DE102012213756A1

DE102012213756A1 - Reagenzgefäß-Einsetzteil, Einsetzkomponente und Reagenzgefäß

Info

Publication number: DE102012213756A1
Application number: DE102012213756.4A
Authority: DE
Inventors: Melanie Hoehl; Arne Kloke; Jürgen Steigert; Felix von Stetten; Nils Paust
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2014-02-06
Also published as: WO2014019829A1; EP2879790A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reagenzgefäß-Einsetzteil (10) mit einem Einsetzteilgehäuse (10a), welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil (10) in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist, wobei in dem Einsetzteilgehäuse (10a) mindestens eine Speicherkammer (12a, 12b, 12c) ausgebildet ist, und wobei die mindestens eine Speicherkammer (12a, 12b, 12c) mit mindestens einem Wärmespeichermaterial (14) und/oder mit mindestens zwei Reaktionsmaterialien (16a, 16b) eines thermischen Reaktionsgemisches gefüllt ist. Ebenso betrifft die Erfindung eine Einsetzkomponente zum Zusammenwirken mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil (10). Des Weiteren betrifft die Erfindung Reagenzgefäße.

Description

Die Erfindung betrifft ein Reagenzgefäß-Einsetzteil. Ebenso betrifft die Erfindung eine Einsetzkomponente zum Zusammenwirken mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil. Des Weiteren betrifft die Erfindung Reagenzgefäße.
Stand der Technik
In der DE 10 2010 003 223 A1 ist eine Vorrichtung zum Einsetzen in einen Rotor einer Zentrifuge beschrieben. Die im Format eines Standard-Zentrifugenröhrchens ausgebildete Vorrichtung kann verschiedene Revolver umfassen, welche axial übereinander angeordnet sind. Die Revolver können Kanäle, Kavitäten, Reaktionskammern und weitere Strukturen für die Durchführung von fluidischen Einheitsoperationen aufweisen. Über eine integrierte Kugelschreibermechanik können die Revolver bezüglich ihrer Positionen zueinander rotiert werden, wodurch sich die Strukturen der Revolver zueinander schalten lassen. Eine Aktualisierung der Kugelschreibermechanik ist nach dem Einsetzen der Vorrichtung in eine Zentrifuge mittels einer durch den Betrieb der Zentrifuge bewirkten Zentrifugalkraft auslösbar. Gleichzeitig können Flüssigkeiten entlang dem Kraftvektor der bewirkten Zentrifugalkraft transferiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein Reagenzgefäß-Einsetzteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Einsetzkomponente zum Zusammenwirken mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil mit den Merkmalen des Anspruchs 11, ein Reagenzgefäß mit den Merkmalen des Anspruchs 13 und ein Reagenzgefäß mit den Merkmalen des Anspruchs 15.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine vorteilhafte Temperaturkontrolle/Temperatureinstellung während eines Betriebs einer Zentrifuge und/oder einer Druckvariiervorrichtung. Beispielsweise kann mittels der vorliegenden Erfindung mindestens ein in das Reagenzgefäß-Einsetzteil, die Einsetzteilkomponente oder das Reagenzgefäß eingefülltes Probenmaterial während des Betriebs der Zentrifuge oder der Druckvariiervorrichtung aufgeheizt oder abgekühlt werden. Außerdem realisiert die vorliegende Erfindung, sofern dies gewünscht wird, ein Einhalten einer bevorzugten Temperatur in zumindest einem Teilvolumen des Reagenzgefäß-Einsetzteils, der Einsetzteilkomponente oder des Reagenzgefäßes trotz einer signifikant abweichenden Umgebungstemperatur. Somit kann eine Unterkühlung oder Überhitzung einer mittels der Zentrifuge oder der Druckvariiervorrichtung bearbeiteten Probe erfolgreich mittels der vorliegenden Erfindung verhindert werden.
Das mittels der vorliegenden Erfindung realisierbare aktive Aufheizen oder Abkühlen mindestens eines Probenmaterials, bevorzugter Weise auf eine festlegbare konstante Temperatur, ist außerdem auf ein gewünschtes Zielvolumen lokal begrenzbar. Beispielsweise kann ein erstes Probenmaterial/Reagenzmaterial auf eine gewünschte Temperatur erwärmt oder abgekühlt werden, während ein Aufheizen/Abkühlen eines nahe dazu angeordneten zweiten Probenmaterials verhindert ist. Die Zieltemperatur des aufzuheizenden oder abzukühlenden Probenmaterials/Reagenzmaterials kann zusätzlich innerhalb weniger Sekunden/Minuten erreicht werden. Außerdem kann die Erwärmung/Kühlung des Probenmaterials/Reagenzmaterials auf einen bevorzugten Zeitrahmen begrenzt werden, wodurch beispielsweise eine Denaturierung/Zerstörung des Probenmaterials/Reagenzmaterials aufgrund eines zu langen Erwärmens/Kühlens verhinderbar ist.
Mittels der durch die vorliegende Erfindung realisierten Temperaturkontrolle/Temperatureinstellung kann insbesondere eine chemische/biochemische Reaktion während des Betriebs der Zentrifuge und/oder Druckvariiervorrichtung gestartet, optimiert, gesteuert, unterbunden und/oder beendet werden. Beispielsweise können bevorzugte Temperaturen für eine Vielzahl von biochemischen Reaktionen, wie eine Lyse von Zellen (z.B. 20–110°C), eine Elution von DNA (z.B. 30–95°C) und eine isothermale DNA-Amplifikation (z.B. 15–110°C), mittels der vorliegenden Erfindung vorteilhaft ausgeführt werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch zum Trocknen von Säulen und anderen Filtermaterialien verwendet werden.
Die hier genannten Verwendungsmöglichkeiten sind nur beispielhaft zu interpretieren und schränken die Nutzungsmöglichkeiten nicht ein.
Wie unten genauer ausgeführt wird, ist mittels der vorliegenden Erfindung auch eine Stabilität eines Temperaturprofils erreichbar, welche unerwünschte Temperaturschwankungen auf z.B. höchstens ±2°C einschränken kann. Die präzise Temperierung ist auch auf einen gewünschten Zeitraum limitierbar, welcher zwischen Sekunden, Minuten bis Stunden liegen kann. Zudem kann die vorliegende Erfindung dazu genutzt werden, ein Probenmaterial innerhalb von Sekunden oder Minuten auf eine bevorzugte Zieltemperatur aufzuheizen/abzukühlen. Die oben beschriebenen Vorteile der vorliegenden Erfindung können auch dazu verwendet werden, komplexere analytische Verfahren in dem Reaktionsgefäß während des Zentrifugierens und/oder des Druckvariierens ablaufen zu lassen.
Es wird darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung ein Aufheizen oder Abkühlen eines Probenmaterials gewährleistet, welches deutlich schneller als ein entsprechendes Temperieren eines Gesamtinnenvolumens einer Zentrifuge oder einer Druckvariiervorrichtung ausführbar ist. Insbesondere ist das gezielte/lokale Einstellen einer gewünschten Zieltemperatur mittels einer Heiz- oder Kühleinrichtung einer Zentrifuge oder einer Druckvariiervorrichtung nicht ausführbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das mindestens eine Wärmespeichermaterial mindestens ein latentes Wärmespeichermaterial und/oder ein thermochemisches Wärmespeichermaterial. Ein derartiges Wärmespeichermaterial kann vorteilhaft dazu genutzt werden, eine mit dem Wärmespeichermaterial in einem Temperaturübertragungskontakt sich befindende Probe konstant auf einer Zieltemperatur zu halten, bei welcher das Wärmespeichermaterial mittels eines Phasenüberübergangs und/oder einer chemischen Reaktion thermische Energie zwischenspeichert oder freigibt. Somit kann beispielsweise eine Überhitzung oder eine Unterkühlung der Probe verlässlich verhindert werden. Wie unten auch ausgeführt wird, kann ein kristallisierbares Wärmespeichermaterial auch zum Freigeben von thermischer Energie für ein Erwärmen der Probe genutzt werden.
Beispielsweise können die mindestens zwei Reaktionsmaterialien zu einem exothermen Reaktionsgemisch vermischbar sein, wodurch zumindest ein Teilvolumen des Reaktionsgefäß-Einsetzteils und/oder ein Teilvolumen des Reaktionsgefäßes aufheizbar sind. Entsprechend können die mindestens zwei Reaktionsmaterialien auch zu einem endothermen Reaktionsgemisch vermischbar sein, so dass zumindest ein Teilvolumen des Reaktionsgefäß-Einsetzteils und/oder ein Teilvolumen des Reaktionsgefäßes abkühlbar sind. In beiden Fällen ist ein schnelles Einstellen einer gewünschten von der Umgebung abweichenden Zieltemperatur in dem jeweiligen Teilvolumen bewirkbar. Die mittels des Erwärmens/Abkühlens realisierbare Temperaturdifferenz liegt kann bei mindestens 5K, beispielsweise bei mindestens 10K, vorzugsweise bei mindestens 15K, insbesondere bei mindestens 25K liegen. Jedoch können auch Temperaturdifferenzen von mindestens 50K erreichbar sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Einsetzteilgehäuse mindestens eine mit mindestens einem Material befüllbare oder gefüllte Innenkammer ausgebildet, wobei das mindestens eine Material in der Innenkammer mittels des thermischen Reaktionsgemisches der mindestens zwei vermischbaren Reaktionsmaterialien aufheizbar oder abkühlbar ist. Auf diese Weise kann beispielsweise eine chemische Reaktion des mindestens einen in der Innenkammer eingefüllten Materials gestartet, optimiert, gesteuert, unterbunden und/oder beendet werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die mindestens eine Speicherkammer mindestens eine mit den mindestens zwei Reaktionsmaterialien gefüllte erste Speicherkammer und mindestens eine mit dem mindestens einen Wärmespeichermaterial gefüllte zweite Speicherkammer, wobei die zweite Speicherkammer so ausgebildet ist, dass zumindest ein Teilvolumen der zweiten Speicherkammer zwischen der mindestens einen ersten Speicherkammer und der Innenkammer liegt. Auf diese Weise kann eine Überhitzung oder Unterkühlung des mindestens einen in der Innenkammer vorliegenden Materials, welches mittels des thermischen Reaktionsgemisches beheizt oder gekühlt wird, verlässlich unterbunden werden.
Außerdem können die mindestens zwei Reaktionsmaterialien mittels zumindest einer Trennwand voneinander getrennt sein, wobei in der Trennwand mindestens eine Sollbruchstelle ausgebildet ist, welche mittels einer bei einem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das Reaktionsgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder einer bei einem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Druckkraft aufbrechbar ist. Wie unten genauer ausgeführt ist, kann somit der Zeitpunkt des Brechens der mindestens einen Sollbruchstelle mittels des Betriebs des Reaktionsgefäßes und/oder der Druckvariiervorrichtung gezielt eingestellt werden. Somit kann auch der Zeitpunkt, zu welchem mit dem Aufheizen oder Kühlen mindestens eines in dem Reaktionsgefäß-Einsetzteil oder dem Reagenzgefäß vorliegenden Materials gestartet wird, gezielt vorgegeben werden.
Der oben beschriebene Vorteil ist auch gewährleistet, wenn die mindestens zwei Reaktionsmaterialien mittels zumindest einer Folie voneinander getrennt sind, wobei die Folie mittels mindestens einer Spitze, Schneide und/oder Kante einer verstellbaren Komponente, welche mittels der bei dem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder der bei dem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Druckkraft verstellbar ist, durchdringbar ist.
Außerdem ist der oben beschriebene Vorteil auf einfache Weise verlässlich gewährleistet, sofern mittels der bei dem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder der bei dem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Druckkraft ein Kristallisationskeim in das mindestens eine kristallisierbare latente Wärmespeichermaterial einbringbar ist. Unter dem Einbringen des Kristallisationskeims in das mindestens eine kristallisierbare latente Wärmespeichermaterial kann auch verstanden werden, dass das mindestens eine kristallisierbare latente Wärmespeichermaterial in ein den Kristallisationskeim enthaltendes Volumen eingefüllt wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Reagenzgefäß-Einsetzteil als Revolverbauteil ausgebildet. Somit kann das erfindungsgemäße Reagenzgefäß-Einsetzteil für eine Vielzahl von weiteren Funktionen genutzt werden. Die Ausbildbarkeit des Reagenzgefäß-Einsetzteils ist jedoch nicht auf ein Revolverbauteil limitiert. Beispielsweise kann das Reagenzgefäß-Einsetzteil auch als Kammerbauteil (Teilkomponente eines Revolvers) ausgebildet sein.
Die oben beschriebenen Vorteile sind auch gewährleistet bei einem Einsetzen der Einsetzkomponente zum Zusammenwirken mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil. Die Einsetzkomponente umfasst ein Gehäuse, welches so ausgebildet ist, dass die Einsetzkomponente zusammen mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil so in dem Reagenzgefäß für die Zentrifuge und/oder für die Druckvariiervorrichtung einsetzbar sind, dass ein Abstand zwischen dem Reagenzgefäß-Einsetzteil und der Einsetzkomponente mittels der bei dem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder der bei dem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt, bewirkbaren Druckkraft veränderbar ist. Beispielsweise kann die Veränderung des Abstands zwischen den Reagenzgefäß-Einsetzkomponenten zum Befüllen des Reagenzgefäß-Einsetzteils mit einer Flüssigkeit und/oder einem Pulver aus der Einsetzkomponente genutzt werden.
Die oben beschriebenen Vorteile sind auch gewährleistet bei einem Reagenzgefäß mit mindestens einem entsprechenden Reagenzgefäß-Einsetzteil. Außerdem kann das Reagenzgefäß zusätzlich die Einsetzkomponente umfassen.
Die erläuterten Vorteile sind auch bewirkbar bei einem Benutzen eines Reagenzgefäßes mit einer Außenwand, welche so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß in einer Zentrifuge und/oder in einer Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist, wobei in dem Reagenzgefäß mindestens eine Speicherkammer ausgebildet ist, und wobei die mindestens eine Speicherkammer mit mindestens einem Wärmespeichermaterial und/oder mit mindestens zwei Reaktionsmaterialien eines thermischen Reaktionsgemisches gefüllt ist. Eine Weiterbildung des Reagenzgefäßes entsprechend der oben beschriebenen Merkmale ist auch möglich.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
1a und 1b jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Reagenzgefäß-Einsetzteils;
2a und 2b eine Gesamtdarstellung und eine vergrößerte Teildarstellung einer ersten Ausführungsform des Reagenzgefäßes;
3 eine Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform des Reagenzgefäßes;
4a und 4b eine Gesamtdarstellung und eine vergrößerte Teildarstellung einer dritten Ausführungsform des Reagenzgefäßes; und
5 eine Teildarstellung einer vierten Ausführungsform des Reagenzgefäßes.
Ausführungsformen der Erfindung
Die nachfolgend erläuterten Figuren zeigen jeweils ein Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und 10’, bzw. eine Untereinheit eines (nur teilweise wiedergegebenen) Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 und 10’, und/oder ein Reagenzgefäß. Jedes der Reagenzgefäß-Einsetzteile 10 und 10’ weist ein (nicht genauer ausgeführtes) Einsetzteilgehäuse 10a auf, welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und 10’ in ein Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist. Die Einsetzbarkeit eines Reagenzgefäß-Einsetzteils 19 in das betreffende Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder eine Druckvariiervorrichtung kann so interpretiert werden, dass eine Außenwand des Einsetzteilgehäuses 10a zu einer Innenwand des Reagenzgefäßes korrespondiert. Vorzugsweise kontaktiert die Außenwand des Einsetzteilgehäuses 10a die Innenwand des Reagenzgefäßes derart, dass auch während eines Betriebs der Zentrifuge und/oder der Druckvariiervorrichtung ein verlässlicher Halt des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 und 10’ in dem betreffenden Reagenzgefäß gewährleistet ist.
Unter dem Reagenzgefäß kann beispielsweise ein (Standard)-Reagenzglas/Reagenzröhrchen verstanden werden. Weitere Ausführungsbeispiele sind Zentrifungenröhrchen, 1,5 ml Eppendorf-Röhrchen, 2 mL Eppendorf-Röhrchen, 5 mL Eppendorf-Röhrchen, PCR-Röhrchen und Mikrotiterplatten, wie z.B. 20 µL Mikrotiterplatten (pro Kavität). Ebenso kann das Reagenzgefäß ein Testträger oder eine Einwegkartusche sein, welche als Lab-on-a-Chip-system auf einem plastikartengroßen Kunststoffsubstrat ausgebildet ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Ausbildbarkeit des Reagenzgefäßes nicht auf die hier aufgezählten Beispiele limitiert ist. Außerdem sind die Maße des Reagenzgefäßes lediglich aufgrund einer erwünschten Einsetzbarkeit des Reagenzgefäßes in der Zentrifuge und/oder in der Druckvariiervorrichtung vorgegeben. Die Ausführbarkeit der im Weiteren beschriebenen erfindungsgemäßen Technologien schreibt jedoch keine äußere Form des Reagenzgefäßes vor. Außerdem kann das Reagenzgefäß zur Aufnahme von Proben in einer Menge ausgelegt sein, welche wahlweise aus einem Bereich von wenigen µL bis zu 1L gewählt werden kann.
Die oberen Erläuterungen gelten auch für ein Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder eine Druckvariiervorrichtung, welches entsprechend den erläuterten Reagenzgefäß-Einsetzteilen 10 und 10’ ausgebildet ist. Das vorteilhafte Reagenzgefäß weist eine Außenwand auf, welche so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß in einer Zentrifuge und/oder in einer Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist. Insbesondere ist das Reagenzgefäß so ausgebildet, dass ein verlässlicher Halt des Reagenzgefäßes in der betriebenen Zentrifuge und/oder in der betriebenen Druckvariiervorrichtung gewährleistet ist. Unter einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder eine Druckvariiervorrichtung kann somit ein Reagenzgefäß verstanden werden, welches sich aufgrund seiner (äußeren) Form gut für einen Betrieb der Zentrifuge mit einer vergleichsweise großen Drehzahl und/oder für ein Anlegen eines stark von dem Atmosphärendruck abweichenden Über- und/oder Unterdrucks mittels der Druckvariiervorrichtung eignet. Das vorteilhafte Reagenzgefäß kann als die oben schon aufgezählten Ausführungsformen ausgebildet sein, ohne dass es darauf limitiert ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass unter der im Weiteren erwähnten Zentrifuge und Druckvariiervorrichtung keine bestimmten Gerätetypen zu verstehen sind. Stattdessen ist die erfindungsgemäße Technologie mittels jeder Zentrifuge nutzbar, mittels welcher eine (Mindest-)Zentrifugalkraft ab 20 g ausübbar ist. Ebenso kann die erfindungsgemäße Technologie für jede Druckvariiervorrichtung genutzt werden, mittels welcher ein Unter- und/oder Überdruck anlegbar ist.
1a und 1b zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Reagenzgefäß-Einsetzteils.
In dem Einsetzteilgehäuse 10a des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 der 1a und 1b ist mindestens eine Speicherkammer 12a bis 12c ausgebildet. Die mindestens eine Speicherkammer 12a bis 12c ist mit mindestens einem Wärmespeichermaterial 14 und/oder mit mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b eines thermischen Reaktionsgemisches gefüllt. Bei der Ausführungsform der 1a und 1b ist eine Wärmespeichermaterial-Speicherkammer 12a mit dem mindestens einen Wärmespeichermaterial 14 gefüllt, während zwei Reaktionsmaterialien-Speicherkammern 12b und 12c jeweils mit einem der beiden Reaktionsmaterialien 16a und 16b gefüllt ist.
Unter dem mindestens einen Wärmespeichermaterial 14 kann mindestens ein Material verstanden werden, welches thermische Energie mittels einer reversiblen chemischen Reaktion (Redoxreaktion) und/oder einer Phasenumwandlung zwischenspeichern oder freigeben kann. Die thermische Energie kann als z.B. Lösungswärme, Schmelzwärme und/oder Absorptionswärme zwischenspeichert oder freigegeben werden. Unter der Phasenumwandlung zum Zwischenspeichern oder Freigeben der thermischen Energie kann ein Verdünnen, Mischen, Schmelzen, Erstarren, Kondensieren und/oder eine Kristallisation (einer übersättigten Lösung) verstanden werden. Das mindestens eine Wärmespeichermaterial 14 kann beispielsweise mindestens eine latentes Wärmespeichermaterial und/oder mindestens ein thermochemisches Wärmespeichermaterial sein.
Beispielsweise kann das mindestens eine Wärmespeichermaterial 14 bei einer Erhöhung seiner Umgebungstemperatur über einer (für das Wärmespeichermaterial 14 spezifischen) Grenztemperatur mittels der reversiblen chemischen Reaktion oder der Phasenumwandlung Energie aufnehmen und somit ein Überhitzen mindestens einer (nicht skizzierten) benachbarten Kammer verhindern. Entsprechend kann das mindestens eine Wärmematerial 14 auch bei einer Umgebungstemperatur unter der Grenztemperatur mittels der reversiblen chemischen Reaktion und/oder der Phasenumwandlung Energie freisetzen und auf diese Weise eine Unterkühlung der mindestens einen benachbarten Kammer verhindern. Das mindestens eine Wärmespeichermaterial 14 kann somit dazu genutzt werden, ein in einem Kontakt dazu/in der mindestens einen benachbarten Kammer angeordnetes Material konstant auf einer gewünschten Temperatur, welche (nahezu) gleich der Grenztemperatur ist, zu halten. Dazu geeignete latente Wärmespeichermaterialien 14 (mit Grenztemperaturen) sind beispielsweise Magnesiumnitrat (89°C), Styropor (45–65°C), Sorbitol (91°C), Magnesiumnitrat-Hexahydrat (90,5°C), Rubitherm RT (–4°C bis 100°C), Rubitherm RT100 (100°C), IG 8528 A oder 8728 A (88°C), Cerroshield (96,8°C), Wasser (0°C) und Hartparafin (65°C). Auch die Komponenten T18, RT21, RT27, RT28, RT31, RT42, RT44, RT50, RT52, RT55, RT58, RT60, RT62, RT65, RT82, SP22, A17, SP25, A8, SP26A9, SP26, SP27, SP28, SP29A15, PX42, PX50, PX58, PX82, GR42, GR50, GR82 von Rubitherm können als Wärmespeichermaterialien 14 Verwendung finden. Als das mindestens eine Wärmespeichermaterial 14 können auch organische Verbindungen, wie beispielsweise Parafine und/oder Fettsäuren, verwendet werden. Andere verwendbare Wärmespeichermaterialien 14 sind Zuckeralkohole und Mischungen aus Salzhydraten. Mittels der hier genannten Wärmespeichermaterialien 14 kann vergleichsweise viel Wärmeenergie in einer relativ kleinen Masse, insbesondere in einem Bereich zwischen 60 kJ/kg bis 500 kJ/kg, gespeichert werden. Sofern das Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 jedoch keine Reaktionsmaterialien-Speicherkammern 12b und 12c aufweist, wird umfasst das mindestens eine Wärmespeichermaterial 14 vorzugsweise kein reines Wasser.
Wie unten genauer ausgeführt wird, können einige Wärmespeichermaterialien 14 zusätzlich auch für eine Wärmegenerierung genutzt werden. Beispiele für derartige Wärmespeichermaterialien 14 (mit Grenztemperaturen) sind beispielsweise Natriumacetat-Trihydrat (65°C), Sorbitol (91°C), Glaubersalz/Natriumsulfat (32,5°C), Alaune/Aluminiumkaliumsulfat-Dodecahydrat (92,5°C). Somit können eine Vielzahl von Materialien für das mindestens eine Wärmespeichermaterial 14 vorteilhaft genutzt werden. Die als das mindestens eine Wärmespeichermaterial 14 verwendbaren Materialien sind jedoch nicht auf die hier aufgezählten Beispiele beschränkt.
Die mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b sind zu einem exothermen Reaktionsgemisch vermischbar, wodurch zumindest ein Teilvolumen des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 und/oder ein Teilvolumen des Reagenzgefäßes aufheizbar sind. Die von den mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b ausführbare Reaktion kann z.B. eine Redoxreaktion oder eine Verdünnung sein.
Beispiele für als Reaktionsmaterialien 16a und 16b einsetzbare Materialien (mit Reaktion und verlässlich erreichbaren Höchsttemperaturen) sind Schwefelsäure und Wasser (H₂SO₄ + H₂O → H₂S0₄(aq) + H₂O; 35°C), Kalziumchlorid und Wasser (CaCl₂(s) + H₂O → CaCl₂(aq) + H₂O; 80°C), Polyethylenglykol (PEG) und Wasser (H₂O + nC₂H₄O → HO(CH₂CH₂O)nH; 42°C), Kalium-Permanganat und Glycerol (14 KMnO₄(s) + 4 C₃H₅(OH)₃(l) → 7K₂CO₃(s) + 5CO₂(g) + 16H₂O(g) + Mn₂O₃(s)), Calziumoxid und Wasser (CaO(s) + H₂O → Ca(OH)₂; über 100°C), Magnesium und Wasser (Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂; über 100°C), Eisen und Wasser (Fe + 2H₂O → Fe(OH)₂ + H2; 69°C), Calziumoxid und Salzsäure (CaO + 2HCl → CaCl₂ + H₂O; über 100°C), und/oder Kupfersulfat und Zink (CuSO₄(l) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO₄(l); über 100°C). Auch eine Lösungswärme, Schmelzwärme und/oder Absorptionswärme kann somit mittels der Reaktion der mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b freigesetzt werden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Materialien lediglich beispielhaft zu interpretieren sind und die Verwendbarkeit weiterer Materialien als Reaktionsmaterialien 16a und 16b nicht einschränken.
Als Alternative zu der hier beschriebenen Ausführungsform können die mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b auch zu einem endothermen Reaktionsgemisch vermischbar sein, wodurch zumindest ein Teilvolumen des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 und/oder ein Teilvolumen des Reagenzgefäßes abkühlbar sind. Auf eine Nennung von dazu einsetzbaren Reaktionsmaterialien 16a und 16b wird hier jedoch verzichtet.
Bei der Ausführungsform der 1a und 1b sind die mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b mittels zumindest einer Trennwand 18 voneinander getrennt. Bevorzugter Weise unterteil die Trennwand 18 die mit den mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b gefüllten Reaktionsmaterialien-Speicherkammern 12b und 12c. In der Trennwand 18 ist mindestens eine Sollbruchstelle 20 ausgebildet, welche mittels einer als Zentrifugalkraft bei einem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das (nicht dargestelle) Reagenzgefäß eingesetzt ist, und/oder einer Druckkraft bei einem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Aktorkraft Fa aufbrechbar ist. (1a zeigt das Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 vor einem Brechen der mindestens einen Sollbruchstelle 20, während das Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 in 1b nach dem Brechen der mindestens einen Sollbruchstelle 20 dargestellt ist.) Somit können die beiden Reaktionsmaterialien 16a und 16b mittels eines Brechens der Sollbruchstelle 20 zumindest teilweise miteinander vermischt werden, wodurch die zum Aufheizen oder Abkühlen genutzte chemische Reaktion startbar ist.
Die mindestens eine Trennwand 18 kann fest, elastisch oder flexibel sein. Beispielsweise kann die mindestens eine Trennwand 18 aus Metall, einem Polymer, Harzen, Papier, Kunststoff oder einem Gummimaterial bestehen. Die mindestens eine Sollbruchstelle 20 kann durch Schweißen, Kleben oder Teildurchtrennen der Trennwand 18 ausgebildet sein. Mittels der Aktorkraft Fa können die vorher getrennten Reaktionsmaterialien 16a und 16b freigegeben und (aktiv oder passiv) vermischt werden. Durch das Vermischen wird eine vollständige Umsetzung der zu reagierenden Reaktionsmaterialien 16a und 16b gewährleistet.
Der Zeitpunkt, zu welchem die mindestens eine Sollbruchstelle 20 bricht, kann mittels eines Festlegens der Drehzahl oder der Druckdifferenz spezifisch vorgegeben werden. Der Grenzwert/Schwellwert für die Rotationsbeschleunigung/Drehgeschwindigkeit der Zentrifuge, ab welcher die bewirkte Zentrifugalkraft ausreichend zum Brechen der mindestens einen Sollbruchstelle 20 ist, kann bei mindestens 20 g, beispielsweise bei mindestens 100 g, vorzugsweise bei mindestens 500 g, insbesondere bei mindestens 1000 g, liegen. Entsprechend kann auch die Druckkraft, ab welcher die mindestens eine Sollbruchstelle 20 bricht, erst bei einem signifikanten Unter- oder Überdruck vorliegen. Somit kann beispielsweise erst nach einem längeren Zentrifugieren/Druckbehandeln mindestens eines Probenmaterials die mindestens eine Sollbruchstelle 20 gebrochen werden, wodurch eine Wärmefreisetzung 22 gestartet wird.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Schwellwert der Rotationsbeschleunigung, ab welcher die bewirkte Zentrifugalkraft ausreichend zum Brechen der mindestens einen Sollbruchstelle 20 ist, in einem Bereich zwischen 20 g bis 10000 g auf einfache Weise durch die Ausbildung der mindestens einen Sollbruchstelle 20 (frei) festlegbar ist. Auch der zum Brechen der mindestens einen Sollbruchstelle 20 ausreichende Unter- oder Überdruck kann durch die Ausbildung der mindestens einen Sollbruchstelle 20 auf einen bevorzugten Wert festgelegt werden.
Durch ein Einsetzen des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 in einem Reagenzgefäß kann somit die Temperatur innerhalb eines gewünschten Zielvolumens des Reagenzgefäßes kontrolliert und/oder variabel auf diverse Temperaturniveaus eingestellt werden. Dies ist insbesondere während eines Betriebs einer Zentrifuge oder einer Druckvariiervorrichtung leicht ausführbar. Es wird darauf hingewiesen, dass die Temperatur zielgerichtet lokal an verschiedenen Stellen innerhalb des Reaktionsgefäßes individuell eingestellt und kontrolliert werden kann. Beispielsweise können durch die Verwendung von mindestens zwei Reagenzgefäß-Einsetzteilen 10 auch mehrere voneinander abweichende Temperaturen an verschiedenen Stellen innerhalb des Reaktionsgefäßes lokal eingestellt werden. Die eingestellte Temperatur ist außerdem innerhalb weniger Sekunden erreichbar. Des Weiteren können mittels des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 bevorzugte Temperaturen für frei wählbare Haltezeiten, welche zwischen Minuten und Stunden liegen können, konstant eingehalten werden.
2a und 2b zeigen eine Gesamtdarstellung und eine vergrößerte Teildarstellung einer ersten Ausführungsform des Reagenzgefäßes.
Das in 2a und 2b schematisch wiedergegebene Reagenzgefäß umfasst ein Reagenzgefäß-Einsetzteil 10, welches mit den oben schon beschriebenen Kammern 12a bis 12c und den Materialien 14, 16a und 16b ausgestattet ist. Das Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 weist zusätzlich mindestens eine in dem Einsetzteilgehäuse 10a ausgebildete Innenkammer 24a und 24b auf, die mit mindestens einem Material 26a und 26b befüllbar und/oder gefüllt ist. Durch einer Lage der mindestens einen Innenkammer 24a und 24b zu den Reaktionsmaterialien-Speicherkammern 12b und 12c/den miteinander vermischten Reaktionsmaterialien 16a und 16b können eine Stärke und/oder eine Reihenfolge des Aufheizens oder Abkühlens der mindestens einen Innenkammer 24a und 24b festgelegt werden.
Bevorzugter Weise ist die mindestens eine Wärmespeichermaterial-Speicherkammer 12a mit dem darin eingefüllten mindestens einen Wärmespeichermaterial 14 so ausgebildet, dass zumindest ein Teilvolumen der mindestens einen Wärmespeichermaterial-Speicherkammer 12a zwischen der mindestens einen Reaktionsmaterialien-Speicherkammer 12b und 12c und der mindestens einen Innenkammer 24a und 24b liegt. Auf diese Weise kann ein zu starkes Aufwärmen/Abkühlen des mindestens einen in die jeweilige Innenkammer 24a und 24b eingefüllten Materials 26a und 26b verhindert werden. Insbesondere kann somit in der jeweiligen Innenkammer 24a und 24b eine Temperatur (nahezu) gleich der Grenztemperatur des mindestens einen Wärmespeichermaterials 14 für eine längere Zeit gewährleistet werden.
Bei der Ausführungsform der 2a und 2b werden die Reaktionsmaterialien-Speicherkammern 12b und 12c von der Trennwand 18 mit mindestens einer (nicht dargestellten) Sollbruchstelle 20 unterteilt. Eine erste Wand 28a trennt mindestens eine Reaktionsmaterialien-Speicherkammer 12b und 12c von der Wärmespeichermaterial-Speicherkammer 12a. Eine zweite Wand 28b unterteilt die Wärmespeichermaterial-Speicherkammer 12a und die erste Innenkammer 24a, während die erste Innenkammer 24a mittels einer dritten Wand 28c von der zweiten Innenkammer 24b abgetrennt ist. Somit dient die erste Innenkammer 24a als zusätzlicher Wärmepuffer für die zweite Innenkammer 24b. Diese Ausbildung des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 ist jedoch nur beispielhaft zu interpretieren.
Das Reaktionsgefäß-Einsetzteil 10 der 2 ist zusätzlich dazu ausgelegt, mit einer in dem Reagenzgefäß angeordneten Einsetzkomponente 30 zusammenzuwirken. Die Einsetzkomponente 30 weist ein Gehäuse 30a auf, welches so ausgebildet ist, dass die Einsetzkomponente 30 zusammen mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 so in dem (nicht skizzierten) Reagenzgefäß für die Zentrifuge und/oder für die Druckvariiervorrichtung einsetzbar sind, dass ein Abstand zwischen dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und der Einsetzkomponente 30 mittels der bei dem Betrieb der Zentrifuge bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder der bei dem Betrieb der Druckvariiervorrichtung bewirkbaren Druckkraft veränderbar ist. Die Einsetzkomponente 30 kann beispielsweise mittels einer integrierten Kugelschreibermechanik 32 beabstandet von dem Reaktionsgefäß-Einsetzteil 10 gehalten werden. Mittels der Kugelschreibermechanik 32 können die (axial übereinander gestapelten) Teile, bzw. ihre Kammern und/oder Kavitäten, axial wie auch azimutal zueinander positioniert werden. Anstelle von der Kugelschreibermechanik 32 kann jedoch auch eine andere elastische Mechanik dazu genutzt werden, einen mittels der Zentrifugalkraft und/oder der Druckkraft veränderbaren Abstand zwischen dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und der Einsetzkomponente 30 zu gewährleisten.
Das Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und/oder die Einsetzkomponente 30 können insbesondere als Revolverbauteile ausgebildet sein. Ein derartiger Revolver kann z.B. ein Volumen kleiner als 5 Milliliter fassen. Außerdem kann ein derartiger Revolver so ausgelegt sein, dass er in einen Stapel weiterer Revolver und/oder Reaktionskammern integrierbar ist. In jedem dieser Revolverbauteile können Kanäle, Reaktionskammer und/oder weitere funktionstragende Strukturen ausgebildet sein, welche für die Durchführung von fluidischen Einheitsoperationen verwendbar sind. Mittels der integrierten Kugelschreibermechanik 32, oder einer ähnlichen Mechanik, können die Revolverbauteile bezüglich ihrer Positionen zueinander so rotiert werden, dass sich ihre Kavitäten zueinander schalten lassen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Kugelschreibermechanik 32/der elastische Mechanismus zum Starten einer Reaktion des thermischen Reaktionsgemisches, zum Starten einer Kristallisation eines kristallisierbaren latenten Wärmespeichermaterials 14 und/oder zum Beginnen eines Befüllens des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 und/oder der Einsetzkomponente 30 genutzt werden. Beispielsweise können mittels des Variierens des Abstands zwischen dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und der Einsetzkomponente 30 eine Brechkraft auf die mindestens eine Sollbruchstelle 20 übertragen, eine Spitze 34, Schneide oder eine Kante gegen eine Trennkomponente gedrückt und/oder ein Kristallisationskeim in das mindestens eine kristallisierbare latente Wärmespeichermaterial eingebracht werden. Die Trennkomponente kann z.B. die oben schon beschriebene Folie sein. Eine geeignete Trennkomponente kann jedoch auch aus Metall, Plastik, Gummi und/oder anderen Materialien sein.
Bei der Ausführungsform der 2a und 2b wird die Einsetzkomponente 30 beispielsweise zum Befüllen des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 mit mindestens einem Pulver und/oder mindestens einer Flüssigkeit 36a bis 36d während eines Betriebs der Zentrifuge und/oder der Druckvariiervorrichtung genutzt. Dazu ist mindestens eine mit dem mindestens einen Pulver und/oder der mindestens einen Flüssigkeit 36a bis 36d gefüllte Kammer 38a bis 38d der Einsetzkomponente 30 mit mindestens einer Folie 40 abgedeckt, wobei die mindestens eine Folie 40 nach einem Anordnen der Einsetzkomponente 30 und des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 in dem Reagenzgefäß zu dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 ausgerichtet ist. Die mindestens eine Folie 40 ist mittels einer an dem Reaktionsgefäß-Einsetzteil 10 angeordneten Spitze 34, Schneide und/oder Kante durchtrennbar. Die Zentrifugalkraft der Zentrifuge oder die Druckkraft der Druckvariiervorrichtung kann somit zum Durchtrennen/Durchstechen/Durchschneiden der mindestens einen Folie 40 und zum Transferieren des mindestens einen Pulvers und/oder der mindestens einen Flüssigkeit 36a bis 36d genutzt werden. Auf diese Weise ist gewährleistbar, dass erst bei einem geringen Abstand zwischen dem Reaktionsgefäß-Einsetzteil 10 und der Einsetzkomponente 30 der Inhalt der mindestens einen Kammer 38a bis 38d in eine zugeordnete Innenkammer 24a oder 24b eingefüllt wird. Dies erlaubt ein verschüttungsfreies Befüllen der mindestens einen Innenkammer 24a und 24b des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10.
3 zeigt eine Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform des Reagenzgefäßes.
Das in 3 schematisch dargestellte Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 weist als Umwandlung zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform eine Wärmespeicher-Speicherkammer 12a auf, welche die Reaktionsmaterialien-Speicherkammern 12b und 12c vollständig umgibt. Dies gewährleistet eine verbesserte Pufferung der von den miteinander regierenden Reaktionsmaterialien 16a und 16b bewirkten Energieflüsse. Ansonsten wird bezüglich der Ausführungsform der 3 auf die oberen Erläuterungen verwiesen.
4a und 4b zeigen eine Gesamtdarstellung und eine vergrößerte Teildarstellung einer dritten Ausführungsform des Reagenzgefäßes.
Das in 4a und 4b dargestellte Reagenzgefäß umfasst ein erstes Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und ein zweites Reagenzgefäß-Einsetzteil 10’. Die Reagenzgefäß-Einsetzteile 10 und 10‘ können beispielsweise mittels einer integrierten Kugelschreibermechanik 32 oder einer anderen elastischen Mechanik so in dem Reagenzgefäß zueinander angeordnet sein, dass ein Abstand zwischen den Reagenzgefäß-Einsetzteilen 10 und 10‘ mittels der Zentrifugalkraft und/oder der Druckkraft veränderbar ist. Die Reagenzgefäß-Einsetzteile 10 und 10‘ können insbesondere als Revolver/Revolverbauteile ausgebildet sein.
Während das erste Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 mit den in den Reaktionsmaterialien-Speicherkammern 12b und 12c vorliegenden Reaktionsmaterialien 16a und 16b gefüllt ist, umfasst das zweite Reagenzgefäß-Einsetzteil 10’ eine Wärmespeicher-Speicherkammer 12a, welche mit dem mindestens einen Wärmespeichermaterial 14 gefüllt ist. Die Wärmespeicher-Speicherkammer 12a ist zwischen einer Mischkammer 42 und der Innenkammer 24 angeordnet. Die Mischkammer 42 dient zum Mischen der mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b. Zum Einfüllen der Reaktionsmaterialien 16a und 16b in die Mischkammer 42 sind die Reaktionsmaterialien-Speicherkammern 12b und 12c mittels der Folie 40 abgedichtet, welche mittels mindestens einer an dem zweiten Reagenzgefäß-Einsetzteil 10’ angeordneten Spitze 34, Schneide und/oder Kante durchdringbar ist. Die Spitze 34, Schneide und/oder Kante ist zusammen mit dem zweiten Reagenzgefäß-Einsetzteil 10’ mittels der als Zentrifugalkraft und/oder als Druckkraft bewirkbaren Aktorkraft Fa so verstellbar, dass ein Kontakt zwischen der Folie 40 und der Spitze 34, Schneide und/oder Kante vorliegt. Nach einem Durchtrennen/Durchstechen/Durchschneiden der Folie 40 werden die Reaktionsmaterialien 16a und 16b mittels der Aktorkraft Fa in die Mischkammer 42 transferiert und führen die exotherme oder endotherme Reaktion aus.
Auf entsprechende Weise kann auch mittels einer weiteren Folie 40 und einer weiteren Spitze 34, Schneide und/oder Kante des zweiten Reagenzgefäß-Einsetzteils 10’ das mindestens eine Pulver und/oder die mindestens eine Flüssigkeit 36a und 36b aus den Kammern 38a und 38b des ersten Reagenzgefäß-Einsetzteils 10 in die Innenkammer 24 des zweiten Reagenzgefäß-Einsetzteils 10‘ umgefüllt werden. Gleichzeitig mit dem Umfüllen des mindestens einen Pulvers und/oder der mindestens einen Flüssigkeit 36a und 36b kann mit einem Beheizen oder Kühlen der Innenkammer 24 des zweiten Reagenzgefäß-Einsetzteils 10‘ begonnen werden.
5 zeigt eine Teildarstellung einer vierten Ausführungsform des Reagenzgefäßes.
Bei der Ausführungsform der 5 weist das Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 ein kristallisierbares latentes Wärmespeichermaterial 14 auf. Als Kristallisationskeim kann eine Spitze 34 eines Zahns, eines Dorns oder eines Plättchens mittels der Aktorkraft Fa in die als Wärmespeichermaterial 14 verwendete übersättigte Lösung eingebracht werden. In der Regel befindet sich eine übersättigte Lösung als unterkühlte Schmelze in einen labilen Zustand. (Die Schmelztemperatur kann durch die Lösungskonzentration konfiguriert werden.) Wird nun ein Kristallisationskeim in die konzentrierte Lösung eingeführt, so wird die Kristallisation 44 ausgelöst. Über einen längeren Zeitraum gibt/nimmt das mindestens eine kristallisierende Wärmespeichermaterial 14 Wärmeenergie ab/auf. Die Verwendung eines kristallisierbaren latenten Wärmespeichermaterials 14 kann somit die mindestens zwei Reaktionsmaterialien 16a und 16b überflüssig machen.
Vorteilhafter Weise erfolgt das Einbringen des Kristallisationskeims mittels einer Variierung des Abstands zwischen dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und der Einsetzkomponente 30, insbesondere bei einem direkten Kontakt zwischen dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 und der Einsetzteilkomponente 30. Dazu kann die Spitze 34 an der Einsetzkomponente 30 so befestigt sein, dass sie durch eine (nicht dargestellte) Folie in die Wärmespeichermaterial-Speicherkammer 12a einbringbar ist. Ebenso kann die verstellbar an dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10 angeordnete Spitze 34 durch einen darauf ausgeübten Druck der Einsetzkomponente 30 in die Wärmespeichermaterial-Speicherkammer 12a einbringbar sein. Auch auf diese Weise kann zu einem gewünschten Zeitpunkt die Freisetzung von Energie gestartet werden, um die mindestens eine Innenkammer 24a und 24b aufzuwärmen oder abzukühlen.
Mittels der oben beschriebenen Ausführungsformen sind beispielsweise Temperaturen zwischen 70–100°C lokal in einem Reagenzgefäß einstellbar. Insbesondere Kalziumoxid und Wasser eignen sich als Reaktionsmaterialien 16a und 16b besonders gut zum Einstellen einer derartigen Temperatur. Bei einer Steigerung der verwendeten Mengen von Kalziumoxid und Wasser können sogar Temperaturen bis 140°C erzeugt werden. Dies kann beispielsweise für eine Lyse von Zellen oder für eine Trocknung von Säuren genutzt werden.
Ebenso eignen sich die oben beschriebenen Ausführungsformen gut zum Einstellen von Temperaturen zwischen 15°C und 100°C, insbesondere zwischen 55–80°C. Zur Erzeugung derartiger Temperaturen können beispielsweise festes CaCl und Wasser, CaO und Wasser oder Kupfersulfat und Zink eingesetzt werden. Auch eine Oxidation von Eisen oder Magnesium kann zum Erzeugen derartiger Temperaturen ausgelöst werden. Dies kann zur Realisierung einer isothermalen DNA-Amplifikation oder einer Elution von DNA genutzt werden.
Die hier beschriebene Technologie kann auch für eine Inhibierung von Proteasen oder für eine Zell-Lyse bei Temperaturen zwischen 40–80°C eingesetzt werden. Beispielsweise kann für eine derartige Nutzung Natriumacetat-Trihydrat (CH₃COONa·3H₂O(l) → CH₃COONa·3H₂O(s); 56 °C) als kristallisierbares latentes Wärmespeichermaterial 14 eingesetzt werden.
In den oben beschriebenen Reagenzgefäß-Einsetzteilen 10/Einsetzkomponenten-/Reagenzgefäßen können noch weitere Prozessschritte und Strukturen integriert sein, wie beispielsweise Sedimentationsstrukturen, Kanalstrukturen oder Siphonstrukturen zum Weiterleiten und Schalten von mindestens einer in dem Reagenzgefäß-Einsetzteil 10/der Einsetzkomponente/dem Reagenzgefäß enthaltenen Flüssigkeit. Insbesondere kann mindestens eine Untereinheit des Innenvolumens des Reagenzgefäß-Einsetzteils 10/der Einsetzkomponente/des Reagenzgefäßes als „Vorratsbehälter“ mit mindestens einer Flüssigkeit gefüllt sein, welche mit einem nachträglich eingefüllten, zu verarbeitenden und/oder zu untersuchenden Material/Probenmaterial mindestens eine chemische Reaktion und/oder einen biochemischen/molekularbiologischen Prozess ausführt. Der mindestens eine „Vorratsbehälter“ kann z.B. mit Chemikalien, Farbstoffen, Antikörpern, Antigenen, Rezeptoren, Proteinen, DNA-Strängen und/oder RNA-Strängen gefüllt sein.
Die Reagenzgefäß-Einsetzteile 10/Einsetzkomponenten/Reagenzgefäße können zumindest teilweise aus einem Polymer, z.B. aus COP, COC, PC, PA, PU, PP, PET und/oder PMMA, sein. Auch weitere Materialien sind zum Bilden der Reagenzgefäß-Einsetzteile 10/Einsetzkomponenten/Reagenzgefäße geeignet. Diese können fest, elastisch oder flexibel sein. Geeignete Materialien sind auch beispielsweise Metall, Polymer, Papier, Kunststoff, Gummimaterial, oder ähnliches. Zur Unterteilung der Reagenzgefäß-Einsetzteile 10/Einsetzkomponenten/Reagenzgefäße in mehrere (abgeschlossene) Flüssigkeitsvolumen können spezielle Kammern, Behälter oder Türen ausgebildet sein werden.
Die Reagenzgefäß-Einsetzteile 10/Einsetzkomponenten/Reagenzgefäße können noch mit zusätzlichen Komponenten, wie beispielsweise Ventilen und/oder Pumpen, ausgestattet sein. Außerdem kann die erfindungsgemäße Technologie auf einfache Weise mit einer Vielzahl von herkömmlichen Aktuations-, Detektions- und/oder Steuereinheiten zusammenwirken kann.
Mittels der Reagenzgefäß-Einsetzteile 10/Einsetzkomponenten/Reagenzgefäße können chemische und biochemische Prozesse voll automatisiert ausgeführt werden. Es wird darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Figuren als Vereinfachungen der realisierbaren Reagenzgefäß-Einsetzteile 10/Einsetzkomponenten/Reagenzgefäße interpretiert werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010003223 A1 [0002]

Claims

Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) mit: einem Einsetzteilgehäuse (10a), welches so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) in einem Reagenzgefäß für eine Zentrifuge und/oder für eine Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist; wobei in dem Einsetzteilgehäuse (10a) mindestens eine Speicherkammer (12a, 12b, 12c) ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Speicherkammer (12a, 12b, 12c) mit mindestens einem Wärmespeichermaterial (14) und/oder mit mindestens zwei Reaktionsmaterialien (16a, 16b) eines thermischen Reaktionsgemisches gefüllt ist.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach Anspruch 1, wobei das mindestens eine Wärmespeichermaterial (14) mindestens ein latentes Wärmespeichermaterial und/oder mindestens ein thermochemisches Wärmespeichermaterial ist.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Reaktionsmaterialien (16a, 16b) zu einem exothermen Reaktionsgemisch vermischbar sind, wodurch zumindest ein Teilvolumen (24, 24a, 24b) des Reagenzgefäß-Einsetzteils (10, 10‘) und/oder ein Teilvolumen des Reagenzgefäßes aufheizbar sind.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Reaktionsmaterialien (16a, 16b) zu einem endothermen Reaktionsgemisch vermischbar sind, wodurch zumindest ein Teilvolumen (24, 24a, 24b) des Reagenzgefäß-Einsetzteils (10, 10‘) und/oder ein Teilvolumen des Reagenzgefäßes abkühlbar sind.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Einsetzteilgehäuse (10a) mindestens eine mit mindestens einem Material (26a, 26b) befüllbare oder gefüllte Innenkammer (24, 24a, 24b) ausgebildet ist, und wobei das mindestens eine Material (26a, 26b) in der Innenkammer (24, 24a, 24b) mittels des thermischen Reaktionsgemisches der mindestens zwei vermischbaren Reaktionsmaterialien (16a, 116b) aufheizbar oder abkühlbar ist.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach Anspruch 5, wobei die mindestens eine Speicherkammer (12a, 12b, 12c) mindestens eine mit den mindestens zwei Reaktionsmaterialien (16a, 16b) gefüllte erste Speicherkammer (12b, 12c) und mindestens eine mit dem mindestens einen Wärmespeichermaterial (14) gefüllte zweite Speicherkammer (12a) umfasst, und wobei die zweite Speicherkammer (12a) so ausgebildet ist, dass zumindest ein Teilvolumen der zweiten Speicherkammer (12a) zwischen der mindestens einen ersten Speicherkammer (12b, 12c) und der Innenkammer (24, 24a, 24b) liegt.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens zwei Reaktionsmaterialien (16a, 16b) mittels zumindest einer Trennwand (18) voneinander getrennt sind, und wobei in der Trennwand (18) mindestens eine Sollbruchstelle (20) ausgebildet ist, welche mittels einer bei einem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder einer bei einem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Druckkraft aufbrechbar ist.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach einem Ansprüche 1 bis 6, wobei die mindestens zwei Reaktionsmaterialien (16a, 16b) mittels zumindest einer Folie (40) voneinander getrennt sind, und wobei die Folie (40) mittels mindestens einer Spitze (34), Schneide und/oder Kante einer verstellbaren Komponente (10, 10‘, 30), welche mittels der bei dem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder der bei dem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Druckkraft verstellbar ist, durchdringbar ist.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach einem Ansprüche 2 bis 8, wobei mittels der bei dem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder der bei dem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Druckkraft ein Kristallisationskeim (34) in das mindestens eine kristallisierbare latente Wärmespeichermaterial (14) einbringbar ist.
Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) als Revolverbauteil ausgebildet ist.
Einsetzkomponente (30) zum Zusammenwirken mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: einem Gehäuse (30a), welches so ausgebildet ist, dass die Einsetzkomponente (30) zusammen mit dem Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) so in dem Reagenzgefäß für die Zentrifuge und/oder für die Druckvariiervorrichtung einsetzbar sind, dass ein Abstand zwischen dem Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) und der Einsetzkomponente (30) mittels der bei dem Betrieb der Zentrifuge, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Zentrifugalkraft und/oder der bei dem Betrieb der Druckvariiervorrichtung, in welcher das Reagenzgefäß eingesetzt ist, bewirkbaren Druckkraft veränderbar ist.
Einsetzkomponente (30) nach Anspruch 11, wobei mittels der Variierung des Abstands zwischen dem Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) und der Einsetzkomponente (30) eine Brechkraft auf die Sollbruchstelle (20) übertragbar ist, die Spitze (34), Schneide und/oder Kante gegen eine Trennkomponente (40) drückbar ist und/oder der Kristallisationskeim (34) in das mindestens eine kristallisierbare latente Wärmespeichermaterial (14) einbringbar ist.
Reagenzgefäß mit mindestens einem Reagenzgefäß-Einsetzteil (10, 10‘) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Reagenzgefäß nach Anspruch 13, mit einer Einsetzkomponente (30) nach Anspruch 11 oder 12.
Reagenzgefäß mit: einer Außenwand, welche so ausgebildet ist, dass das Reagenzgefäß in einer Zentrifuge und/oder in einer Druckvariiervorrichtung einsetzbar ist; wobei in dem Reagenzgefäß mindestens eine Speicherkammer (12a, 12b, 12c) ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Speicherkammer (12a, 12b, 12c) mit mindestens einem Wärmespeichermaterial (14) und/oder mit mindestens zwei Reaktionsmaterialien (16a, 16b) eines thermischen Reaktionsgemisches gefüllt ist.