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Die
Erfindung betrifft eine Inkubations- und Trockenlagervorrichtung,
insbesondere für
Proben aus organischem Material.
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Inkubationsvorrichtungen
einerseits und Trockenlagervorrichtungen andererseits werden in
Biologie und Medizin beispielsweise dazu verwendet, um organische
Materialien unter definierten äußeren Bedingungen
zu lagern.
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Stand
der Technik: Inkubationsvorrichtungen haben große Verbreitungen für die Aufzucht
und Lagerung von Mikroorganismen, welche unter speziellen Lebensbedingungen
ihr Wachstum stark beschleunigen können. Im Allgemeinen werden
in diesen Vorrichtungen die Temperatur und die relative Luftfeuchte
als wichtige Wachstumsparameter auf einem bestimmten Niveau für eine längere Zeit
konstant gehalten. Meist handelt es sich dabei um Temperaturen,
die ungefähr
der menschlichen Körpertemperatur
entsprechen, d. h. vorzugsweise ca. 37°C. Die relative Luftfeuchte
wird in einer herkömmlichen
Inkubatorvorrichtung bevorzugt oberhalb von 90% RH eingestellt und
gehalten, da dies eine optimale Wachstumsbedingung für die meisten
Mikroorganismen darstellt. Die Inkubationsvorrichtungen sind daher
mit einem Wasserreservoir und einer entsprechenden Befeuchtungseinrichtung
ausgestattet. Selbst bei Entfernung des Wassers aus dem Reservoir
und Abschaltung der Befeuchtung können in solchen Inkubationsvorrichtungen
jedoch keine relativen Luftfeuchtewerte unter ca. 30% bis 40% RH
erreicht werden.
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Eine
Trockenlagerung sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Trockenlagerung
wird im Gegensatz zu den Inkubationsvorrichtungen zum Zweck der
Aufbewahrung von Substraten aller Art eingesetzt und soll den optimalen
Schutz zur partikel-, keim- und korrosionsfreien Lagerung von hochwertigen
Bauteilen oder Substraten aller Art bieten. Dazu werden gerade Umgebungsparameter
bevorzugt, die bei relativ niedrigen Temperaturen von vorzugsweise ca.
4–10°C und bei
einer sehr geringen relativen Luftfeuchte im Bereich unter 10% RH
liegen. Im Gegensatz zu den Inkubationsvorrichtungen soll die Aufnahme
von Feuchtigkeit durch die Substrate minimiert werden.
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Beispielsweise
in der Pharmaindustrie finden temperierbare Inkubationsvorrichtungen
oder Trockenlagereinrichtungen zur Lagerung von Gewebeproben, Zellkulturen,
Substraten etc., Einsatz.
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Dabei
ist es sehr wichtig, dass diese Vorrichtungen aus hygienischen Gründen sehr
leicht zu reinigen sind. Insbesondere ist dies erforderlich, um eine
Keimverschleppung und unerwünschte
Infektionen zu verhindern. Herkömmliche
Trockenlagervorrichtungen sind jedoch nicht ausreichend ausgestattet,
um eine Kontaminationsgefahr und eine gute Reinigbarkeit entsprechend
der medizinischen Anforderungen auch für einen Inkubationsbetrieb
bereitzustellen.
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Im
Stand der Technik sind verschiedene Grundformen von Inkubationsvorrichtungen
einerseits und Trockenlagervorrichtungen andererseits bekannt. Man
unterscheidet bei den Trockenlagervorrichtungen zwischen folgenden
Systemen:
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Umluftentfeuchtung:
Dabei wird ein Teil der Innenraumluft beispielsweise über einen
Bypass zum intern im Gerät
angeordneten Entfeuchter geführt und
optional gekühlt,
bevor die entfeuchtete und optional abgekühlte Luft wieder dem Innenraum
der Trockenlagervorrichtung zugeführt wird. Insbesondere für größere Lagerkammern,
-schränke
oder -regalsysteme wird diese Variante der Luftentfeuchtung empfohlen,
bei der die Raumluft nach dem Adsorptionsprinzip getrocknet wird.
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Spülung mit
Stickstoff oder getrockneter Luft: Ein solches System wird vor allem
in der Elektronikindustrie zur Trockenlagerung von sensiblen SMD-Bauteilen
verwendet und sieht eine kontrollierte Zuführung insbesondere von Stickstoff
in den Innenraum der Lagervorrichtung vor, um eine nicht-korrodierende
Lagerungsatmosphäre
herzustellen. Es werden zwei Arten von Lufttrocknern eingesetzt.
Für kleinere
Schränke
oder z. B. Acrylboxen eignet sich ein Drucklufttrockner, der nach
dem Adsorptionsprinzip arbeitet. Hierbei wird Druckluft von einem
beigestellten Kompressor oder vom Hausnetz gefiltert, getrocknet
und dann in die Lagerkammern eingebracht. Für größere Systeme wird wie oben
beschrieben ein Umluftsystem bevorzugt, bei dem ebenfalls ein Adsorptionstrockner
zum Einsatz kommen kann.
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Es
können
verschiedene Varianten der Spülung
je nach Größe des Systems
und Bedarf durchgeführt
werden. Neben der Permanentspülung
werden die Systeme gelegentlich auch mit automatischer Schnell-
oder Dauerspülung
oder mit bedarfsgesteuerter Spülung
gefahren.
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Bei
beiden Varianten wird eine relative Luftfeuchtigkeit von beispielsweise < 5% erreicht. Um
ein Eindringen von Luftfeuchtigkeit in das Kammersystem zu verhindern,
herrscht in den Kammern immer ein leichter Überdruck.
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Als
Nachteil dieser bekannten Lösungen
der Trockenlagerung ist hervorzuheben, dass sie im Allgemeinen keine
Einrichtungen aufweisen, die Luftfeuchte auch über einen weiten Bereich konstant
einzustellen und zu halten. So können
beispielsweise keine erhöhten
relativen Luftfeuchtewerte von größer 90% RH mit den Geräten erzielt
werden. Zudem sind die Temperaturbereiche der Trockenlagervorrichtungen
auf die beabsichtigten niedrigen Temperaturen um 5°C ausgelegt
und eine Temperierung auf Werte größer 35°C ist häufig nicht vorgesehen. Darüber hinaus
sind die bekannten Trockenlagervorrichtungen insbesondere in Bezug
auf die hohen Anforderungen zur Hygiene und zur Abwendung einer
Kontaminationsgefahr nicht in der Weise ausgelegt, dass sie in einem
Betrieb zur Inkubation von zum Beispiel medizinischen Proben genügen würden.
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Aufgabenstellung:
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Inkubations- und Trockenlagervorrichtung derart
auszubilden, dass diese zur Temperierung von Proben aus organischem
Materials geeignet ist und darüber
hinaus im Innenraum leicht zu reinigen ist. Gleichzeitig soll die
konstante Einhaltung der Temperatur und Luftfeuchte über einen
weiten Bereich im Innenraum sichergestellt werden und eine Möglichkeit
geboten werden, in einer einzigen Vorrichtung beide Funktionen der
Trockenlagerung einerseits und der Inkubation andererseits auszuführen.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe dadurch gelöst,
dass die Inkubations- und Trockenlagervorrichtung eine Inkubationseinheit
mit beheizbarern und kühlbarem
Innenraum und eine Entfeuchtungseinheit umfasst, wobei die Entfeuchtungseinheit
derart mit dem Innenraum der Inkubationseinheit über mindestens ein Verbindungsmittel
verbunden ist, dass die Entfeuchtungseinheit zum Innenraum zu- und
abschaltbar ist.
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Ebenso
sind Mittel zur Kühlung
und Erwärmung
des Innenraums der Vorrichtung über
einen weiten Bereich von kleiner 4°C bis größer 60°C erfindungsgemäß vorgesehen.
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Durch
den Einsatz einer an die Inkubationseinheit anschließbaren Entfeuchtungseinheit
ist die erforderliche Einstellung und Konstanthaltung der relativen
Luftfeuchte über
einen Bereich von kleiner 5% RH bis größer 90% RH vorteilhaft im Inneren
der Vorrichtung gut zu erreichen.
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Besonders
bei der Lagerung und anschließenden
Inkubation von medizinischen Proben kann die kombinierte Trockenlagerungs-
und Inkubationsvorrichtung vorteilhaft eingesetzt werden, da die Vorrichtung
durch die zuschaltbare Entfeuchtungseinheit beide Funktionen vereinen
kann. Die bisher im Stand der Technik erforderliche Nutzung zweier
separater Geräte
kann daher entfallen. Die Erfindung ermöglicht vielmehr, ein Gerät für die beiden
Betriebszustände
a) warm und feucht und b) kalt und trocken einzusetzen. Ein Transport
der Proben aus einer Trockenlagerungsvorrichtung zu einer Inkubationsvorrichtung
und die damit verbundene Kontaminationsgefahr können vorteilhafterweise entfallen.
Außerdem
bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung
in jeder Betriebsphase eine gute Reinigbarkeit und eine den medizinischen
Anforderungen zur Verhinderung von Kontaminationen entsprechende
Ausstattung.
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Ausführungsbeispiel:
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme
auf die zugehörige schematische
Zeichnung. Es zeigt:
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1 1 eine
konzeptionelle Seitenansicht einer Inkubations- und Trockenlagervorrichtung.
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In 1 ist
eine erfindungsgemäße Ausgestaltung
einer Inkubations- und Trockenlagervorrichtung 1 konzeptionell
dargestellt. Proben können
in den Innenraum 2 der Inkubationseinheit 6 über ein Probeaufnahmesystem 18 eingebracht
werden, die die Proben, wie beispielsweise Mikrotiterplatten, von außen über die
Zugangsklappe 19 in den Innenraum transportiert. Der Innenraum 2 der
Inkubationseinheit 6 wird durch innere Begrenzungsflächen gebildet, wobei
auf der Rückseite
der Inkubationseinheit 6 Zuführungs- und Abführungselemente 3 und 4 angeordnet
sind, die mit der Entfeuchtungseinheit 5 verbunden sind.
Die Verbindung kann bevorzugt über
ein Flanschsystem 7 hergestellt sein. Optional kann das Flanschsystem 7 so
ausgestaltet sein, dass es die Zu- und Abschaltung der in der gezeigten
Ausgestaltung der Erfindung externen Entfeuchtungseinheit 5 zum
Innenraum 2 der Inkubationseinheit 6 beinhaltet. Vorteilhafterweise
können
die Zuführungs-
und Abführungselemente 3 und 4 als
Rohr- und/oder Schlauchverbindung ausgestaltet sein, wobei das Zuführungselement 3 beheizbar
ausgestaltet ist. Auf diese Weise kann ein unerwünschter, verstärkter Temperaturgradient
im Innenraum 2 vermieden werden.
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Im
Inkubationsbetrieb wird Wasser zur Befeuchtung in die Inkubationseinheit 6 eingefüllt und die
gewünschte
Inkubationstemperatur von beispielsweise 37°C eingestellt. Die Entfeuchtungseinheit 5 wird
in diesem Betriebsmodus abgeschaltet. Es kann sich eine relative
Feuchte von größer 90%
RH im Innenraum 2 einstellen.
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Es
ist vorteilhaft, zur Temperierung der Inkubations- und Trockenlagervorrichtung
einen externen Thermostaten mit Kühl- und Heizfunktion oder ein
internes Heizgerät
und optional ein externes Kühlgerät zu verwenden.
Dazu sind die externen Komponenten mit den erforderlichen Anschlüssen und
einem Behälter
für die
Aufnahme des Wärmeträgers und
einer Pumpe auszustatten. Des Weiteren sind die externen Komponenten
mit einer eigenen Temperaturregelung versehen.
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Bei
einer Inkubations- und Trockenlagervorrichtung mit einer externen
Kälteanlage
wird das Wärmeträgersystem
vorteilhaft als offenes bzw. erweiterbares System ausgeführt. Dadurch
ist es möglich,
an die externe Kälteanlage über entsprechende geeignete
Anschlüsse
weitere Geräte
etc. anzuschließen,
so dass insbesondere Kältekapazitätsreserven
der Kälteanlage
für andere
Anwendungen genutzt werden können.
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Um
die Kondensatbildung von Luftfeuchtigkeit an Sichtfenstern der Inkubations-
und Trockenlagervorrichtung zu verhindern, können die transparenten Flächen, wie
beispielsweise Glas- oder
Acrylglasscheiben, beheizbar ausgeführt werden.
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Ein
Gemisch aus Wasser und Glykol kann bevorzugt als Wärmeträger für die erfindungsgemäße Inkubations-
und Trockenlagervorrichtung eingesetzt werden.
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Soll
das Gerät
als Trockenlager arbeiten, wird das Befeuchtungswasser aus der Inkubationseinheit 6 entfernt.
Die Entfeuchtungseinheit 5 wird zugeschaltet und die gewünschte Lagertemperatur
von beispielsweise 4°C
wird an der Inkubationseinheit eingestellt. In der Entfeuchtungseinheit 5 wird über eine
Kühlfalle 8 mit
Taupunktregelung die überschüssige Feuchte
aus dem Innenraum der Inkubationseinheit ausgefroren. Durch die
Taupunktregelung der Kühlfalle 8 lässt sich
zudem ein bestimmter relativer Restfeuchtewert exakt einregeln.
Die Entfeuchtungseinheit verfügt
dazu vorteilhafterweise über
eine entsprechende Regelungseinrichtung 15. Die Temperatur
der Kühlfalle 8 beträgt beispielsweise
bei einer Temperatur von 4°C
und einer gewünschten
Restfeuchte von weniger als 10% RH weniger als –22,5°C. Die Kühlfalle 8 kann zum
Beispiel als Kompressorkühlanlage
mit einem Kühlkompressor 17,
mit einem Wärmetauscher 20 und
mit einem Cu-Verdampfer 10 ausgebildet sein. Ein Lüftersystem 11 kann über einen
Abführungsschlauch 4 die
gekühlte Luft
aus dem Innenraum 2 der Inkubationseinheit 6 absaugen
und in der Entfeuchtungseinheit 5 über die Kühlfalle leiten, wo sie entfeuchtet
wird. Bevorzugt kann die angesaugte Luft zum Entfeuchten die Kühlfalle
von oben nach unten durchströmen.
Die Rückführung der
abgekühlten,
entfeuchteten Innenraumluft aus der Entfeuchtungseinheit 5 kann
bevorzugt über
einen Zuführungsschlauch 3 erfolgen,
der beheizbar ist. Dadurch kann ein unerwünscht verstärkter Temperaturgradient im
Innenraum 2 vermie den werden. Zum Enteisen des Verdampfers 10 kann
die Entfeuchtungseinheit 5 über eine Abtauroutine verfügen. Das
dabei gesammelte Wasser kann vorteilhafterweise nach unten aus der
Kühlkammer 14 abgeleitet
und über
einen Abfluss 21 in einem Kanister 12 gesammelt
werden. Der Kanister 12 ist vom Bediener leicht zu entnehmen.
Um ein Anfrieren des Abtauwassers an den Wandungen der Kühlkammer 14 zu verhindern,
kann der Bodenbereich vorteilhaft als Trichter ausgestaltet und
insbesondere beheizt sein.
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Die
Entfeuchtungseinheit 5 kann vorteilhaft lösbar mit
dem Innenraum der Inkubationseinheit 5 verbunden sein.
Auf diese Weise kann die so als externe Einheit ausgebildete Entfeuchtungseinheit 5 für mehrere
Inkubationseinheiten benutzt werden. Damit kann vorteilhafterweise
eine Entfeuchtungseinheit 5 mit einem oder mit mehreren
Inkubationseinheiten 6 ein Inkubations- und Trockenlagerungssystem
insbesondere für
Proben organischen Materials bilden.
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Zum
flexibleren Einsatz im Labor kann die Entfeuchtungseinheit 5 zudem
mit Rollen 9 ausgestattet sein.