CN108348916A - 具有反应器皿的调温设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有反应器皿(1)的调温设备,其具有隔热的、通过盖(3)覆盖的内部空间(2),反应器皿(1)容纳在内部空间内。反应器皿(1)由在一侧以底部(1.2)封闭的空心体(1.1)和帽(1.3)构成,其中,底部(1.2)与能加热的加热器(7)处于接触中,以便加热位于反应器皿(1)中的样本(8)。空心体(1.1)由能加热的加热体(4)包围,加热体经由导热的接触区域(5)与盖(3)处于连接中,从而使加热体(4)直接加热空心体(1.1)并且经由盖(3)间接加热帽(1.3)。

Description

具有反应器皿的调温设备
技术领域
用于核酸的主要分析技术是聚合酶链式反应(英语:Polymerase ChainReaction),其通常被称为PCR。在此,核酸以如下方式被扩增,即,其在特殊的混合试剂中在限定的温度下被培育,直到形成完成的PCR产物。这方面现在常规地在特殊的调温设备,即所谓的热循环仪中执行,其通常同时培育较大数量的分别存在于反应器皿(其由单侧闭合的小管和帽构成)中的样本(例如24、48或96个)。该热循环仪大多相对较大地被实施为台式仪,并且设计用于分析单个样本。
背景技术
为了分析完成的PCR产物,必须将PCR产物转移到相应的分析仪中。为此,要将帽从反应器皿去除,并且随后,利用移液管吸收PCR产物并转送。反应器皿替选地也可以利用薄膜封闭,并且可以用盖覆介质(油、液体蜡、凝固蜡等)覆盖混合试剂。为了转送混合试剂或完成的PCR产物,利用移液管尖部、插管或类似物来刺穿薄膜和必要时的盖覆介质。同样可以以该方式混入缓冲剂。在移液管提取后,形成的配制物往往要再次被加热。
为了进行移液管提取或移液管分配,要将反应器皿从热循环仪中取出,并且在需要再次进行加热时重新置入到热循环仪中。
为了防止在PCR期间样本凝结在反应器皿的帽上,当前的热循环仪装备有盖加热件。因此,例如由DE 92 05 824 U1公知了一种调温设备,在此是金属块调温器,其具有覆盖部,覆盖部完全覆盖置入金属块中的样本容器。覆盖部可以要么间接经由与金属块的很好的热接触来加热,要么直接经由在覆盖部上存在的加热元件来加热。作为针对加热的关键的效应提到了避免样本容器的盖上发生凝结。对于间接的加热来说得到的缺点是,覆盖部的温度分布依赖于对金属块的加热。为了使样本容器的盖实际上可以被加热到和在样本容器中的样本相同的温度,需要很高的绝热花费来避免在通向盖的路径上的任何热损失。在实践中,盖的温度总是至少稍微低于金属块的温度,从而凝结不能100%被避免。与覆盖部直接或间接地被加热无关地,样本容器都如下这样地被定位在调温设备中,即,使被加热的覆盖部直接挤压到样本容器的盖上,以便将盖经由热传导加热到相应的温度上。
利用调温设备(在此是用于实施PCR的热循环设备),如其在WO 98/43740 A2中陈述的那样,旨在解决的问题是,分别在反应器皿中共同地布置在样本块中的样本被不同地加热。尤其提出的是,围绕样本块布置有圆周加热装置。圆周加热件并不与样本块连接。其应该仅将紧邻的空气尽可能升温到样本块的温度。此外,该设备具有被加热的盖。利用被加热的盖将压力施加到反应器皿的帽上,从而使反应器皿一方面紧密地保持封闭,另一方面具有与样本块的很好的热接触,经由热接触,使得反应器皿的底部和进而是样本被加温。以如下方式操控整合在盖中的加热板,即,使其总是达到样本温度以上的温度,以便确保样本不凝结在反应器皿的帽上。加热板具有凹部,在凹部中必要时可以定位帽的拱曲部,没有直接的压力被施加到帽上,以便避免帽发生变形。利用封闭帽的这种实施方案,除了封闭反应器皿的功能以外,还可以给封闭帽配属光学功能,从而可以在不去除或更换封闭帽的情况下,将完成的PCR产物输送给光学阅读仪,并且样本可通过各自的凹部以光学方式接近。
在EP 0 706 649 B1中公开了一种调温设备,利用该调温设备,核酸扩增的进程可以以光学方式监控。由单侧闭合的小管和帽构成的反应腔属于该调温设备,以光学方式被监控的反应混合物位于小管中。为了避免反应混合物凝结在反应腔的位于设备的光学路径中的壁上,对这些壁进行加热。在所示的实施例中,帽是壁的位于光学路径中的部分。在电路板或加热元件没有限制光学路径的情况下,帽间接地经由能导热的电路板(印刷电路板)利用加热元件来加热。
除了同时培育和执行越来越多的样本的PCR之外,如其可以例如利用由上述的WO98/43740 A2公知的调温设备执行的那样,在近年来也创立了不同的应用,其中,PCR仅在单个样本上进行实施。
为此,使用到调温设备,尤其是热循环仪,其被设计用于容纳许多反应器皿,基于太高的购置成本以及空间和能量需求而是不适宜的。
打开热循环仪用以在移液管提取或移液管分配之后或之前取出或置入反应器皿的附加的工作步骤甚至更加剧了比例失调,这是因为在每次打开和闭合热循环仪后,必须再次将太大的空间容积调节到限定的温度上。
由印刷文献US 2008/0254532A1公开了一种用于具有用于容纳样本的内部容积的对称的化学反应腔的调温设备,其具有可封闭的入口。反应腔位于具有薄的、弹性的材料壁的载体壳体中,材料壁具有加热元件,加热元件将热输出到反应腔的圆周面上。
用于执行PCR的另外的调温设备由印刷文献US 6,558,947 B1得知。其由许多套筒构成,反应器皿可以引入套筒中,并且反应器皿可单独地通过其圆周面被加热。
由印刷文献US 2008/0057544 A1公开了一种具有可分开的加热器的调温设备,利用加热器同样实现经由反应器皿的圆周面加热反应器皿。
印刷文献G 92 05 824 U1公开了一种金属块调温器,其具有金属块和可从金属块取下的覆盖部,许多样本器皿可以置入金属块中。覆盖部可以不依赖于金属块地被加热,或者通过与金属块的热接触加温。
发明内容
本发明的任务是:找到一种具有仅一个反应器皿的调温设备,其中,在不从调温设备取出反应器皿的情况下使移液管提取和移液管分配样本成为可能。
该任务利用如下具有反应器皿的调温设备解决,该调温设备具有隔热的、通过盖覆盖的内部空间,反应器皿容纳在该内部空间内,其中,反应器皿由关于对称轴线对称的、在一侧以底部封闭的空心体和帽构成。在内部空间中存在能加热的加热器。加热器具有内面,其匹配于反应器皿的底部并且与该底部处于接触中,以便加热位于反应器皿中的样本。盖由导热的材料构成、由隔热的覆盖部覆盖并且贴靠在帽上。隔热的覆盖部的导热性必然小于盖的导热的材料的导热性。对于本发明来说重要的是,存在能加热的加热体,该加热体包围空心体并且匹配于该空心体的形状。加热体经由导热的接触区域与盖处于连接中,从而使加热体直接加热空心体并且经由盖间接加热帽。盖具有孔,插管可以穿过孔、穿过帽引入空心体中。
有利的是,接触区域通过构造在加热体上的锥周侧面形的加热体外面和构造在盖上的锥周侧面形的盖外面形成。
有利的是,加热体外面是内置的,也就是说以面对空心体的方式布置。
有利的是,加热体至少由两个关于对称轴线对称布置的加热体壳形成,并且加热体壳经由至少一个弹簧元件支承在内部空间中,从而加热体壳利用至少一个弹簧元件的回调力贴靠到空心体上。
有利的是,加热体壳经由至少一个弹性环保持在一起。
同样有利的是,盖由两个相对彼此有弹力地(federnd)受支承的盖壳形成。
附图说明
接下来,借助实施例和附图来描述本发明。在附图中:
图1a以纵截面示出调温设备;以及
图1b以横截面示出根据图1a的调温设备。
具体实施方式
在图1a和图1b中示例性示出每个根据本发明的调温设备专门设计用于反应器皿1,也就是说,其单独地与反应器皿1的几何形状和规格相匹配,因此,其不能普遍地结合任意的几何形状和规格的反应器皿使用。相应地,调温设备的特征也只能结合反应器皿1来描述。
反应器皿1由关于对称轴线1.0对称的、在一侧以底部1.2封闭的空心体1.1和帽1.3构成。
调温设备并不局限于用于PCR,并且样本8应该随后被理解为细胞悬液、例如由反应剂和催化剂构成的混合试剂以及以液态形式存在的完成的PCR产物。
调温设备具有隔热的、通过盖3封闭的内部空间2,在内部空间中存在能加热的加热器7,该加热器具有内面7.1,内面匹配于反应器皿1的底部1.2。反应器皿1在加热器7上直立地布置,从而使反应器皿的底部1.2与内面7.1处于接触中,以便加热位于反应器皿1中的样本8。盖3由导热的材料构成、由隔热的覆盖部9覆盖并且贴靠在帽1.3上。
对于本发明来说重要的是,存在有包围空心体1.1的、匹配于空心体的形状的、能加热的加热体4,其与盖3经由导热的接触区域5处于连接中,从而加热体4直接加热空心体1.1,并且经由盖3间接地加热帽1.3。
利用根据本发明的调温设备(其结合PCR是热循环仪)能够实现的是,将插管、探针、混合棒、移液管尖部或类似物引导穿过调温设备的盖3和反应器皿1的帽1.3,并且因此例如移液管分配或移液管提取、探测或混合样本,而不用打开调温设备。因为在此,盖3保持闭合,所以调温设备中的限定的空间气候也得到维持。取出和必要时重新置入到调温设备中的工步被取消。此外,利用根据本发明的调温设备能够实现的是,无需附加的手段进行移液管分配,这在稍后的段落上阐述。帽1.3有利地具有螺旋封闭部并且填充有隔膜。
为了可以在调温设备闭合时执行移液管提取和移液管分配而对于本发明来说重要的是,盖3具有孔3.3。将这种孔3.3设置在盖3中可以用不复杂的方式来实现,这是因为盖3根据本发明不具有加热部,而是通过热传导经由加热体4来加温,盖经由接触区域5与加热体在调温设备闭合的情况下处于接触中。对盖3的加温因此没有通过主动的加热来实现,而是被动地经由热传导来实现。因为盖3至少经由孔3.3的区域贴靠在帽1.3上,所以尽管存在孔3.3,调温设备的内部空间2却还是闭合的。
接触区域5通过构造在加热体4上的加热体外面4.1和构造在盖3上的盖外面3.1形成。在最简单的形状中,加热体外面4.1和盖外面3.1是环形的,并且布置在关于对称轴线1.0的径向平面中。为了更大地构造接触区域5以更好的热传导,加热体外面4.1和盖外面3.1可以是锥周侧面形的。否则在调温设备尺寸相同的情况下,锥角选择得越大,那么接触区域5就越大。为了利用盖3简单地封闭调温设备的内部空间2,加热体外面4.1可以布置在盖外面3.1内部。
加热体4的任务是不仅在于加热盖3,而且还应该也加热反应器皿1的空心体1.1以及进而还有反应器皿1的必然位于样本8上方的气体体积。以该方式主要也避免了在空心体1.1的内壁上发生凝结。此外,可以通过改变温度来改变气体体积的压力,这作为所谓的热气动效应多次在应用流体学中使用。对样本的操纵(移液管分配、等分、混合)因此,即使在没有泵的情况下也能够实现[Keller,M.;Focke,M.;Strohmeier,O.;Reith,P;Roth,G.;Mark,D.;Zengerie,R.;Von Stetten,F.所著的:“Zentrifugo-thermopneumatischesAliquotieren auf der LabDisk und Anwendung zum DNA-basierten Nachweisverschiedener Bakterien(在实验室盘上进行离心式热气动抽样和基于DNA检测不同的细菌的应用)”;在Mikrosystemtechnik Kongress 2013(微系统技术大会2013),亚琛,2013年10月14至16日,第31至34页中]。
在将插管引入样本8中时,该样本在气体体积膨胀时被挤压到插管中。为此,插管必须在引入期间在靠外的第一端部上是封闭的,直到内部的第二端部与样本8处于接触中。如果第一端部打开,那么气体体积会通过如下方式膨胀,即,使样本8在插管中上升,直到在气体体积中形成正常压力,或者样本8完全被吸收。包围空心体1.1的加热体4因此不仅能够实现使用被动地加热的盖3,而且还能够实现样本8的近似被动的取出。
加热体4可以是管形体,或者有利地由至少两个关于对称轴线1.0对称布置的加热体壳4.2构成,其中,刚好两个半壳形式的加热体壳4.2是有利的。管形的加热体4在内部空间2内部关于对称轴线1.0方位固定地布置,而在加热体4实施为两个加热体壳4.2的情况下,两个加热体壳4.2关于对称轴线1.0径向地弹性地经由至少一个弹簧元件6支承在内部空间2中,并且通过至少一个弹性环11保持在一起。
通常并且也有利的是,反应器皿1的空心体1.1是具有很小的锥角的锥形周侧面,从而随着将反应器皿1引入调温设备中并且因此引入加热体壳4.2之间,使得加热体壳被越来越多地推压开,其中,越来越大的回调力作用到加热体壳4.2上,回调力导致使加热体壳4.2紧贴到空心体1.1上。该回调力通过至少一个弹性环11(例如橡胶环)和至少一个弹簧元件6的弹性和弹簧特性曲线来影响。
在加热体4实施为两个加热体壳4.2的情况下,盖3可以有利地同样由两个有利地形式为半壳的盖壳3.2制成。为此有利地,盖外面3.1和加热体外面4.1如图1a所示的那样是锥周侧面形的。在闭合盖3时,盖壳3.2相对彼此撑开,并且盖外面3.1通过回调力挤压加热体外面4.1。在图1a所示的实施例中,回调力通过包围盖壳3.2的螺旋弹簧10产生。
如果盖3由单件制成,那么盖外面3.1关于于对称轴线1.0保持固定定位,而加热体外面4.1的定位关于对称轴线1.0径向移位。
在盖外面3.1和加热体外面4.1实施为环形面的情况下,由此,仅减小了接触区域5。在盖外面3.1和加热体外面4.1的锥周侧面形的实施方案的情况下,盖外面3.1沿对称轴线1.0的轴向方向依赖于加热体壳4.2彼此撑开程度地在不同的高度上放置到加热体外面4.1上,因此盖3轴向有弹力地支承在覆盖部9中。
附图标记列表
1 反应器皿
1.0 对称轴线
1.1 空心体
1.2 底部
1.3 帽
2 内部空间
3 盖
3.1 盖外面
3.2 盖壳
3.3 孔
4 加热体
4.1 加热体外面
4.2 加热体壳
5 接触区域
6 弹簧元件
7 加热器
7.1 内面
8 样本
9 覆盖部
10 螺旋弹簧
11 弹性环

Claims (6)

1.具有反应器皿(1)的调温设备,所述调温设备具有隔热的、通过盖(3)覆盖的内部空间(2),所述反应器皿(1)容纳在所述内部空间内,其中,所述反应器皿(1)由关于对称轴线(1.0)对称的在一侧以底部(1.2)封闭的空心体(1.1)和帽(1.3)构成,并且在所述内部空间(2)中存在有能加热的加热器(7),所述加热器具有内面(7.1),所述内面匹配于所述反应器皿(1)的底部(1.2)并且与所述底部处于接触中,以便加热位于所述反应器皿(1)中的样本(8),其中,所述盖(3)由导热的材料构成、由隔热的覆盖部(9)覆盖并且贴靠在所述帽(1.3)上,其特征在于,
存在有包围所述空心体(1.1)的、匹配于所述空心体的形状的、能加热的加热体(4),所述加热体经由导热的接触区域(5)与所述盖(3)处于连接中,从而使所述加热体(4)直接加热所述空心体(1.1)并且经由所述盖(3)间接加热所述帽(1.3),并且所述盖(3)具有孔(3.3),插管能穿过所述孔、穿过所述帽(1.3)引入所述空心体(1.1)中。
2.根据权利要求1所述的调温设备,其特征在于,所述接触区域(5)通过构造在所述加热体(4)上的锥周侧面形的加热体外面(4.1)和构造在所述盖(3)上的锥周侧面形的盖外面(3.1)形成。
3.根据权利要求2所述的调温设备,其特征在于,所述加热体外面(4.1)以内置方式布置。
4.根据前述权利要求中任一项所述的调温设备,其特征在于,所述加热体(4)至少由两个关于对称轴线(1.0)对称布置的加热体壳(4.2)形成,并且所述加热体壳(4.2)经由至少一个弹簧元件(6)支承在所述内部空间(2)中,从而使所述加热体壳(4.2)利用所述至少一个弹簧元件(6)的回调力贴靠到所述空心体(1.1)上。
5.根据权利要求4所述的调温设备,其特征在于,所述加热体壳(4.2)经由至少一个弹性环(11)保持在一起。
6.根据权利要求5所述的调温设备,其特征在于,所述盖(3)由两个盖壳(3.2)形成,所述两个盖壳相对彼此有弹力地受支承。
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