temperierkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte zwei Wärmetauscher (11,12) aufweist, wobei ein Wärmetauscher (12) den anderen umgibt und dem Rand der Mikrotitrationsplatte (4) zugeordnet ist
3. 3. Temperierkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wärmetauscher da Bodenplatte und ein Wärmetauscher (9) der Abdeckung (5) zugeordnet ist.
4. 4. Temperierkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierelemente der Wärmetauscher (9,11,12) in Folien eingebettet sind und daß zwischen den Wärmetauschern (11,12) eine Trennfuge in den Folien vorgesehen ist
5. 5. Temperierkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierelemente der Wärmetauscher (9,11,12) von keramischen oder metallischen Platten mit aufgebrachter Halbleiterschichte gebildet werden.
6. 6. Temperierkammer nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscher (9,11,12) von Heizkreisen, beispielsweise von elektrischen Widerstandsheizelementen gebildetwerden.
7. 7. Temperierkammer nach Anspruch 2 und/oder 6, gekennzeichnet durch eine automatische Steuerung, mittels der beide Heizkreise (11,12) auf unterschiedlicher Temperatur gehalten werden und die, wenn mindestens einer der Temperatursensoren (13,14) einen vorgegebenen Sollwert anzeigt, die Temperaturen beider Heizkreise (11,12) absenkt und umschaltet, sodaß der Heizkreis (11), der vorher höhere Temperatur abgegeben hat, die niedrigere Temperatur abgibt.
8. 8. Temperierkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen Schlitten zur Aufnahme der Mikrotitrationsplatte oder dergleichen, der zwischen (6) der Wärmekammer (2) und einer benachbarten Lesestation (1) hin und her fährt.
9. 9. Temperierkammer nach Anspruch 1 und/oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß an mindestens einer Seite der Abdeckung (5) im Bereich zwischen der Abdeckung (5) und dem Rand (17) der Wärmekammer (2) Barrieren vorgesehen sind, die den Weg der ausströmenden Warmluft verlängern. -4- 10 AT 394 323 B
10. 10. Verfahren zur Steuerung mindestens eines Heizkreises in einer Wärmekammer zur Erwärmung von Mikrotitrationsplatten, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Rechner die Ausgangstemperatur und die Solltemperatur des Inhaltes einer Mikrotitrationsplatte (4) eingegeben und nach Ermittlung der Füllmenge die zur Erreichung der Solltemperatur benötigte Energiemenge errechnet wird.
11. 11. Verfahren nach Anbruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß aufgrund der Füllmenge die Aufheizdauer errechnet wird. ¥ Hiezu 4 Blatt Zeichnungen ·, -5-