DE102006003117A1

DE102006003117A1 - Vorrichtung zur Energieübertragung zwischen einem Antriebsbereich und einem räumlich davon getrennten Arbeitsbereich

Info

Publication number: DE102006003117A1
Application number: DE102006003117A
Authority: DE
Inventors: Andreas Dipl.-Ing. Grodrian; Gunter Dr. Gastrock; Christian Dipl.-Ing. Steiner
Original assignee: Institut fuer Bioprozess und Analysenmesstechnik eV
Current assignee: Institut fuer Bioprozess und Analysenmesstechnik eV
Priority date: 2006-01-18
Filing date: 2006-01-18
Publication date: 2007-07-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieübertragung zwischen einem Antriebsbereich und einem räumlich davon getrennten Arbeitsbereich (1), umfassend mindestens eine sich im Antriebsbereich befindliche Antriebsvorrichtung (7, 8; 9, 10; 15, 16; 61, 62; 73, 74) und jeweils mindestens ein Übertragungselement (11, 21; 17, 27; 63; 66; 78; 80) im Antriebs- und im Arbeitsbereich, wobei die Energie von der mindestens einen Antriebsvorrichtung (7, 8; 9, 10; 15, 16; 61, 62; 73, 74) mittels des mindestens einen Übertragungselements (11, 17; 63; 78) im Antriebsbereich durch mindestens ein zeitlich und/oder räumlich veränderliches Kraftfeld auf das mindestens eine Übertragungselement (21, 27; 66; 80) im Arbeitsbereich (1) übertragen wird und von diesem mindestens ein Übertragungselement (21, 27; 66; 80) im Arbeitsbereich (1) in eine Bewegung mit mehr als einem Freiheitsgrad oder in mindestens zwei Bewegungen mit jeweils mindestens einem Freiheitsgrad umgesetzt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein entsprechendes Verfahren zur Energieübertragung.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Energieübertragung zwischen einem Antriebsbereich und einem räumlich davon getrennten Arbeitsbereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein entsprechendes Verfahren zur Energieübertragung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 22.
Eine solche Energieübertragung ist besonders dann vorteilhaft einsetzbar, wenn beispielsweise in einem geschlossenen Raum, in den nur kontrolliert Stoffe eingeführt und aus dem nur kontrolliert Stoffe ausgeführt werden können, gearbeitet werden muss. In einem entsprechenden Raum, der beispielsweise als Kasten ausgeführt ist, kann eine gegenüber der Umgebung des Raums veränderte Atmosphäre herrschen, weshalb ein solcher Raum auch als Mini-Environment-Box bezeichnet wird. Innerhalb der Mini-Environment-Box müssen sich all diejenigen verschiedene Substanzen und Geräte befinden, mit denen gearbeitet werden soll, wobei unterschiedlich ausgestaltete Vorrichtungen vorhanden sein müssen, um von außen auf die sich im Innern der Box befindlichen Substanzen und Geräte zugreifen zu können.

Die DE 691 26 690 T2 beschreibt ein automatisiertes Labor in Form eines Instruments, bei dem Flüssigkeiten beispielsweise zu Kultivierungs- und Analysenzwecken von einem Behälter in einen anderen übertragen werden. Dabei befinden sich alle Übertragungs-, Kultivierungs- und Analysensysteme in einem gemeinsamen Raum. Die für die Übertragung der Flüssigkeiten benötigten Antriebssysteme sind folglich auch der jeweiligen Laboratmosphäre ausgesetzt. Dies ist in zweierlei Hinsicht unvorteilhaft, da einerseits durch Antriebe wie Motoren und Getriebe Verunreinigungen in das Labor eingebracht werden können, andererseits aber auch die Antriebe nach einer Kontamination nur unter großem Aufwand zu reinigen oder zu sterilisieren sind. Darüber hinaus besteht eine nicht unerhebliche Korrosionsgefahr für die Antriebe, wenn in konditionierten, d. h. hinsichtlich der Gaszusammensetzung und/oder der Feuchtigkeit ihrer Atmosphäre angepassten, Räumen gearbeitet wird.

Allgemein bekannt sind sog. Glove-Boxen, bei denen der Operator über Gummihandschuhe auf sich in einem geschlossenen Raum befindliche Gegenstände oder Substanzen von außerhalb des Raums zugreifen kann. Wegen ihrer für manuelle Vorgänge konzipierten Ausgestaltung eignen sich Glove-Boxen jedoch nicht für automatisierte Vorgänge wie beispielsweise automatisierte Transporte, Messungen oder Fluidmanipulationen.

Um mechanische Bewegungen berührungsfrei über eine geschlossene Trennwand zu übertragen, werden im Stand der Technik sog. Magnetkupplungen eingesetzt, wie sie beispielsweise in der DE 197 39 785 A1 , der DE 101 11 616 A1 , der DD 212 562 und der DD 159 992 beschrieben werden. In diesen Schriften wird jedoch stets nur die Übertragung von Bewegungen, die in den zwei Koordinaten einer Ebene als Rotationsbewegung ausgeführt werden, dargestellt. Dabei werden solchermaßen übertragene Bewegungen im Stand der Technik zur Durchmischung von Fluiden eingesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, komplexe Bewegungen von außerhalb eines Raums angeordneten Antriebsvorrichtungen in den Raum zu übertragen, ohne dafür eine mechanische Verbindung zwischen dem Äußeren und dem Inneren des Raums herzustellen.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 21 gelöst.

Erfindungsgemäß ist dazu eine Vorrichtung vorgesehen, bei der mindestens jeweils ein Übertragungselement in einem Antriebs- und in einem Arbeitsbereich so angeordnet ist, dass es die Energie mindestens einer Antriebsvorrichtung durch mindestens ein sich zeitlich und/oder räumlich veränderliches Kraftfeld von der mindestens einen Antriebsvorrichtungen, die im Antriebsbereich angeordnet ist, in den Arbeitsbereich überträgt. Antriebsbereich und Arbeitsbereich sind dabei räumlich voneinander getrennt. Die in den Arbeitsbereich übertragene Energie wird in eine Bewegung mit mehr als einem Freiheitsgrad oder in mindestens zwei Bewegungen mit jeweils mindestens einem Freiheitsgrad umgesetzt.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kraftfeld, das zur Energieübertragung eingesetzt wird, um ein Magnetfeld oder um ein elektrisches Feld.

Bevorzugt sind der Antriebsbereich und der Arbeitsbereich durch eine Wand voneinander getrennt.

Besonders bevorzugt ist der Arbeitsbereich dabei als geschlossener Raum ausgestaltet, der von der Wand begrenzt und so vom Antriebsbereich getrennt wird. Der geschlossene Raum kann eine Mini-Environment-Box sein.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung führt mindestens eine Leitung, die mit einem Leitungskopf endet, durch einen Durchlass in der Wand des geschlossenen Raums aus dem Antriebsbereich in den Arbeitsbereich, also in den geschlossenen Raum hinein. Der Leitungskopf befindet sich dabei im Innern des geschlossenen Raums; der Durchlass ist abgedichtet. Diese Leitung ist dazu konzipiert, Stoffe und/oder Signale und/oder Energie aus dem Arbeitsbereich hinaus und/oder in den Arbeitsbereich hinein zu leiten. Die Energie kann beispielsweise Strahlung sein.

Vorzugsweise ist der Arbeitsbereich der Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass er Platz für ein Gefäß bietet. Das Gefäß soll mindestens eine befüllbare Kammer aufweisen. U. a. sind dabei Gefäße mit deutlich mehr als einer Kammer, wie beispielsweise 96-well-Platten, geeignete Gefäße.

Bei den Proben, mit denen die Kammern des Gefäßes befüllt sind bzw. befüllt sein können, handelt es sich vorzugsweise um biologische Kulturen, also beispielsweise um Bakterien-, Pilz-, Zell- oder Gewebekulturen. Die Kammern können auch mit einem anderen Material (z.B. einem anderen Fluid oder einem Feststoff) gefüllt sein.

Bevorzugt sind das Gefäß und die mindestens eine Leitung so zueinander angeordnet, dass die Leitung mit der mindestens einen Kammer des Gefäßes wechselwirken kann. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Kammer mit einer zu untersuchenden Probe befüllt ist.

Die mindestens eine Leitung ist vorzugsweise so mit dem mindestens einen Übertragungselement im Arbeitsbereich verbunden, dass sie eine vom Übertragungselement vermittelte Bewegung mit drei Freiheitsgraden ausführen kann. Dies kann beispielsweise eine Bewegung in die x-, y- und z-Richtung eines kartesischen Koordinatensystems sein. Durch eine Bewegung mit drei Freiheitsgraden kann die mindestens eine Leitung an praktisch jeden Punkt innerhalb des geschlossenen Raums bewegt werden.

In einer alternativen Ausgestaltung weist die Vorrichtung ein erstes Übertragungselement auf, das die Antriebsenergie eines Antriebs in eine Rotationsbewegung im Arbeitsbereich umsetzt. Ferner weist die Vorrichtung dann ein zweites Übertragungselement auf, das die Antriebsenergie eines weiteren Antriebs in eine lineare Bewegung im Arbeitsbereich umsetzt. In dieser Ausgestaltung ist die mindestens eine Leitung mit dem Übertragungselement verbunden, das die lineare Bewegung vermittelt. Das heißt, dass die mindestens eine Leitung nicht an jeden Punkt im Arbeitsbereich bewegt werden kann, sondern nur entlang einer Achse vor- und zurückbewegt bzw. herauf- und herunterbewegt werden kann.

In einer Alternative der Erfindung ist ein Gefäß mit mindestens einer befüllbaren Kammer so mit dem ersten Übertragungselement verbunden, welches die Rotationsbewegung im Arbeitsbereich vermittelt, dass es diese Rotationsbewegung ausführt. Hierbei ist es zweckmäßig, bei Verwendung von Gefäßen mit mehr als einer Kammer insbesondere solche Gefäße einzusetzen, deren Kammern zumindest teilweise jeweils einen Bereich aufweisen, der sich in eine Region des Gefäßes erstreckt, die einen festen Abstand von der Drehachse des Übertragungselements aufweist.

Vorzugsweise befindet sich im Antriebsbereich der Vorrichtung mindestens eine Pumpe, die einen Stofftransport durch die mindestens eine Leitung in den Arbeitsbereich hinein oder aus diesem heraus vermittelt. Diese zu transportierenden Stoffe können Feststoffe, Fluide oder Gemische von Feststoffen und Fluiden sein.

Der Leitungskopf der mindestens einen Leitung ist dazu vorzugsweise als Pipettenkopf gestaltet, so dass eine präzise Abgabe oder Aufnahme von Stoffen gewährleistet ist.

Bevorzugt weist die Vorrichtung eine Spülstation auf, an der der Pipettenkopf bzw. ein anderer Leitungskopf der mindestens einen Leitung gereinigt werden kann. Die Spülstation ist dabei so im Arbeitsbereich angeordnet, dass der Leitungskopf zu ihr hin bewegt werden kann, um anschließend gereinigt zu werden.

In einer Alternative der Erfindung dient die mindestens eine Leitung zur Übertragung von optischen oder elektrischen Signalen in den Arbeitsbereich hinein oder aus diesem heraus. Dazu ist der Leitungskopf vorzugsweise als Sensorkopf mit mindestens einem Sensor ausgestaltet. Je nach Art der zu übermittelnden Signale handelt es sich dabei um verschiedene Sensoren.

Vorzugsweise befindet sich im Arbeitsbereich mindestens ein Kalibrierungsstandard, der dazu geeignet ist, den Sensor des Sensorkopfs zu kalibrieren. Je nach Art des Sensors kann es sich dabei um verschiedene Kalibrierungsstandards handeln. Wird mehr als ein Sensor verwendet, ist auch die Bereitstellung von mehr als einem Kalibrierungsstandard zweckmäßig. Aber auch beim Einsatz nur eines Sensors kann die Verwendung von mehr als einem Kalibrierungsstandard sinnvoll und wünschenswert sein. Der mindestens eine Kalibrierungsstandard ist dabei so im Arbeitsbereich angeordnet, dass der Sensorkopf so zu ihm hinbewegt werden kann, dass eine Wechselwirkung zwischen Sensor und Kalibrierungsstandard möglich ist.

Vorzugsweise wird mehr als eine Leitung eingesetzt, wobei es sich um eine beliebige Kombination von stofftransportierenden oder signalübermittelnden Leitungen handeln kann. Die Leitungsköpfe dieser Leitungen sind dabei bevorzugt so angeordnet, dass die Leitungsköpfe ausgehend von einer definierten Position des Übertragungsmechanismus mit genau einer Probe wechselwirken können. Demnach ist es beispielsweise denkbar, dass eine stofftransportierende und eine signalübermittelnde Leitung eingesetzt werden und der Pipettenkopf dabei einen Teil einer Probe aus einer Kammer des Gefäßes entnimmt, während der Sensorkopf entsprechende Signale derselben Probe empfängt.

Es können beispielsweise auch zwei stofftransportierende Leitungen eingesetzt werden, die einen gemeinsamen Leitungskopf besitzen. Ein solcher Leitungskopf weist mindestens zwei Lumina auf, die einander umschließen, aber voneinander getrennt sind. Alternativ können sich die Lumina auch nicht umschließen, sondern nur sehr dicht nebeneinander angeordnet sein. Jedes Lumen ist mit einer der stofftransportierenden Leitungen verbunden. Ein solcher Leitungskopf wird auch als mehrlumiges Fluidsystem bezeichnet.

Die Vorrichtung weist in einer bevorzugten Ausgestaltung einen Gaseinlass und einen Gasauslass auf, durch die der Arbeitsbereich mit Gas versorgt werden kann bzw. durch die Gas aus dem Arbeitsbereich heraus austreten kann. Somit ist die Atmosphäre innerhalb des Arbeitsbereichs durch spezifische Gaszufuhr einstellbar, insbesondere wenn es sich beim Arbeitsbereich um einen geschlossenen Raum handelt.

Zur erfindungsgemäßen Energieübertragung zwischen einem Antriebsbereich und einem davon räumlich getrennten Arbeitsbereich eignet sich ein Verfahren nach Anspruch 21. Danach wird die Energie einer Antriebsvorrichtung durch mindestens ein Übertragungselement im Antriebsbereich auf mindestens ein Übertragungselement im Arbeitsbereich übertragen. Diese Übertragung erfolgt unter Verwendung mindestens eines zeitlich oder räumlich veränderlichen Kraftfelds. Das Übertragungselement im Arbeitsbereich setzt die Energie dabei in eine Bewegung mit mehr als einem Freiheitsgrad oder in mindestens zwei Bewegungen mit jeweils mindestens einem Freiheitsgrad um.

Vorzugsweise handelt es sich bei dem mindestens einen Kraftfeld um ein Magnetfeld oder um ein elektrisches Feld.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Energie mittels der beiden Übertragungselemente durch eine Wand hindurch aus dem Antriebsbereich in den Arbeitsbereich übertragen.

Beim Arbeitsbereich handelt es sich vorzugsweise um einen geschlossenen Raum in Form einer Mini-Environment-Box, während der Antriebsbereich den die Mini-Environment-Box umgebenden Außenraum darstellt.

Vorzugsweise wird die in das Innere der Mini-Environment-Box (also den Arbeitsbereich) übertragene Energie dazu verwendet, Gegenstände im Arbeitsbereich zu bewegen. Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegung zum Zweck eines ortsgerichteten Transports von Stoffen in den Arbeitsbereich hinein und/oder aus ihm heraus und/oder innerhalb des Arbeitsbereichs erfolgen und/oder für eine ortsgerichtete Messung der Eigenschaften von Stoffen, die sich im Arbeitsbereich befinden, und/oder eine ortsgerichtete Messung der Eigenschaften der Atmosphäre im Arbeitsbereich Anwendung finden.

Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Bewegung von Gegenständen innerhalb des Arbeitsbereichs für Montage- oder Demontagevorgänge von beispielsweise experimentellen Apparaturen verwendet wird.

Alternativ kann die Bewegung der Gegenstände auch für eine Bewegung von Funktionselementen innerhalb des Arbeitsbereichs verwendet werden.

Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass es sich bei diesen Funktionselementen um Mischelemente handelt, die u. a. dazu eingesetzt werden können, sich im Arbeitsbereich befindliche Proben bzw. Substanzen durchzumischen.

Vorzugsweise wird das Verfahren so ausgeführt, dass über mindestens eine Leitung, die sich vom Antriebs- in den Arbeitsbereich erstreckt, Stoffe oder Signale aus dem Arbeitsbereich heraus oder in diesen hinein transportiert bzw. übermittelt werden. Die mindestens eine Leitung endet dabei im Arbeitsbereich mit einem Leitungskopf.

Bevorzugt wird die mindestens eine Leitung dazu verwendet, Kulturmedium und/oder ein anderes Fluid in den Arbeitsbereich einzubringen und so beispielsweise verdunstetes Medium zu ersetzen.

Es ist insbesondere auch vorgesehen, über die mindestens eine Leitung Teile einer Probe bzw. einer Substanz oder eines Stoffgemischs aus dem Arbeitsbereich zu entnehmen, um diese anschließend im Antriebsbereich analysieren und/oder weiter behandeln bzw. manipulieren zu können. Als „Teil" kann auch die vollständige Probe verstanden werden. Erfolgt die Analyse und/oder die Behandlung bzw. Manipulation der Probe unter für den Arbeitsbereich unschädlichen Bedingungen, ist der Rücktransport der Probe aus dem Antriebsbereich in den Arbeitsbereich möglich.

Beim Einsatz mindestens zweier Leitungen, die im Arbeitsbereich in einem gemeinsamen Leitungskopf enden, der beispielsweise ein mehrlumiges Fluidsystem sein kann, können gleichzeitig Fluide in den Arbeitsbereich eingebracht werden und Teile einer Probe zusammen mit den eingebrachten Fluiden oder auch gesondert von diesen aus dem Arbeitsbereich heraus transportiert werden, um im Antriebsbereich ggf. analysiert oder anderweitig behandelt zu werden. Dabei wird eine Leitung für den Transport eines Fluids in den Arbeitsbereich hinein und eine weitere Leitung für den Transport einer Probe aus dem Arbeitsbereich heraus verwendet.

Die derart aus dem Arbeitsbereich entnommene Probe wird dabei bevorzugt mit dem Fluid vermischt oder in das Fluid eingebettet. Ob eine Vermischung oder eine Einbettung stattfindet, hängt von den jeweiligen Eigenschaften des Fluids und der Probe ab.

Das Einbringen eines Fluids kombiniert mit der gleichzeitigen Entnahme einer mit dem Fluid vermengten Probe aus dem Arbeitsbereich wird dabei vorzugsweise so bewerkstelligt, dass die Pumpparameter und insbesondere die Pumpgeschwindigkeiten zweier Pumpen, von denen jeweils eine mit je einer der beiden Leitungen verbunden ist, so eingestellt werden, dass eine von der in den Arbeitsbereich eingebrachten Stoffmenge differierende Stoffmenge aus dem Arbeitsbereich entnommen wird. Statt einer solchen Variation der Stoffmenge kann auch entsprechend ein Stoffvolumen über unterschiedliche Pumpgeschwindigkeit variiert werden.

Bei der Substanz bzw. Probe handelt es sich vorzugsweise um eine biologische Kultur. Beispiele für eine solche biologische Kultur sind oben angegeben.

Bevorzugt werden der Leitungskopf und auch die mindestens eine Leitung selbst nach dem Zuführen eines Stoffs in den Arbeitsbereich oder der Entnahme eines Probenteils aus dem Arbeitsbereich mit einer Spülflüssigkeit gereinigt. Als Spülflüssigkeit kann beispielsweise destilliertes Wasser dienen. Das Aufsaugen der Spülflüssigkeit geschieht an der im Arbeitsbereich angeordneten Spülstation.

Alternativ werden über die mindestens eine Leitung optische oder elektrische Signale oder Strahlung aus dem Arbeitsbereich heraus oder in diesen hinein übermittelt. Als Strahlung kommt beispielsweise radioaktive Partikelstrahlung oder elektromagnetische Strahlung (z. B. im Röntgenbereich) in Betracht.

Dabei werden die Signale vorzugsweise durch einen oder mehrere Sensoren, die an dem als Sensorkopf ausgestalteten Leitungskopf der mindestens einen Leitung angeordnet sind, aufgenommen oder ausgesendet. Somit sind eine Untersuchung und ggf. auch eine Beeinflussung von Proben innerhalb des Arbeitsbereichs und/oder der Atmosphäre des Arbeitsbereichs möglich.

Vorzugsweise wird das Verfahren so ausgeführt, dass mehr als eine Leitung zum Einsatz kommt. Die Leitungsköpfe der eingesetzten Leitungen sind dabei dicht beieinander oder ineinander angeordnet, so dass aus einer einzigen Position des Übertragungsmechanismus heraus, mit welchem die Leitungen verbunden sind, mehrere Leitungsköpfe mit einer Probe wechselwirken können. Das hat zur Folge, dass bei Bedarf mehrere Analysen oder Manipulationen an einer Probe gleichzeitig oder (ggf. unmittelbar) aufeinander folgend durchgeführt werden können.

Die Atmosphäre des Arbeitsbereichs wird – insbesondere wenn es sich beim Arbeitsbereich um eine Mini-Environment-Box handelt – vorzugsweise durch das Einlassen oder Ablassen von Gas den jeweiligen Anforderungen entsprechend verändert.

Dabei kommen als Gas insbesondere Sauerstoff, ein Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, ein sauerstofffreies Gasgemisch oder ein Inertgas zum Einsatz. Temperatur und Feuchtigkeitsgehalt des zugeführten Gases können dabei angepasst werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindungen sollen anhand von Zeichnungen zweier Ausführungsbeispiele erläutert werden. Es zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Mini-Environment-Box, in die eine Bewegung mit drei Freiheitsgraden von außen mittels eines gemeinsamen Übertragungselements berührungslos übertragen wird;
2 einen Querschnitt durch eine Mini-Environment-Box wie in 1, bei der Gleitlager durch Luftlager ersetzt sind;
3 einen Querschnitt durch eine Mini-Environment-Box wie in 1, bei der ein mehrlumiges Fluidsystem eingesetzt wird, und
4 einen Querschnitt durch eine Mini-Environment-Box, in die zwei Bewegungen mit jeweils einem Freiheitsgrad von außen mittels zweier separater Übertragungselemente berührungslos übertragen werden.
Die 1 zeigt einen sich in die Richtungen x, y und z des in der 1 abgebildeten Koordinatensystems erstreckenden quaderförmigen Raum 1, der in der x-y-Ebene eine Grundfläche 2 und einen abnehmbaren Deckel 3 aufweist, welcher mit Dichtungen 4 versehen ist, mittels derer der Raum abgedichtet wird, wenn der Deckel eingesetzt ist. Zwischen der Grundfläche 2 und dem Deckel 3 liegen insgesamt vier Seitenflächen, von denen – aufgrund der Wahl der x-z-Ebene als Schnittebene des Querschnitts – nur die beiden sich in die y-z-Ebene erstreckenden Seitenflächen 5 und 6 sichtbar sind.
Auf der Außenseite der Seitenfläche 5 ist ein erster Antrieb 7 befestigt, der eine Bewegung eines sich in die x-Richtung erstreckenden ersten Antriebselements 8 bewirkt.
Der erste Antrieb 7 und das erste Antriebselement 8 bilden zusammen die erste Antriebsvorrichtung. Mit dem ersten Antriebselement 8 ist im rechten Winkel ein zweiter Antrieb 9 verbunden, der durch das erste Antriebselement 8 in die x-Richtung bewegt werden kann und der seinerseits eine Bewegung eines sich in die y-Richtung erstreckenden zweiten Antriebselements 10 bewirkt. Das zweite Antriebselement 10 ist mit einem einen Hohlraum aufweisenden äußeren Magnetschlitten 11, der durch äußere Gleitlager 12 beweglich auf dem Deckel 3 gelagert ist und mehrere Magnete 13 und 14 an seiner dem Deckel 3 zugewandeten Seite aufweist, so verbunden, dass es eine Bewegung dieses äußeren Magnetschlittens 11 in die y-Richtung vermittelt.
Durch die Verbindung zwischen dem ersten Antriebselement 8 und dem zweiten Antrieb 9 einerseits sowie dem zweiten Antriebselement 10 und dem äußeren Magnetschlitten 11 andererseits wird eine Bewegung des äußeren Magnetschlittens 11 auf dem Deckel 3 in der x-y-Ebene ermöglicht. Auf dem äußeren Magnetschlitten 11 ist ein dritter Antrieb 15 befestigt, der eine Aussparung zur Aufnahme des ersten Antriebselements 8 aufweist und der über ein sich in z-Richtung erstreckendes drittes Antriebselement 16 einen äußeren Magnetrotor 17 antreibt, welcher sich im Hohlraum des äußeren Magnetschlittens 11 befindet, mit diesem in der x-y-Ebene bewegt werden kann und mehrere Magnete 18 und 19 auf seiner dem Deckel 3 zugewandten Seite aufweist. Über das dritte Antriebselement 16 kann der äußere Magnetrotor 17 zudem in eine Rotationsbewegung in der x-y-Ebene versetzt werden.
Auf der in das Innere des Raums 1 weisenden Unterseite des Deckels 3 befindet sich ein einen Hohlraum aufweisender innerer Magnetschlitten 21, der durch innere Gleitlager 22 beweglich auf dem Deckel 3 gelagert ist und mehrere Magnete 23 und 24 an seiner dem Deckel 3 zugewandeten Seite aufweist. Im Hohlraum des inneren Magnetschlittens befindet sich ein auf einem Drucklager 25 gelagerter innerer Magnetrotor 27, der auf seiner dem Deckel 3 zugewandten Seite mehrere Magnete 28 und 29 aufweist. Mit dem inneren Magnetrotor ist eine Gewindespindel 26 verbunden, die in Wirkungskontakt mit einem Gleitschlitten 30 steht, welcher ringförmig um die Achse der Gewindespindel 26 angeordnet ist und sich in einem Gleitgehäuse 31 befindet, das fest mit dem inneren Magnetschlitten 21 auf dessen Unterseite verbunden ist. Die Achse der Gewindespindel 26 verläuft dabei in z-Richtung in der linearen Verlängerung der Achse des dritten Antriebselements 16.
Die Magnete 23 und 24 des inneren Magnetschlittens 21 sowie die Magnete 28 und 29 des inneren Magnetrotors 27 werden aufgrund entgegengesetzter Polung von den Magneten 13 und 14 des äußeren Magnetschlittens 11 bzw. den Magneten 18 und 19 des äußeren Magnetrotors 17 angezogen, so dass der innere Magnetschlitten 21 und der innere Magnetrotor 27 genau unter dem äußeren Magnetschlitten 11 bzw. dem äußeren Magnetrotor 17 angeordnet sind und jede Bewegung des äußeren Magnetschlittens 11 bzw. des äußeren Magnetrotors 17 nachvollziehen. Der äußere Magnetschlitten 11 und der äußere Magnetrotor 17 stellen ein Übertragungselement im Antriebsbereich dar, und der innere Magnetschlitten 21 sowie der innere Magnetrotor 27 stellen ein Übertragungselement im Arbeitsbereich dar. Durch das Zusammenwirken der von den Übertragungselementen im Antriebs- und im Arbeitsbereich ausgeübten Magnetfeldern werden die Bewegungen der außerhalb des Raums 1 befindlichen Antriebe 7, 9 und 15 berührungslos in Bewegungen innerhalb des Raums 1 umgesetzt.
Durch eine Bewegung des äußeren Magnetschlittens 11 in der x-y-Ebene und der damit verbundenen Bewegung des äußeren Magnetrotors 17 in der gleichen Ebene bewegen sich auch äquivalent der innere Magnetschlitten 21 und der innere Magnetrotor 27 in der x-y-Ebene. Eine über den Gleitschlitten 30 mit dem inneren Magnetschlitten 27 verbundene erste Leitung 32, die in einem als Pipettenspitze 33 geformten Leitungskopf endet, kann somit innerhalb des Raums 1 in x-y-Richtung bewegt werden. Durch Rotation des äußeren Magnetrotors 17 wird der innere Magnetrotor 27 in Rotation versetzt und überträgt diese Bewegung auf die Gewindespindel 26, die ihrerseits eine Bewegung des Gleitschlittens 30 in z-Richtung bewirkt. Somit kann die erste Leitung 32 mit der Pipettenspitze 33 auch in z-Richtung, mithin also in alle drei Dimensionen des Raums, bewegt werden.
Auf der Innenseite der Grundfläche 2 des Raums 1 befindet sich ein Gefäß 34, das mehrere Kammern 35 aufweist, die mit biologischen Kulturen 36 gefüllt sind. Als Gefäß 34 können beispielsweise eine oder auch mehrere Mikrotiterplatten verwendet werden. Das Gefäß 34 und damit auch die biologischen Kulturen 36 werden mit einem externen Heiz-/Kühlsystem temperiert. Durch die Übertragung einer Schüttel- bzw. Kippbewegung, die durch konventionelle Geräte initiiert wird, erfolgt eine Durchmischung der Kulturen 36. Statt biologischer Kulturen 36 können in das Gefäß 34 auch andere biologische oder chemische Substanzen, die toxisch oder reaktiv sein können, gefüllt werden. Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient sowohl zum Schutz der Umgebung vor diesen Substanzen als auch (ggf. alternativ) zum Schutz der Substanzen vor der Umgebung, wie er beispielsweise bei der über einen längeren Zeitraum erfolgenden Kultivierung von biologischen Kulturen, die vor Kontaminationen durch die Umgebung geschützt werden sollen, erforderlich ist. So kann mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung während mehrmonatiger Zeiträume unter sterilen Bedingungen gearbeitet werden.
Alternativ oder zusätzlich zur stofftransportierenden ersten Leitung 32 kann parallel zu ihr eine beliebige Anzahl von signalübermittelnden Leitungen verlaufen, die an ihrem jeweiligen Leitungskopf mit einem oder mehreren optischen und/oder elektrischen Sensoren ausgestattet sind. Mittels dieser Sensoren können die biologischen Kulturen 36 oder auch die Atmosphäre des Raums 1 selbst charakterisiert werden. So lassen sich beispielsweise Spektren aufnehmen oder optische Dichten bestimmen, um das Wachstum der biologischen Kulturen 36 zu überwachen oder die biologischen Kulturen 36 zu charakterisieren. Durch sich im Raum 1 befindliche Kalibrierstandards können die Sensoren kalibriert werden.
Mittels der Pipette 33 und der ersten Leitung 32 können zu unterschiedlichen Zeitpunkten aus den einzelnen Kammern 35 Proben entnommen werden oder neues Kulturmedium oder andere Fluide zu den biologischen Kulturen 36 hinzugefügt werden, um Verdunstungseffekte auszugleichen. Dazu befindet sich außerhalb des Raums 1 eine erste Pumpe 37, die Fluide oder Feststoffe oder Gemische aus Fluiden und Feststoffen aus dem Raum 1 ansaugen oder in den Raum 1 pumpen kann. Auf der dem Raum 1 abgewandten Seite der ersten Pumpe 37 verzweigt sich die erste Leitung 32. Sie führt in ihrem ersten durch ein erstes Ventil 38 verschließbaren Zweig 32a zu einem Analysator 39, in dem die entnommenen Proben analysiert und anschließend nach Verlassen des Analysators 39 verworfen oder gelagert werden können. Alternativ können die entnommen Proben auch über den mittels eines zweiten Ventils 40 verschließbaren zweiten Zweig 32b ohne Durchlaufen eines Analysators verworfen oder gelagert werden. Umgekehrt ist es auch möglich, über die beiden Zweige 32a und 32b der ersten Leitung 32 Substanzen unter Durchlaufen oder unter Umgehung des Analysators 39 in den Raum 1 einzubringen.
Erfolgt die Analyse im Analysator 39 und/oder die Behandlung bzw. Manipulation der Probe unter für den Raum 1 unschädlichen Bedingungen, ist ein Rücktransport der Probe über die Leitungen 32a und/oder 32b in den Raum 1 möglich.
Um Kreuzkontaminationen zu vermeiden, wird die Pipette nach jedem Kontakt mit einer biologischen Kultur 36 zu einer Spülstation 41 bewegt, an der sie eine über eine mittels eines dritten Ventils 42 verschließbare zweite Leitung 43 Spülflüssigkeit aufsaugen und anschließend durch eine mittels eines vierten Ventils 44 verschließbare dritte Leitung 45 wieder abgeben kann, wobei zweite und dritte Leitung 43 und 45 miteinander in Strömungsverbindung stehen und eine gemeinsame Öffnung 46, die mit einer Sensordichtung 47 gegenüber dem Innern des Raums 1 abgedichtet werden kann, auf der Innenseite des Raums 1 aufweisen, über die die Pipettenspitze 33 mit ihnen in Kontakt tritt.
Durch die Seitenwand 6 des Raums 1 stehen zwei weitere Leitungen 50 und 51 mit dem Innern des Raums 1 in Kontakt, über die Gas in den Raum 1 eingebracht oder aus ihm heraus ausgelassen wird. Um für sterile Bedingungen zu sorgen, sind diese beiden weiteren Leitungen 50 und 51 jeweils mit einem Sterilfilter 52 und 53 versehen. Sie können darüber hinaus mit Ventilen versehen sein, um einen Gasaustausch zu verhindern. Das in den Raum 1 eingebrachte Gas kann den Anforderungen der biologischen Kultur 36 angepasst werden und beispielsweise einen variablen Anteil an Sauerstoff enthalten oder sauerstofffrei sein. Außerdem erfolgt eine Vorkonditionierung des Gases, d. h. eine Anpassung des Feuchtigkeitsgehalts und ggf. der Temperatur des Gases, um für optimale Bedingungen den biologischen Kulturen 36 gegenüber zu sorgen und beispielsweise eine zu starke Verdunstung aus den Kulturen 36 heraus zu vermeiden.
Alle mit dem Raum 1 in Verbindung stehenden Leitungen 32, 43, 45, 50 und 51 sind über Dichtungen 54 gegenüber den Flächen 2, 5 und 6 des Raums 1 so abgedichtet, dass nur ein Stofftransport durch die Leitungen 32, 43, 45, 50 und 51, nicht jedoch zwischen den Leitungen 32, 43, 45, 50 und 51 und den Flächen 2, 5 und 6 des Raums 1 in den Raum 1 hinein oder aus diesem heraus möglich ist.
Der Raum 1 ist an seiner Seitenfläche 5 zu seiner Innenseite hin mit einem Vorsprung 55 ausgestattet, der sich parallel zum Deckel 3 in die x-y-Ebene erstreckt und vom Deckel 3 in einem solchen Abstand angebracht ist, dass der innere Magnetschlitten 21 genau zwischen den Vorsprung 55 und den Deckel 3 passt. Durch ein Bewegen des inneren Magnetschlittens 21 zwischen den Vorsprung 55 und den Deckel 3 bis zur von der Geometrie des Deckels 3 bestimmten größtmöglichen Nähe zur Seitenfläche 5 kann der innere Magnetschlitten 21 in eine Parkposition gebracht werden, in der er eine mechanische Unterstützung durch den Vorsprung 55 erfährt, also nicht mehr allein durch magnetische Kräfte gehalten wird.
Die 2 zeigt einen quaderförmigen Raum, der praktisch die gleichen Komponenten aufweist wie der in 1 dargestellte Raum. Zur Erläuterung dieser Komponenten wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen. Die Bezugszeichen sind identisch zur 1.
In Abwandlung zur Darstellung der 1 ist jedoch eines der äußeren Gleitlager 12 und eines der inneren Gleitlager 22 durch ein äußeres Luftlager 92 und ein inneres Luftlager 102 ersetzt. Die zur Lagerung der Luftlager benötigte Luft wird zum äußeren Luftlager 92 über eine erste Luftleitung 90 geführt, die einerseits im äußeren Luftlager 92 endet und andererseits mit einer Druckluftquelle verbunden ist. Die Druckluftquelle versorgt das äußere Luftlager 92 mit Luft in einem für die Lagerung geeigneten Druck. Statt Luft kann auch ein anderes Gas oder Gasgemisch verwendet werden.
Das innere Luftlager 102 wird über eine separate zweite Luftleitung 93 mit Luft zur Lagerung versorgt. Die zweite Luftleitung 93 erstreckt sich durch den Deckel 3 des Raums 1 hindurch, wobei dieser Durchgang durch eine Dichtung 54 abgedichtet ist. Um eine Kontamination des Innern des Raums 1 zu vermeiden, ist an der zweiten Luftleitung 93 zwischen einer mit ihr verbundenen Druckluftquelle und dem inneren Luftlager 102 ein Sterilfilter 94 angeordnet, der die zum inneren Luftlager 102 zu transportierende Luft filtriert.
Auch das innere Luftlager 102 könnte ebenso wie das äußere Luftlager 92 nicht nur mit Luft, sondern auch mit einem anderen Gas oder Gasgemisch gelagert werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Atmosphäre im Innern des Raums 1 durch das zur Lagerung des inneren Luftlagers 102 verwendete Gas möglichst wenig beeinflusst werden soll. In einem solchen Fall kann einfach ein der Atmosphäre im Innern des Raums 1 entsprechendes Gas zur Lagerung des inneren Luftlagers 102 verwendet werden. Der Druck des Gases wird jeweils so eingestellt, dass eine effiziente Lagerung des inneren Luftlagers 102 erfolgt.
Gegenüber den Gleitlagern 12 und 22 besitzen die Luftlager 92 und 102 den Vorteil, dass die Bewegungen des äußeren Magnetschlittens 11 und des inneren Magnetschlittens 21 bei einer entsprechenden Luftlagerung nahezu reibungsfrei erfolgen können. Dadurch können der erste Antrieb 7 und der zweite Antrieb 9 extrem klein gehalten werden.
Zwar kann das Drucklager 25 nicht ohne größeren technischen Aufwand als Luftlager ausgeführt werden, doch ist das zu übertragende Moment relativ gering, so dass die bei der Bewegung des inneren Magnetrotors 27 auftretende Reibung ebenfalls nur sehr gering ist. Daher kann der dritte Antrieb 15 ebenfalls minimiert werden.
In der 2 ist nur eines der beiden dargestellten Paare von äußerem Gleitlager 12 und innerem Gleitlager 22 durch entsprechende Luftlager 92 und 102 ersetzt. Natürlich ist es ebenso denkbar, auch das zweite dargestellte Gleitlagerpaar durch entsprechende Luftlager auszutauschen. Sofern technisch möglich, handelt es sich sinnvollerweise bei allen Lagern, die gemeinsam eine bewegliche Komponente des Raums 1 lagern, um äquivalente Lager.
Die 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Mini-Environment-Box, das praktisch die gleichen Komponenten aufweist wie das in der 1 dargestellte Beispiel. Zur Erläuterung dieser Komponenten wird auf die Beschreibung der 1 verwiesen. Die Bezugszeichen sind identisch zur 1.
Im Unterschied zur 1 ist der Leitungskopf der ersten Leitung 32 nicht als einfache Pipettenspitze, sondern als ein mehrlumiges Fluidsystem 94 ausgebildet. Dazu ist die erste Leitung 32 indirekt über das mehrlumige Fluidsystem 94 mit einer weiteren Leitung 95 verbunden, die sich ebenso wie die erste Leitung 32 aus dem Innern des Raums 1 durch die Seitenwand 6 hindurch in den Bereich außerhalb des Raums 1 erstreckt, wobei der Durchgang der weiteren Leitung 95 durch die Seitenwand 6 mittels einer Dichtung 54 abgedichtet ist. Außerhalb des Raums 1 ist die weitere Leitung 95 mit einer zweiten Pumpe 96 verbunden, mittels derer Stoffe durch die weitere Leitung 95 ins Innere des Raums 1 hinein oder aus dem Innern des Raums 1 heraus transportiert werden können.
Die Funktionsweise des mehrlumigen Fluidsystems 94 wird im Folgenden näher erläutert. Das mehrlumige Fluidsystem 94 weist ein inneres Lumen 94a und ein äußeres Lumen 94b auf, wobei das innere Lumen 94a mit der ersten Leitung 32 und das äußere Lumen 94b mit der weiteren Leitung 95 verbunden ist. Beide Lumina 94a und 94b sind zum unteren Ende des mehrlumigen Fluidsystems 94 hin gegenüber dem das mehrlumige Fluidsystem umgebenden Innern des Raums 1 geöffnet. Durch geeignete Variation der Pumpparameter der Pumpen 37 und 96 kann aus der ersten Leitung 32 und damit aus dem inneren Lumen 94a eine Substanz austreten, während in das äußere Lumen 94b und damit in die weitere Leitung 95 eine Substanz eingesaugt werden kann. Durch Veränderung der Pumpparameter kann natürlich auch eine Stoffzufuhr in das Innere des Raums 1 über das äußere Lumen 94b und die weitere Leitung 95 sowie ein Transport eines Stoffs aus dem Raum 1 heraus über das innere Lumen 94a und die erste Leitung 32 erfolgen.
Grundsätzlich kann das mehrlumige System auch als doppellumige Sonde ausgebildet sein.
Beim in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Mini-Environment-Box wird über die erste Leitung 32 ein Stoff in das Innere des Raums 1 zu einer der Kammern 35 des Gefäßes 34 gepumpt und vermischt sich dort mit der Probe, die sich in der Kammer 35 befindet und die beispielsweise eine biologische Kultur 36 sein kann. Je nach Beschaffenheit des Stoffs, der in die Kammer 35 gepumpt wird, kann sich dieser Stoff mit der Probe in der Kammer 35 vermischen oder die Probe in nichtvermischtem Zustand einbetten. Die Pumpparameter der ersten Pumpe 37 und der zweiten Pumpe 96 werden derart eingestellt, dass der Stoff, der mit der Probe vermischt ist oder diese in sich eingebettet hat, über die weitere Leitung 95 aus der Kammer 35 und damit aus dem Innern des Raums 1 heraus transportiert wird.
Die 4 zeigt einen sich in die Richtungen x, y und z des in der 4 abgebildeten Koordinatensystems erstreckenden quaderförmigen Raum 1, der in der x-y-Ebene eine Grundfläche 2 und einen abnehmbaren Deckel 3 aufweist, welcher mit Dichtungen 4 versehen ist, mittels derer der Raum abgedichtet wird, wenn der Deckel eingesetzt ist. Zwischen der Grundfläche 2 und dem Deckel 3 liegen insgesamt vier Seitenflächen, von denen – aufgrund der Wahl der x-z-Ebene als Schnittebene des Querschnitts – nur die beiden sich in die y-z-Ebene erstreckenden Seitenflächen 5 und 6 sichtbar sind.
Unterhalb der Grundfläche 2 ist ein erster Antrieb 61 angeordnet, der über ein sich in z-Richtung erstreckendes erstes Antriebselement 62 eine Rotationsbewegung in der x-y-Ebene eines äußeren Magnetrotors 63 bewirkt, welcher auf seiner der Grundfläche 2 des Raums 1 zugewandten Seite mehrere Magnete 64 und 65 aufweist. Im Innern des Raums 1 ist ein innerer Magnetrotor 66, der auf seiner der Grundfläche 2 des Raums 1 zugewandten Seite mehrere Magnete 67 und 68 aufweist, beweglich auf Gleitlagern 69 gelagert, so dass seine Magnete 67 und 68 direkt über den Magneten 64 und 65 des äußeren Magnetrotors 63 positioniert sind und von diesen aufgrund entgegengesetzter Polung angezogen werden.
Eine Rotationsbewegung des äußeren Magnetrotors 63, der ein Übertragungselement im Antriebsbereich darstellt, wird so über die zwischen den Magneten 64 bzw. 65 und 67 bzw. 68 ausgeübten Kräfte berührungslos auf den inneren Magnetrotor 66, der ein Übertragungselement im Arbeitsbereich darstellt, übertragen. Auf dem inneren Magnetrotor 66 ist ein Gefäß 70 angeordnet, das mehrere Kammern 71 aufweist, welche mit biologischen Proben 72 gefüllt sind. Eine Rotationsbewegung des inneren Magnetrotors 66 wird auf das Gefäß 70 und damit auf die Kammern 71 und die biologischen Proben 72 übertragen. Somit lassen sich die Kammern 71 und die biologischen Proben 72 auf einer Kreisbahn mit einem über den Abstand der Kammern 71 zur Drehachse des inneren Magnetrotors 66 vorgegebenen Radius in der x-y-Ebene bewegen.
An der Grundfläche 2 des Raums 1 ist ein zweiter Antrieb 73 befestigt, der über ein zweites Antriebselement 74, das in z-Richtung verläuft, mit einem auf seiner der Seitenfläche 6 des Raums 1 zugewandten Seite mehrere Magnete 75–77 aufweisenden äußeren Magnetschlitten 78 verbunden ist und diesen äußeren Magnetschlitten 78 – ein Übertragungselement im Antriebsbereich – in z-Richtung bewegen kann. Auf der Innenseite der Seitenfläche 6 des Raums 1 ist als Übertragungselement im Arbeitsbereich ein auf Gleitlagern 79 beweglich gelagerter innerer Magnetschlitten 80 angeordnet, der auf seiner der Seitenfläche 6 des Raums 1 zugewandten Seite mehrere Magnete 85–87 trägt und auf seiner der Seitenfläche 6 des Raums 1 abgewandten Seite einen in x-Richtung verlaufenden Träger 81 aufweist. Die Magnete 85–87 des inneren Magnetschlittens 80 sind dabei so in einer Achse mit den Magneten 75–77 des äußeren Magnetschlittens positioniert, dass sie mit diesen wechselwirken und aufgrund jeweils entgegengesetzter Polung der Magnete 85–87 einerseits und der Magnete 75–77 andererseits von den Magneten 75–77 angezogen werden. Dadurch führt der innere Magnetschlitten 80 jede Bewegung aus, die der äußere Magnetschlitten 78 vorgibt.
Am Träger 81 des inneren Magnetschlittens 80 ist eine erste Leitung 32, die in einem als Pipette 33 geformten Leitungskopf endet, befestigt, so dass die Pipette 33 über die Bewegung des inneren Magnetschlittens 80 in z-Richtung bewegt werden kann. Über die erste Leitung 32 können äquivalent zum in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel mittels einer Pumpe 37 Stoffe aus dem Raum 1 heraus oder in ihn hinein befördert und dabei ggf. außerhalb des Raums 1 analysiert werden, wobei der dazu verwendbare Analysator in der 4 nicht dargestellt ist. Statt einer einzigen ersten Leitung 32 könnte auch in diesem Ausführungsbeispiel – wie in 3 gezeigt – eine weitere Leitung 95 in Verbindung mit einem mehrlumigen Fluidsystem 94 zum Einsatz kommen, dessen Funktionsweise in der Beschreibung zu 3 erläutert wurde.
Durch die Entkopplung der berührungslosen Übertragungselemente für die Bewegungen in der x-y-Ebene einerseits und der z-Ebene andererseits wird der apparative Aufbau des in der 4 gezeigten Ausführungsbeispiels der Erfindung gegenüber dem in der 1 dargestellten Ausführungsbeispiel erheblich vereinfacht. Allerdings schränkt die apparative Vereinfachung auch die von der Pipette 33 im Innern des Raum 1 ansteuerbaren Positionen ein. So können Proben von biologischen Kulturen 72 nur dann entnommen werden, wenn die biologische Kultur 72 genau unter der Pipette 33 positioniert wird. Damit wird die Auswahl der Gestaltungen der für einen Einsatz in diesem zweiten Ausführungsbeispiel verwendbaren Gefäße 70 beschränkt.

Claims

Vorrichtung zur Energieübertragung zwischen einem Antriebsbereich und einem räumlich davon getrennten Arbeitsbereich, umfassend – mindestens eine sich im Antriebsbereich befindliche Antriebsvorrichtung und – jeweils mindestens ein Übertragungselement im Antriebs- und im Arbeitsbereich dadurch gekennzeichnet, dass die Energie von der mindestens einen Antriebsvorrichtung (7, 8; 9, 10; 15, 16; 61, 62; 73, 74) mittels des mindestens einen Übertragungselements (11, 17; 63; 78) im Antriebsbereich durch mindestens ein zeitlich und/oder räumlich veränderliches Kraftfeld auf das mindestens eine Übertragungselement (21, 27; 66; 80) im Arbeitsbereich (1) übertragen wird und von diesem mindestens einen Übertragungselement (21, 27; 66; 80) im Arbeitsbereich (1) in eine Bewegung mit mehr als einem Freiheitsgrad oder in mindestens zwei Bewegungen mit jeweils mindestens einem Freiheitsgrad umgesetzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Kraftfeld um ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsbereich vom Arbeitsbereich durch eine Wand (2, 3, 5, 6) getrennt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich als geschlossener Raum (1) ausgestaltet ist, der von der Wand (2, 3, 5, 6) begrenzt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der geschlossene Raum (1) mindestens eine mit einem Leitungskopf (33) endende Leitung (32; 95) aufweist, die sich durch mindestens einen abgedichteten Durchlass aus dem Antriebsbereich außerhalb des Raums (1) in diesen Raum (1) erstreckt und die dazu geeignet ist, Stoffe, Signale und/oder Energie aus dem Raum (1) hinaus und/oder in den Raum (1) hinein zu leiten.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie ein Gefäß (34; 70) mit mindestens einer befüllbaren Kammer (35; 71) aufnehmen kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Kammer des Gefäßes (35; 71) mit biologischen Kulturen (36; 72) befüllt ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gefäß (34; 70) und die mindestens eine Leitung (32; 95) so zueinander angeordnet sind, dass eine Wechselwirkung zwischen der mindestens einen Leitung (32; 95) und der zumindest einen Kammer (35; 71) des Gefäßes (34; 70) möglich ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Leitung (32; 95) so mit dem mindestens einen Übertragungselement (21; 27; 66; 80) im Arbeitsbereich (1) verbunden ist, dass sie eine Bewegung mit drei Freiheitsgraden ausführen kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass ein erstes Übertragungselement (66) im Arbeitsbereich (1) eine erste Antriebsenergie in eine Rotationsbewegung und ein zweites Übertragungselement (80) im Arbeitsbereich (1) eine zweite Antriebsenergie in eine lineare Bewegung umsetzt, wobei die mindestens eine Leitung (32; 95) mit dem zweiten Übertragungselement (80) im Arbeitsbereich (1) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gefäß (66) mit mindestens einer befüllbaren Kammer (71) so auf dem ersten Übertragungselement (66) im Arbeitsbereich (1) angeordnet ist, dass sie die von diesem Übertragungselement (66) vermittelte Rotationsbewegung ausführt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine im Antriebsbereich befindliche Pumpe (37; 96) aufweist, die zum Transport von Stoffen durch die mindestens eine Leitung (32; 95) in den Raum (1) hinein oder aus dem Raum (1) heraus dient.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Stoffen um Feststoffe, Fluide oder Gemische von Feststoffen und Fluiden handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungskopf (33) der mindestens einen Leitung (32; 95) als Pipettenspitze ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Leitungen zur Verfügung stehen und dabei so angeordnet sind, dass sich ihre jeweiligen Leitungsköpfe in enger räumlicher Nähe befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungskopf einer Leitung (32) zugleich der Leitungskopf mindestens einer weiteren Leitung (95) ist, wobei der Leitungskopf zu diesem Zweck mindestens zwei voneinander getrennte sich umschließende oder unmittelbar benachbarte Hohlräume, die jeweils mit einer der Leitungen (32, 95) verbunden sind, aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass die mindestens eine Leitung (32; 95) und deren Leitungskopf (33) an einer sich im Raum befindlichen Spülstation (41) gereinigt werden können.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Signalen, die die mindestens eine Leitung (32; 95) aus dem Raum (1) hinaus und/oder in den Raum (1) hinein leiten kann, um optische oder elektrische Signale handelt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Leitungskopf (33) der mindestens einen Leitung (32; 95) als Sensorkopf mit mindestens einem Sensor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem Raum (1) zur Kalibrierung des mindestens einen Sensors ein geeigneter Kalibrierungsstandard befindet, der so angeordnet ist, dass der Sensor mit ihm wechselwirken kann.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung so ausgestaltet ist, dass sie einen Gaseinlass (50) und einen Gasauslass (51) aufweist, über die der Raum (1) mit Gas versorgt werden bzw. über die Gas aus dem Raum (1) abgelassen werden kann.
Verfahren zur Energieübertragung zwischen einem Antriebsbereich und einem davon räumlich getrennten Arbeitsbereich, die folgenden Schritte umfassend: – Erzeugung einer Bewegung durch mindestens eine sich im Antriebsbereich befindliche Antriebsvorrichtung und – Übertragung der Bewegungsenergie von mindestens einem Übertragungselement im Antriebsbereich auf mindestens ein Übertragungselement im Arbeitsbereich dadurch gekennzeichnet, dass die Energie von der mindestens einen Antriebsvorrichtung (7, 8; 9, 10; 15, 16; 61, 62; 73, 74) mittels des mindestens einen Übertragungselements (11; 17; 63; 78) im Antriebsbereich durch mindestens ein zeitlich und/oder räumlich veränderliches Kraftfeld auf das mindestens eine Übertragungselement (21; 27; 66; 80) im Arbeitsbereich (1) übertragen wird und von diesem mindestens einen Übertragungselement (21; 27; 66; 80) im Arbeitsbereich (1) in eine Bewegung mit mehr als einem Freiheitsgrad oder in mindestens zwei Bewegungen mit jeweils mindestens einem Freiheitsgrad umgesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem mindestens einen Kraftfeld um ein Magnetfeld oder ein elektrisches Feld handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie vom mindestens einen Übertragungselement (11; 17; 63; 78) im Antriebsbereich durch eine Wand (2, 3, 5, 6) hindurch auf das mindestens eine Übertragungselement (21; 27; 66; 80) im Arbeitsbereich (1) übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim Arbeitsbereich (1) um das Innere einer Mini-Environment-Box und beim Antriebsbereich um den die Mini-Environment-Box umgebenden Außenraum handelt.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung, die im Innern der Mini-Environment-Box umgesetzt wird, zur Bewegung von Gegenständen dient und/oder zur ortsgerichteten Übertragung von Stoffen und/oder Energie und/oder zur ortgerichteten Messung der Eigenschaften sich in der Mini-Environment-Box befindlicher Stoffe bzw. der Atmosphäre in der Mini-Environment-Box eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Gegenstände für Montage- oder Demontagevorgänge eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung der Gegenstände zur Bewegung von Funktionselementen in der Mini-Environment-Box eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Funktionselementen um Mischelemente handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine sich vom Antriebs- in den Arbeitsbereich (1) erstreckende, mit einem Leitungskopf (33) endende Leitung (32; 95) dazu verwendet wird, Stoffe und/oder Signale und/oder Energie aus der Mini-Environment-Box hinaus und/oder in die Mini-Environment-Box hinein zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass über die mindestens eine Leitung (32; 95) Kulturmedium oder andere Fluide in den Arbeitsbereich (1) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass über die mindestens eine Leitung (32; 95) zumindest Teile einer Probe aus dem Arbeitsbereich (1) entnommen und ggf. im Antriebsbereich analysiert werden.
Verfahren nach den Ansprüchen 31 und 32, dadurch gekennzeichnet, dass über eine erste Leitung (32) und eine weitere Leitung (95), die im Arbeitsbereich (1) in einem gemeinsamen Leitungskopf (94) enden, gleichzeitig Fluide in den Arbeitsbereich (1) eingebracht und zumindest Teile einer Probe aus dem Arbeitsbereich entnommen und ggf. im Antriebsbereich analysiert werden.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile einer Probe zumindest teilweise zusammen mit dem eingebrachten Fluid aus dem Arbeitsbereich (1) entnommen werden, wobei die Teile einer Probe in das Fluid eingebettet werden oder mit dem Fluid vermischt werden.
Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen von Fluiden in den Arbeitsbereich (1) und die gleichzeitige Entnahme von Teilen einer Probe aus dem Arbeitsbereich (1) durch unterschiedliche Pumpgeschwindigkeiten zweier Pumpen (37, 96) ermöglicht wird, die jeweils mit einer der beiden Leitungen (32, 95) verbunden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Probe um eine biologische Kultur (36; 72) handelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dass die mindestens eine Leitung (32; 95) und der Leitungskopf (33) nach dem Transport eines Probenteils oder des Kulturmediums an einer Spülstation (41) mit einer Spülflüssigkeit gereinigt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass über die mindestens eine Leitung (32; 95) optische Signale, elektrische Signale und/oder Strahlung aus dem Arbeitsbereich (1) heraus oder in den Arbeitsbereich (1) hinein übermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale durch einen oder mehrere Sensoren an dem als Sensorkopf ausgestalteten Leitungskopf (33) der mindestens einen Leitung (32; 95) zur Probe und/oder dem Arbeitsbereich (1) hin gesandt bzw. von der Substanz und/oder dem Arbeitsbereich (1) aufgenommen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 39, dadurch gekennzeichnet, dass durch zwei oder mehr Leitungen, deren Leitungsköpfe sich in enger räumlicher Nähe befinden, Analysen oder Manipulationen an der Probe oder dem Arbeitsbereich gleichzeitig oder nacheinander durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass die Atmosphäre des Arbeitsbereichs (1) durch das Einlassen und/oder Ablassen von Gas variiert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gas um Sauerstoff, ein Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, ein sauerstofffreies Gasgemisch oder ein Inertgas handelt.