DE102006030380A1

DE102006030380A1 - Kühlstempel und Verfahren zur Steuerung eines Temperaturpofils in einem Prozessraum

Info

Publication number: DE102006030380A1
Application number: DE200610030380
Authority: DE
Inventors: Jana Lepschi; Jens GÖHRING; Stefan Heydenhaus
Original assignee: Jenoptik Instruments GmbH
Current assignee: Zenteris GmbH
Priority date: 2006-06-27
Filing date: 2006-06-27
Publication date: 2008-01-03

Abstract

Die Erfindung bezeichnet eine Kühlstempeleinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, vorrangig einer Reaktionskammer einer Assay-Prozessor-Kartusche (AP-Kartusche), auch als Biokartusche bezeichnet. Die Kühlstempeleinrichtung, bestehend aus einem isoliertem Metallkörper (12) wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium, der linear bezüglich zu der zu kühlenden Oberfläche des Prozessraumes beweglich gelagert ist, der über eine Aufnahmefläche für einen Linearantrieb verfügt und über ein Peltierelement (18) mit Kühlkörper und Lüfter gekühlt wird, wird definiert zur Einstellung einer Zieltemperatur des Prozessraumes eingsetzt. Das Verfahren und die Einrichtung betrifft auch einen in einer zentrischen Bohrung (13) zum Kühlstempel (Fig. 2) beweglich angeordneten stiftförmigen Sekundärstößel (14), der durch eine Schraube (15) gehalten wird und definiert über einen Linearantrieb zur Kontaktfläche des Prozessraumes positioniert wird. Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Kühlstempeleinrichtung.

Description

Die Erfindung bezeichnet eine Kühlstempeleinrichtung und ein Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, vorrangig einer Reaktionskammer einer Assay-Prozessor-Kartusche (AP-Kartusche), auch als Biokartusche bezeichnet.
Der Biochip, ein fingernagelgroßes Mikrolabor mit zahlreichen winzigen Reaktionsfeldern ist ein wichtiges Zukunftwerkzeug für die Analyse biologischer Proben.
Auf einem Biochip lässt sich innerhalb kürzester Zeit eine Probe auf das Vorhandensein einer Vielzahl nachzuweisender Moleküle überprüfen.
Zum Prozessieren ist der Biochip im Probenraum einer Kartusche eingeschlossen, wo er entsprechend der Untersuchungen in definierter Weise beheizt werden kann. Die Einkopplung und Abführung der Wärme in den Reaktionsraum kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, wie zum Beispiel durch interne oder externe Widerstandsheizung, interne Induktionsschleifen oder -flächen, durch Wasserkühlung und -heizung, durch Bestrahlung mit Licht, insbesondere IR-Licht, über externe Mikrowellenstrahlung, durch Luftkühlung und/oder -heizung, durch Reibung, durch Temperaturstrahler sowie durch Peltierelemente einzubringen.
Zum schnelleren Abkühlen eines beheizten Prozessraumes, wie zum Beispiel der Reaktionskammer einer AP-Kartusche, sind verschiedene Kühleinrichtungen bekannt.
So wird die Kühlung der Reaktionskammer über Luftstrom (Raumluft oder Druckluft), direkt auf eine Wand des Reaktionsgefäßes geblasen, z.B. erzeugt mit 12V-Radiallüfter. Einsatz u.a. bei den Biochip-bestückten AP-Kartuschen (Assay Processor) in den POC-Readern, wie sie zum Beispiel in der WO 05108604 A2 beschrieben ist. Die Abkühlung der Prozesseinheit kann bevorzugt auch dadurch erreicht werden, dass der die Prozesseinheit umgebende Raum permanent auf einer erniedrigten Temperatur temperiert und die Kartusche dadurch passiv gekühlt wird. Bekannt sind auch die Kühlung durch eine an einer Reaktionskammer anliegenden gut wärmeleitenden Platte (Keramik oder Metall) durch Anblasen mit einem Lüfter (Raumluft), wobei die Wände der Reaktionskammer nur aus einer dünnen Kuststofffolie bestehen (Cephied, SmartCycler).
Bekannt sind weiter Kühlung/Heizung eines Metallblockes mit Peltierelementen, wobei in dem Metallblock eine komplette Mikrotiterplatte mit Tubes steckt (einzelne Tubes, Streifen). Die konischen Tubes tauchen dabei in entsprechend geformte Bohrungen im Metallblock für maximal mögliche Berührungsfläche ein. Zu finden ist diese Technologie in den meisten Thermocyclern (z.B. Eppendorf, Biometra, Labtech).
Analog dazu wird bei RotorGene der Metallblock mit den Tubes über Luftstrom gekühlt. Kühlung/Heizung können auch durch abwechselndes Andrücken eines Metallblockes mit Tubes oder Mikrotiterplaten an andere verschieden temperierte Metallblöcke erfolgen. Die den Block mit den Proben umgebenden Metallblöcke werden entsprechend auf die Temperaturen geregelt, die für die biologischen Prozesse nötig sind.
Weiterhin sind in diesem Zusammenhang die Kühlung/Heizung der Probenflüssigkeit beim Durchfließen von dünnen Kapillaren, Röhrchen oder Schläuchen, die sich in unterschiedlich tempe rierten Umgebungen befinden (Flüssigkeiten, Luft, Metallblöcke etc.) bekannt.
Nachteile mancher dieser bekannten Einrichtungen sind unter anderem ungenügende Kühlraten, hoher technischer und finanzieller Aufwand bei der Realisierung, hoher Energieeinsatz und/oder nicht reproduzierbare Kühlraten.
Das Abkühlen eines Körpers über vorbeistreichende kühlere Luft ist generell sehr viel träger, als durch Berührung mit einem kühleren festen Körper oder flüssigen Medium. Um ähnlich schnell kühlen zu können, muss die Luft mit hoher Geschwindigkeit und möglichst frontal auf den Körper geblasen werden (z.B. Druckluft aus Düsen).
Die technische Umsetzung der Druckluftbereitstellung in einem portablen Gerät bei angestrebter Unabhängigkeit von Druckluft-Hausnetzen ist mit wesentlich höherem Aufwand verbunden, als wenn andere Kühlprinzipien eingesetzt würden (z.B. Peltier-Elemente).
Dies gilt besonders dann, wenn Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur angestrebt sind, die Druckluft demnach auch noch gekühlt werden müsste.
Bei der Kühlung über Berührung mit einem kühleren (aktiv gekühlten) Körper (oder Medium)

– muss ein dauerhafter Kontakt des Probenraumes mit einem beheizbaren/kühlbaren Körper/Medium während des gesamten Prozesses hergestellt werden, um den zu temperierenden Körper abwechselnd exakt auf die unterschiedlichen benötigten Temperaturen zu heizen/kühlen, oder
– es müssen mehrere exakt auf die verschiedenen Zieltempera turen gebrachte Körper/Medien abwechselnd mit dem Probenraum in Berührung gebracht werden.

Bei der ersten Variante braucht man wegen der thermischen Trägheit des beheizbaren/kühlbaren Körpers/Mediums und dem ständigen Wechsel zwischen Heizen und Kühlen sehr viel Energie, um die gewünschte Dynamik zu erreichen.
Beim Heizen und Kühlen mit Peltierelementen bedeutet das, falls die gewünschte Schnelligkeit überhaupt wegen der zusätzlichen Trägheit der Peltiers beim Umpolen erreichbar ist, einen extrem hohen Stromverbrauch.
Bei Variante 2 ist die Kühlung mit einem auf Zieltemperatur geregelten Körper am Anfang zwar schnell, wird aber immer langsamer, je näher sich die Ist-Temperatur der Zieltemperatur nähert, je geringer also der Temperaturunterschied der beiden Körper ist. Bis die Zieltemperatur also tatsächlich erreicht ist, können viele Sekunden verstrichen sein, was sich bei den üblicherweise nur Sekunden dauernden Haltezeiten pro Temperaturschritt und den vielen Wiederholungen bei manchen biologischen Prozessen schnell zu Minuten aufsummiert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung und ein Verfahren zu schaffen, womit einerseits die Kühlrate deutlich verbessert und eine höhere Reproduzierbarkeit und Unabhängigkeit von Umgebungsbedingungen (Raumlufttemperatur) erreicht wird, und darüber hinaus das Reglerverhalten optimiert wird, mit minimalem Unterschreiten der Zieltemperaturen.
Die Aufgabe wird durch eine Kühlstempeleinrichtung, bestehend aus einem isoliertem Metallkörper (12) wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium gelöst, der linear bezüglich zu der zu kühlenden Oberfläche des Prozessraumes beweglich gelagert ist, der über eine Aufnahmefläche für einen Linearantrieb verfügt und über ein Peltierelement mit Kühlkörper und Lüfter gekühlt wird. 1 zeigt die erfindungsgemäße Kühlstempeleinrichtung.
Als Linearantrieb sind beispielsweise Schrittmotoren oder Servogetriebemotoren mit Spindel- oder Schneckengetriebe, Linearschrittmotoren, Piezolinearmotoren, Motor mit Ritzel und Zahnstange, Hubmagnet, Drehmagnet, Voice-Coil-Magnet, Motor mit Kurvenscheibe usw. geeignet. Bei Hub- und Drehmagneten muss gegebenenfalls die hohe Geschwindigkeit des Ankers gedämpft werden.
In einer besonderen Ausführung des Kühlstempels besteht der Kühlstempel aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen a) und b), wobei

– a) den eigentlichen Kühlstempel mit zentrischer Bohrung (11) und seitlich wegführender Kühlfläche zum Anbringen des Peltierelementes darstellt und
– b) einen in der zentrischen Bohrung (13) zum Kühlstempel beweglich angeordneten stiftförmigen Sekundärstößel (14), der von oben durch eine Schraube (15) gehalten wird und mit ihm die gesamte Einheit des Kühlstempels zusammengehalten wird.

Alle gekühlten Flächen, außer der unteren Stempelfläche, werden idealerweise mit einem geeigneten Material (z.B. selbstklebender Schaumstoff oder Zellgummimatte) isoliert, um Kondenswasser in warmer feuchter Umgebung zu vermeiden und Energie zu sparen.
2 zeigt eine Schnittdarstellung des Kühlstempels. Der hintere Teil des inneren Stößels wird rückseitig in einer Aufnahme eines Linearantriebes eingespannt und von diesem Antrieb vor und zurück bewegt. In dem Ausführungsbeispiel ist der Kühlstempel ein Aluminium-Kühlstößel von 6 × 6 × 5 mm, wie bereits beschrieben mit seitlich herausgeführter Kühlfläche mit Peltierelement, Kühlkörper und Lüfter. Er besitzt eine zentrische Bohrung von 3 mm. Das Aluminium ist nicht eloxiert oder anderweitig behandelt. Das Peltierelement (18) ist 25 × 25 mm, Standard der Fa. SuperCool. Der Finger-Kühlkörper (19), in 5 zwischen dem Peltierelement (18) und dem Lüfter (20) angeordnet, ist Standard 40 × 40 × 12 mm (im Bild nicht darge stellt). Der Lüfter (20) von 12 V ist standardmäßig 30 × 30 mm. Weiter wurden verwendet ein Peltier-Controller TC2812 (Fa. Minco, CH) mit Netzteil, ein PT100-Sensor (22), Klasse A und zwei quadratische Teile eines doppelseitigen Wärmeleit-Klebebandes mit einer Fläche entsprechend der des Peltierelementes (Standard-Klebeband für PC-Prozessoren). Der Aufbau des Kühlstempels wurde so konzipiert, dass er in einem Funktionsmuster eines POC-Readers (ohne Deckel) mit einem modifizierten Stößelgalgen (3, 21) so integriert wurde, dass nach Zurückbauen keine Veränderungen am Reader verbleiben müssen.
Über eine kleine Feder (17, 2 und 5) drückt der obere eingespannte Teil (Adapter, 16) gegen den Kühlstößel. Dieser wird mit einem Linearkugellager ('3, 23) am Stößelgalgen (21) gehalten. Auf diese Weise wird der Kühlstößel mit Peltierelement, Kühlkörper und Lüfter (nicht dargestellt) linear zur AP-Kartusche hin und davon weg bewegt. In 4 ist weiterhin der Stößelhebel (25) erkennbar. Der PT100-Sensor (22) wurde mittels 2-Komponenten-Epoxidharz-Wärmeleitkleber zwischen Kühlstößel und Peltier auf das Wärmeleitblech (24) geklebt (nahe dem Linearlager bzw. Kühlstößelgalgen). Er kann auch oder mit einem geeigneten Verbindungsmechanismus angepresst, verschraubt oder in an sich bekannter Weise verbunden werden. Die Temperatur des Kühlstößels wurde mittels Peltiercontroller auf 15°C geregelt. 3 zeigt die Positionierung des Kühlstößels über ein Linearkugellager am Stößelgalgen gemäß des Ausführungsbeispiels. 4 zeigt ein POC-Funktionsmuster mit Kühlstößelstempel (ohne Peltier, Kühlkörper usw.).
Beim Schrittmotor wurden nach einer Referenzfahrt (Initialisierung, Position 0) zwei Positionen programmiert: Eine für die Stellung „Kühlen", theoretisch kurz „hinter" der Fläche, die gekühlt werden soll (damit der Kühlstößel mit Federkraft angedrückt wird) und eine Position zwischen dieser und der Referenzlage, kurz (3-4 Zehntel Millimeter) vor der zu kühlenden Fläche.
Außerdem wurde die Geschwindigkeit für die Bewegungen zwischen diesen beiden Positionen deutlich erhöht, da die Standardgeschwindigkeit im Funktionsmuster sonst sehr gering ist. Die Ansteuerung des Stößelmotors musste für diesen Versuch im POC-Funktionsmuster zusätzlich zur Regelung der Heizung im Chip der AP-Kartusche firmwareseitig in den Algorithmus für die Temperaturregelung eingebunden werden.
Die Versuchsdurchführung des Ausführungsbeispiels, deren Ziel es hauptsächlich war, herauszufinden, wie gut ein Aluminiumstempel kühlen kann (Seriengeräte-relevantes Material), und ob er die auf den Siliziumchips der AP-Kartuschen aufgebrachten empfindlichen Heiz- und Sensorstrukturen beim Andrücken kurzschliessen oder beschädigen kann, wird weiter wie folgt beschrieben:

– Es wurde ein mit einem PT100-Sensor im Probenraum ausgestatteter, mit Wasser gefüllter AP in das Funktionsmuster eingelegt und kontaktiert. Danach wurde der Kühlstempel auf 15°C geregelt und die für den verwendeten Siliziumchip gültigen Kalibrierwerte in der Software des Funktionsmusters eingegeben (damit der AP auf die korrekten Temperaturen geheizt werden kann). In einer in der Fumu-Software lauffähigen Scriptdatei wurde ein Dauertest programmiert (eigene Makrosprache), mit einem Temperaturverlauf, wie er für viele biologische Testsprozeduren typisch ist, zunächst mit 500 Zyklen.
– Der interne Sensor (Probenraumtemperatur) wurde über einen PT100-Messverstärker (Greisinger Electronic) und ein USB-DAQ-Modul (digitales USB-Datenerfassungsmodul, Meilhaus Electronic) an einen PC angeschlossen und des sen Temperaturverlauf mit einer selbsterstellten Software (LabView^TM – Applikation) in einer Logdatei mitgeschrieben. Der geregelte Temperaturverlauf am Si-Chip und die Solltemperatur wurden von der Funktionsmuster-Software mitgeloggt.
– Das Script wurde gestartet. Nach 500 erfolgreichen Zyklen wurde die AP-Kartusche neu befüllt, es hatten sich Luftblasen gebildet (die übliche Zyklenzahl eines biologisch relevanten Tests liegt bei 30-40). Die Zykluszahl wurde auf 1000 erhöht und der Dauertest erneut gestartet. Nach weiteren 770 Zyklen mit dem gleichen AP und Si-Chip wurde der Dauertest abgebrochen.

Aus 6 kann man das Ergebnis des Dauertests ablesen. Alle Kurven sind nahezu deckungsgleich, das heißt, es gab über insgesamt 1270 Kühl- und Heizvorgänge einer einzigen AP-Kartusche bzw. Siliziumchips keinerlei Beeinträchtigung der Heiz- oder Sensorstrukturen durch das Andrücken des Aluminiumstößels. 6 zeigt Temperaturen am Siliziumchip, je 3 Zyklen zu Beginn und am Ende der beiden Dauertests mit dem Alu-Kühlstößel im Funktionsmuster (immer gleicher AP bzw. Chip). Bild 7 zeigt die Temperaturen im Probenraum (Pt100-Sensor) während des Dauertests.
In einem weiteren Laborversuch (nicht im Funktionsmuster) wurden ähnlich gute Kühlraten mit einem Kupferstempel erzielt.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum. Die Steuerung des Temperaturprofils eines Prozessraumes, wie zum Beispiel der Reaktionskammer einer AP-Kartusche, erfolgt durch das erfindungsgemäße Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 10 und den nachgeordneten Unteransprüchen. Der Prozess- oder Probenraumes einer AP-Kartusche wird durch eine an sich bekannte Heizung mit Sensorelement beheizt. Die Steuerung der schnel leren und gezielten Abkühlung erfolgt erfindungsgemäß, indem ein mit Peltier gekühlter Kühlstempel, der deutlich kälter als die Zieltemperatur des Prozessraumes ist, mit einem definierten Druck durch einen linearen Stempelantrieb an die Kontaktoberfläche des Prozessraum gedrückt wird und bei Erreichen der Zieltemperatur von der Kontaktfläche wieder wegbewegt wird. In vorteilhafter Weise wird dazu ein schnell reagierender Antrieb verwendet, der zusätzlich definiert mit regelbarem Druck angedrückt werden kann. Der Weg von der Ruheposition des Kühlstempels bis zum zu kühlenden Körper bzw. der Kontaktfläche, kann dabei sehr klein sein, da der zu kühlende Körper aktiv beheizt wird und auch über einen sehr kleinen Luftspalt kaum Wärme übertragen wird. Es kann dafür ein preiswerter Antrieb (z.B. Hubmagnet) verwendet werden.
In einer beispielhaften Ausführung liegt die Stempeltemperatur des Metallkörpers bei 20°C, um bei einer Ist-Temperatur des Prozessraumes von 90°C diese auf die gewünschte Zieltemperatur von 50°C abzukühlen. Es ist darauf zu achten, dass vorteilhafter Weise der Kühlstempel nicht zu tief abgekühlt wird, damit daran das Wasser aus der Umgebungsluft nicht kondensieren kann. Die Messung der Temperatur erfolgt über einen geeigneten Temperatursensor, der sich zum Beispiel mit dem Heizelement in der Wand zum Prozessraum befindet. Dieser bewirkt auch in an sich bekannter Weise die Regelmechanismen zur Bewegung des Kühlstempels über den Stempelantrieb. Die Heizung in der Wand der Prozesskammer und der Antrieb des Kühlstempels werden vom selben Regler angesteuert. Das Peltierelement und damit die Temperatur des Kühlstempels wird von einem separaten Regler konstant gehalten.
Soll nach dem Heizen gekühlt werden, wird der Heizstrom abgeschaltet und gleichzeitig der Stempel an die Wand gedrückt (z.B. mit 10-20 N). Dieser zieht sehr schnell die Wärme aus der Wand und dem dahinterliegenden Prozessraum.
In dem Moment, wo die Temperatur der Wand die Zieltemperatur erreicht hat, wird der Stempel wieder wegbewegt und die Heizung beginnt wieder, die Temperatur auszuregeln. Soll, wie bei manchen biologischen Tests notwendig, eine Temperatur unterhalb der Raumtemperatur im Reaktionsraum eingestellt werden, wird der Stempel rechtzeitig auf diese Temperatur gebracht und dann dauerhaft angedrückt. In besonderer Ausführung wird in begrenztem Umfang (bis zur Temperaturdifferenz von etwa 40-50°C) gegen den angedrückten 15°C kalten Kühlstempel geheizt.
In einer weiteren besonderen bevorzugten Ausführung drückt der Linearantrieb in der zweiten Position nur den Kühlstößel über eine geeignete Feder gegen die Kammerwand eines Prozessraumes (z.B. gegen den Si-Chip der AP-Kartusche), bis die Zieltemperatur erreicht ist bzw. unterschritten wird.
In einer dritten Position kurz hinter der zweiten wird der sich in der zentrischen Bohrung (13) angeordnete stiftförmige Sekundärstößel (14) soweit in Richtung des Prozessraumes bewegt, bis dieser mit deutlich mehr Kraft als der Kühlstempel zentrisch und punktförmig gegen die Kammerwand drückt. Diese punktförmig angesetzte große Druckkraft wird benötigt, einen auf der anderen Seite der Kammerwand im Probenraum aufgeklebten Biochip (1) gegen die Kraft einer Dichtung weiter in der gleichen Richtung zu bewegen, bis dieser Biochip an der gegenüberliegenden Probenraumseite an einem transparenten Deckglas anliegt und mit einer Kamera von der anderen Seite ein scharfes Bild davon aufgenommen werden kann.
Die Kammerwand des Probenraumes wird in einer weiteren Ausführungsform statt von dem bisherigen teuren Silizium-Chip mit aufwendig gefertigten separaten Heiz- und Sensorstrukturen von einer speziell konstruierten flexiblen Leiterplatte gebildet, die Gegenstand einer weiteren Erfindung des Anmelders ist. Diese besteht wie allgemein üblich aus einer sehr dünnen Kunststofffolie (z.B. 0,1 mm dick, Material Polyimid o.ä.) mit einer oder zwei übereinanderliegenden Kupferlagen. In der dem Probenraum abgewandten Kupferschicht ist eine mäanderförmige Struktur aus sehr dünnen Leiterbahnen eingeätzt, die zweite Lage auf der Probenraumseite ist eine durchgehende Kupferschicht zur besseren Wärmeverteilung (diese kann u.U. auch entfallen).
Durch eine speziell entwickelte Elektronik wird der Mäander sowohl als Heizung, als auch als Sensor verwendet und nach einer Kalibrierung gezielt auf bestimmte Temperaturen geheizt.
Die flexible Leiterplatte ist wesentlich billiger, als der Si-Chip, mit ihr lassen sich noch bessere Kühlraten erreichen und man kann gegen den angedrückten Kühlstößel noch weiter hochheizen bei gleichzeitig geringerem Aufheizen des Kühlstößels hinter der Andruckfläche.
Außerdem wird deutlich weniger Kraft für das Stößeln zur Bildaufnahme benötigt, wodurch der Antrieb kleiner und preiswerter gestaltet werden kann.

Claims

Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, bestehend aus – einem Kühlstempel (12), einem im Wesentlichen isoliertem Metallkörper, der linear bezüglich zu der zu kühlenden Oberfläche des Prozessraumes beweglich gelagert ist, – einer Kühlstempelfläche zur Aufnahme eines Linearantriebes zum Zwecke einer steuerbaren Vor- und Rückbewegung und – einem an den Kühlstempel (12) angeordnetem Peltierelement (18) mit Kühlkörper (19) und Lüfter (20).
Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstempel (12) aus zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen a) und b) besteht, wobei a) ein Kühlstempel mit zentrischer Bohrung (11) und seitlich wegführender Kühlfläche zum Anbringen des Peltierelementes ist und b) einen in der zentrischen Bohrung (13) zum Kühlstempel beweglich angeordneten stiftförmigen Sekundärstößel (14), der durch eine Schraube (15) gehalten wird, darstellt.
Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Linearantrieb verbundener Adapter (16) so angeordnet ist, dass er über eine geeignete Feder (17) gegen den Kühlstempel (12) einen steuerbaren Druck ausüben kann.
Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Linearantrieb vorzugsweise geeignete Schrittmotoren oder Servogetriebemotoren mit Spindel- oder Schneckengetriebe, Linearschrittmotoren, Piezolinearmotoren, Motor mit Ritzel und Zahnstange, Hubmagnet, Drehmagnet, Voice-Coil-Magnet oder Motor mit Kurvenscheibe verwendet werden.
Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gekühlten Flächen des Kühlstempels mit einem geeigneten Isolationsmaterial umgeben sind.
Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstempel aus Aluminium oder Kupfer oder einem anderen gut wärmeleitendem Material besteht.
Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlstempel ein Aluminium-Kühlstempel aus nicht eloxierten oder eloxierten Aluminium ist.
Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Temperatursteuerung mindestens eine geeignete Sensoreinrichtung (22) und Wärmeleitelemente (24) zwischen Kühlstempel und Peltierelement angeordnet sind.
Kühlstempeleinrichtung zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (22) durch einen Wärmeleitkleber verbunden oder mit einem geeigneten Verbindungsmechanismus angepresst oder verschraubt wird.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlstempel (12), bestehend aus einem im Wesentlichen isoliertem Metallkörper, mit zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen a) und b) ausgestattet, wobei a) ein Kühlstempel mit zentrischer Bohrung (11) und seitlich wegführender Kühlfläche zum Anbringen eines Peltierelementes ist und b) einen in der zentrischen Bohrung (13) zum Kühlstempel beweglich angeordneten stiftförmigen Sekundärstößel (14), der von durch eine Schraube (15) gehalten wird, enthält, über eine seitlich angeordnete Kühlfläche durch ein daran mit Kühlkörper (19) und Lüfter (20) ausgestattetem Peltierelement (18), mittels Peltiercontroller auf eine Solltemperatur geregelt wird, durch einen Linearantrieb zum Zwecke einer steuerbaren Vor- und Rückbewegung linear zur AP-Kartusche bewegt und dabei so positioniert wird, dass die Zieltemperatur des Prozessraumes durch einen definierten Kühlstempelantrieb und definiertem Kühlstempelandruck erreicht wird.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Isttemperatur des Pro zessraumes durch einen geeigneten Temperatursensor erfolgt und über einen geeigneten Regelmechanismus die Bewegung des Kühlstempels über den Stempelantrieb bewirkt.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, nach den Ansprüchen 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizung der Prozesskammer und der Antrieb des Kühlstempels vom selben Regelelement gesteuert werden.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, nach den Ansprüchen 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur des Kühlstempels konstant gehalten wird.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, nach den Ansprüchen 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb in der zweiten Position nur den Kühlstößel über eine geeignete Feder gegen die Kammerwand des Prozessraumes positioniert, bis die Zieltemperatur erreicht wird.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, nach den Ansprüchen 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einer dritten Position der sich in der zentrischen Bohrung (13) angeordnete stiftförmige Sekundärstößel (14) soweit in Richtung des Prozessraumes bewegt, bis dieser mit deutlich mehr Kraft als der Kühlstempel zentrisch und/oder punktförmig gegen die Kammerwand positioniert wird.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, nach den Ansprüchen 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb vorzugsweise durch geeignete Schrittmotoren oder Servogetriebemotoren mit Spindel- oder Schneckengetriebe, Linearschrittmotoren, Piezolinearmotoren, Motor mit Ritzel und Zahnstange, Hubmagnet, Drehmagnet, Voice-Coil-Magnet oder Motor mit Kurvenscheibe erfolgt.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass bei Hub- und Drehmagneten die Geschwindigkeit des Ankers gedämpft wird.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufgaben der Heiz- und Sensorstrukturen des Prozessraumes durch eine flexible Leiterplatte erfolgt.
Verfahren zur Steuerung eines Temperaturprofils in einem Prozessraum, insbesondere für Reaktionskammern einer Assay-Prozessor-Kartusche, nach mindestens einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb nach einer Referenzmessung A so programmiert wird, dass er eine Position Kühlen B und eine Position C einnehmen kann, die zwischen B und A liegt.