DE102014106877A1

DE102014106877A1 - Modulares Inkubatorsystem

Info

Publication number: DE102014106877A1
Application number: DE102014106877.7A
Authority: DE
Inventors: Robin Christopher Zander; Erwin Thiel; Stephan IRLE
Original assignee: Ert Optik Dr Thiel GmbH
Current assignee: S-BIOSYSTEMS GMBH, DE
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2015-11-19
Anticipated expiration: 2034-05-16
Also published as: DE102014106877B4; CN106536711A; US20170073628A1; CN106536711B; WO2015172882A1; US11220664B2

Abstract

Vorgeschlagen wird ein Inkubator (110, 140) zur Aufnahme eines einzelnen Probenträgers, ein Regalsystem (100) für solche Inkubatoren, ein Transportbehälter für solche Inkubatoren, sowie ein modulares Gesamtsystem, wobei die Inkubatoren voneinander unabhängig eingesetzt und entnommen (130) werden können, über entsprechende Anschlüsse (150) mit Strom, Wasser und einem Gas versorgt werden können, und über eine drahtlose Verbindung mit einem Computernetzwerk kommunizieren können. Ein solches System verringert die Kontaminations- und Verwechslungsgefahr im Labor und vermeidet Unterbrechungen in der Überwachung und Regelung der Umweltbedingungen in den einzelnen Inkubatoren. Diese können vielmehr unabhängig voneinander die für die jeweiligen Proben günstigsten Umweltbedingungen aufrechterhalten, und zwar sowohl während der Aufbewahrung als auch während eines Transportvorgangs. Auch das Hinzufügen und Entfernen einzelner Inkubatoren aus dem Regalsystem unterbricht die Überwachung und Regelung der Bedingungen im Inneren der Inkubatoren nicht oder nur sehr kurzzeitig.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Inkubator, ein Regalsystem, einen Transportbehälter, sowie ein modulares Inkubatorsystem. Derartige Vorrichtungen finden vor allem im mikrobiologischen Bereich Verwendung, um mikrobiologische Kulturen bzw. Proben heranzuziehen, zu lagern, zu transportieren usw.
Stand der Technik
Die Verwendung eines (großen) Standardbrutschranks führt, insbesondere dann, wenn mehrere Benutzer beteiligt sind, zu einigen gravierenden Nachteilen im Laborbetrieb. So besteht eine hohe Kontaminationsgefahr zwischen den einzelnen Proben, da die Probenträger nicht baulich voneinander getrennt aufbewahrt werden. Es können nur Proben aufbewahrt werden, die im Wesentlichen gleiche Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Luftzusammensetzung usw.) vertragen. Werden Probenträger gleichen Formats verwendet (z.B. Mikrotiterplatten/Microplates), besteht zudem eine hohe Verwechslungsgefahr unterschiedlicher Proben. Außerdem kommt es, bedingt durch das Öffnen und Schließen des Brutschranks, zu Temperaturschwankungen, die die Temperaturregelung des Brutschranks nicht vollständig kompensieren kann. Wenn Proben versandt werden müssen, wird dazu ein geeignetes Transportsystem benötigt. Die Proben müssen hierzu in dieses Transportsystem überführt werden, was eine Kontaminationsgefahr für Proben und Umwelt, sowie weitere Temperaturschwankungen mit sich bringt.
Die Druckschrift US 6,518,059 B1 offenbart einen kleinen Inkubator, der für die Aufnahme einer einzelnen Mikrotiterplatte gedacht ist. Einige der genannten Nachteile können durch solche kleinen Inkubatoren behoben werden. Insbesondere ermöglicht der Inkubator aus US 6,518,059 B1 , dass durch ein besonders geringes Volumen der Probenkammer und eine direkte, leitende Wärmeübertragung zwischen der Heizplatte und der Probe eine sehr hohe Temperaturstabilität der Probe selbst erreicht werden kann. Zur Temperaturstabilisierung dient auch, dass sich in der Probenkammer ein Wasserreservoir befindet, wobei Wasser von außen, ohne öffnen der Probenkammer, nachgefüllt werden kann. Dabei ist vorgesehen, dass die Temperatur in den Probenkammern mehrerer Inkubatoren über die Temperaturkontrolleinheit eines sogenannten Masterinkubators steuerbar ist. Dies ist nachteilig, da ein spezieller Masterinkubator (oder eine gesonderte Steuereinheit) benötigt wird, und ausschließlich Proben mit gleichen Temperaturanforderungen von dieser Steuereinheit bedient werden können. Auch eine spezielle Anpassung und insbesondere Regelung der Luftzusammensetzung ist bei diesen kleinen Inkubatoren nicht möglich. Weiterhin ist eine platzsparende Aufbewahrung mehrerer dieser Inkubatoren nur möglich, in dem sie frei über- und nebeneinander gestapelt werden, was insbesondere beim Entfernen einzelner Inkubatoren Aufwand verursacht. Dieser Aufwand wird dadurch noch erhöht, dass jeder Inkubator gesondert verkabelt werden muss.
Die Druckschrift DE 10 2005 036 763 A1 offenbart ein System aus mehreren kleinen Inkubatoren (zur Aufnahme jeweils eines Probenträgers, z. B. einer Mikrotiterplatte), welches möglichst einfach erweiter- und rückbaubar sein soll. Um das zu erreichen, sind die Gehäuse der Inkubatoren explizit stapelbar ausgeführt, ferner besitzen sie ausschließlich auf ihrer Ober- und Unterseite spezielle Anschlusselemente, die eine Verbindung mit dem jeweils darüber bzw. darunter liegenden Inkubator ermöglichen. Zudem haben die Inkubatoren jeweils eine eigene Temperiereinheit mit zugehöriger Steuerelektronik, wobei die Steuerelektronik jeweils mit einem Bussystem zusammenwirkt. Über die Anschlusselemente werden die Bussysteme der Inkubatoren miteinander verbunden, so dass eine zentrale Steuereinheit, welche mit einem der Inkubatoren verbunden ist, alle Inkubatoren des Systems individuell ansteuern kann. Bei diesem Inkubatorsystem ist eine individuelle Anpassung und Regelung der Feuchtigkeit und der Luftzusammensetzung in den einzelnen Inkubatoren nicht möglich, da es nicht möglich ist, Wasser bzw. Wasserdampf und/oder ggf. ein Gas über die speziellen Anschlusselemente in die einzelnen Inkubatoren einzuleiten, ohne die Feuchtigkeit bzw. Luftzusammensetzung in den übrigen Inkubatoren zu beeinflussen. Nachteilig ist ferner, dass die unteren Inkubatoren aus einem Stapel nicht entfernt oder ausgetauscht werden können, ohne den Stapel abzubauen. Dabei wird die elektrische Kopplung der Inkubatoren untereinander aufgehoben, so dass ihre Temperatur für diesen Zeitraum nicht geregelt wird.
Auch bei Verwendung der in der US 6,518,059 B1 oder DE 10 2005 036 763 A1 beschriebenen kleinen Inkubatoren ist weiterhin das Versenden der Proben ein Problem, da Temperatur und sonstige Umgebungsbedingungen im Inkubator während eines Transports nicht geregelt werden können. Aktuell ist kein System bekannt, dass einen nahtlosen Übergang vom stationären Inkubieren von Proben zum Versand der Proben ermöglicht.
Aufgabe
Aufgabe der Erfindung ist es, Vorrichtungen und ein Gesamtsystem anzugeben, die die Nachteile bekannter Inkubatorsysteme vermeiden.
Lösung
Diese Aufgabe wird durch die Erfindungen mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
Vorgeschlagen wird ein Inkubator für die Aufnahme eines einzelnen Probenträgers. Der einzelne Probenträger, z.B. eine Petrischale oder eine Mikrotiterplatte („microplate“), kann dabei im Innenraum des Inkubators fixiert werden. Je nach vorgesehenem Probenträger kann ein solcher Inkubator also unterschiedlich groß ausgeführt sein. Vorzugsweise entspricht die Größe des Inkubators dabei einem vorgegebenen Rastermaß.
Der Inkubator hat individuelle Versorgungsanschlüsse für elektrischen Strom, mindestens ein Gas (beispielsweise Luft, O₂ oder CO₂) sowie dampfförmiges oder flüssiges Wasser. Dazu weist er Mittel zum Ansteuern von Ventilen zum Einstellen des über die Versorgungsanschlüsse eintretenden Gas- und Wasser-Stroms auf, wodurch Gasgehalt und Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden können. Die Ventile müssen dabei nicht in dem Inkubator eingebaut sein. Sie können beispielsweise an den externen Gegenstücken zu den Versorgungsanschlüssen des Inkubators sitzen und beispielsweise über eine Datenschnittstelle oder Ähnliches angesteuert werden.
Weiterhin hat der Inkubator Mittel zum Herstellen einer drahtlosen Verbindung (z.B. Funk oder infrarot) mit mindestens einem Computer oder einem Computernetzwerk, wobei die Mittel zum Herstellen einer drahtlosen Verbindung derart ausgestaltet sind, dass Ist- und/oder Soll-Werte für Gasgehalt und Luftfeuchtigkeit bei Bestehen einer drahtlosen Verbindung abgefragt und/oder eingestellt und/oder durch Ansteuern der Ventile geregelt werden können.
Solche Inkubatoren ermöglichen, die einzelnen Probenträger baulich getrennt voneinander aufzubewahren, wodurch die Kontaminations- und Verwechslungsgefahr im Labor stark verringert wird. Unnötige Temperaturschwankungen werden vermieden. Zudem können die unterschiedlichen Proben in unterschiedlichen Inkubatoren sehr unterschiedlichen Umweltbedingungen (Temperatur, Feuchtigkeit, Luftzusammensetzung, z.B. CO₂-Gehalt der Luft) ausgesetzt werden, und diese Bedingungen können in verschiedenen Inkubatoren unabhängig voneinander eingestellt werden.
Über die drahtlose Verbindung können Daten und Steuerbefehle z.B. direkt mit einem PC ausgetauscht werden, oder die Daten können z.B. auf einen Server übertragen werden. Dieser Server kann lokal oder z.B. bei einem Internet Service Provider installiert sein und kann einen personalisierten Zugriff auf aktuelle Inkubatordaten und Datenhistorien ermöglichen. Der Zugriff auf diese Daten kann beispielsweise mithilfe von Client-Software (z.B. Web-Browser) plattformunabhängig (d.h. von Computern o.ä. mit den unterschiedlichsten Systemarchitekturen und/oder Betriebssystemen) realisiert werden.
Insbesondere durch die sich abzeichnende Entwicklung von zellbiologischen Therapieansätzen wird eine geschlossene, stets überwachte Zellinkubation immer wichtiger. Bei humanmedizinischen Anwendungen ist sie sogar zwingend notwendig. Dies kann von keinem aus dem Stand der Technik bekannten System geleistet werden.
Günstig ist es, wenn der Inkubator über Sensoren verfügt, um die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und den Gehalt an dem mindestens einen Gas im Inneren des Inkubators zu bestimmen, und außerdem eine Temperiereinheit aufweist. Dadurch können Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftzusammensetzung überwacht und dokumentiert werden, und die Temperatur des Inkubators kann unabhängig von anderen Inkubatoren geregelt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung hat der Inkubator zudem eine eingebaute Steuereinheit, z.B. einen Controller, zum selbsttätigen Regeln des über die Versorgungsanschlüsse eintretenden Gas- und Wasser-Stroms sowie der Temperatur. Jede Inkubatorelektronik kann damit aufgrund vorgegebener Parameter die Stellgrößen für Temperatur, Feuchtigkeit und Gasatmosphäre autark regeln.
Günstig ist es außerdem, wenn die Steuereinheit in einem abtrennbaren Modul angeordnet ist. Dadurch ist der Aufbau des Inkubators modularer, wodurch leichter Reparaturen oder ggf. auch Verbesserungen an der Steuereinheit vorgenommen werden können, beispielsweise um diese an technische Weiterentwicklungen anzupassen.
Vorteilhaft ist außerdem, wenn der Inkubator einen Speicher für elektrische Energie aufweist. Dabei handelt es sich bevorzugt um eine Batterie oder einen Akkumulator. Dadurch kann der Inkubator bei Stromausfall, oder einer nicht angeschlossenen, externen Stromversorgung, kurzzeitig autark betrieben werden. Auch ein kurzer Transport ist auf diese Weise möglich.
Damit in dem Inkubator kein Überdruck auftritt, kann dieser einen Gasaustritt aufweisen.
Um eine Kontamination der Versorgungsanschlüsse und/oder der Umgebungsluft und auch des Inneren des Inkubators zu verhindern, verfügt eine Weiterbildung des Inkubators über ein entsprechend beschaffenes Filtersystem für die Versorgungsanschlüsse und/oder den Gasaustritt.
Zudem ist es günstig, wenn der Inkubator über eine individuelle Identifikationsadresse verfügt. Bevorzugt handelt es sich dabei um eine individuelle IP-Adresse.
Zudem kann der Inkubator einen Datenlogger aufweisen, welcher die aktuell von den Sensoren ermittelten Werte zwischenspeichert, wenn keine Verbindung mit mindestens einem Computer oder einem Computernetzwerk besteht. Sobald eine Verbindung mit einem Netzwerk (Server) oder PC hergestellt ist, können die zwischengespeicherten Werte an diesen übertragen werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Dokumentation der Zustände im Inkubator selbst dann lückenlos ist, wenn die drahtlose Verbindung nicht ohne Unterbrechungen aufrecht erhalten werden kann.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist der Inkubator aus einer unteren und einer oberen Schale zusammengesetzt.
Die Temperaturstabilität im Inkubator kann dadurch verbessert werden, dass die untere und die obere Schale aus thermisch isolierendem Material bestehen.
Im Falle einer Kontamination des inneren Bereichs des Inkubators ist es von besonderem Vorteil, wenn die untere und die obere Schale jeweils aus einer inneren Schale und einer äußeren Schale bestehen. Das ermöglicht, dass die innere Schale leicht gereinigt oder ganz ausgetauscht werden kann.
Eine weitere Ausführungsform des Inkubators kann zusätzlich zu den Mitteln zum Herstellen einer drahtlosen Verbindung über Mittel zum Herstellen einer USB- und/oder Ethernet-Verbindung mit mindestens einem Computer oder einem Computernetzwerk verfügen.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Regalsystem für die oben beschriebenen Inkubatoren, wobei die Abmessungen der Inkubatoren ein Rastermaß einhalten und identische oder unterschiedliche Größen haben können. Dieses Regalsystem kann eine Mehrzahl von derartigen Inkubatoren aufnehmen und hält dazu das Rastermaß der Inkubatoren ein. Diese Abmessungen wiederum ergeben sich aus dem Probenträgertyp, für den die jeweiligen Inkubatoren vorgesehen sind. Aus dem Regalsystem können somit weiter unten angeordnete Inkubatoren herausgenommen oder eingesetzt werden, ohne darüber angeordnete Inkubatoren zu beeinflussen. Zusätzlich hat das Regalsystem für jeden einzelnen der Mehrzahl von Inkubatoren individuelle Versorgungsanschlüsse für elektrischen Strom, mindestens ein Gas und dampfförmiges oder flüssiges Wasser. Bevorzugt sind an den Versorgungsanschlüssen ansteuerbare Ventile zum Einstellen des Gas- und Wasser-Stroms vorhanden, wodurch Gasgehalt und Luftfeuchtigkeit in den Inkubatoren beeinflusst werden können.
Günstig ist es, wenn das Regalsystem für jeden einzelnen der Mehrzahl von Inkubatoren eine Datenschnittstelle aufweist. Dadurch können beispielsweise Ventile an den Versorgungsanschlüssen von den Steuereinheiten der jeweiligen Inkubatoren angesteuert werden.
Eine Weiterbildung des Regalsystems besitzt zudem einen Verriegelungsmechanismus, welcher geeignet ist, einzelne Inkubatoren fest mit dem Regalsystem zu verbinden, und entsprechend unabhängig voneinander wieder freizugeben.
Weiterhin wird ein Transportbehälter für die weiter oben beschriebenen Inkubatoren vorgeschlagen, welcher geeignet ist, mindestens einen solchen Inkubator aufzunehmen. Der Transportbehälter verfügt über einen Speicher für elektrische Energie, vorzugsweise eine Batterie oder einen Akkumulator. Dieser ist mit Mitteln verbunden, die den mindestens einen Inkubator mit elektrischem Strom versorgen können. Dabei ist der Speicher für elektrische Energie so dimensioniert, dass die Anzahl von Inkubatoren, die der Transportbehälter aufnehmen kann, für eine vorgegebene Dauer eines Transports versorgt werden können.
Der Transport bzw. Versand von Proben kann mit einem solchen Transportbehälter erfolgen, ohne dass die Proben aus den Inkubatoren herausgenommen werden müssen, und ohne die Versorgung der Inkubatoren mit Strom für signifikante Zeiträume zu unterbrechen.
Vorzugsweise ist der Transportbehälter mit Vorratsbehältern für Wasser und mindestens ein Gas, z.B. CO₂, ausgestattet, die mit Mitteln verbunden sind, die den mindestens einen Inkubator mit mindestens einem Gas und mit dampfförmigem oder flüssigem Wasser versorgen können. Dabei sind die Vorratsbehälter so dimensioniert, dass die Anzahl von Inkubatoren, die der Transportbehälter aufnehmen kann, für eine vorgegebene Dauer eines Transports versorgt werden können.
Auch die Versorgung der Inkubatoren mit Gas und/oder Wasser wird dann nicht für signifikante Zeiträume unterbrochen. Dadurch wird ein im Wesentlichen nahtloser Übergang vom stationären Inkubieren von Proben zum Versand der Proben erreicht.
Günstig ist es, wenn der Bereich des Transportbehälters, der den mindestens einen Inkubator aufnehmen kann, über eine thermische Isolierung verfügt.
Eine lückenlose Dokumentation der Zustände in den Inkubatoren während eines Transports lässt sich dadurch erreichen, dass der Transportbehälter mit Mitteln ausgerüstet ist, die die aktuell von den Sensoren des mindestens einen Inkubators ermittelten Werte aufzeichnen können, wenn sich der mindestens eine Inkubator im Transportbehälter befindet.
Die Aufgabe wird außerdem gelöst durch ein modulares Inkubatorsystem mit einem Regalsystem, einer Mehrzahl von Inkubatoren und mindestens einem Transportbehälter, wie weiter oben beschrieben.
Ein solches System verringert die Kontaminations- und Verwechslungsgefahr im Labor und vermeidet längere Unterbrechungen in der Überwachung und Regelung der Umweltbedingungen in den einzelnen Inkubatoren. Diese können vielmehr unabhängig voneinander die für die jeweiligen Proben günstigsten Umweltbedingungen aufrechterhalten, und zwar sowohl während der Aufbewahrung als auch während eines Transportvorgangs. Auch das Hinzufügen und Entfernen einzelner Inkubatoren aus dem Regalsystem unterbricht die Überwachung und Regelung der Bedingungen im Inneren der Inkubatoren nicht oder nur sehr kurzzeitig.
Weitere Einzelheiten und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Unteransprüchen. Hierbei können die jeweiligen Merkmale für sich alleine oder zu mehreren in Kombination miteinander verwirklicht sein. Die Möglichkeiten, die Aufgabe zu lösen, sind nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt.
Die Ausführungsbeispiele sind in den Figuren schematisch dargestellt. Gleiche Bezugsziffern in den einzelnen Figuren bezeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche bzw. hinsichtlich ihrer Funktionen einander entsprechende Elemente. Im Einzelnen zeigt:
1A eine schematische Aufsicht auf einen erfindungsgemäßen Inkubator, der sich in einem erfindungsgemäßen Regalsystem befindet;
1B eine schematische Darstellung des Inkubators von unten (ohne Regalsystem);
1C eine schematische Vorderansicht des Inkubators in einem erfindungsgemäßen Regalsystem;
2 einen schematischen Längsschnitt in Seitenansicht durch einen modular aufgebauten erfindungsgemäßen Inkubator;
3 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Regalsystems in Frontalansicht;
4 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Regalsystems mit unterschiedlich großen erfindungsgemäßen Inkubatoren; und
5 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Transportbehälter.
1 zeigt einen Inkubator, der für einen einzelnen Probenträger, typischerweise eine Mikrotiterplatte, dimensioniert ist.
In 1A ist dieser Inkubator in Aufsicht in einem geeigneten Regalsystem (Ausschnitt) 100 dargestellt. Zu erkennen sind neben der Oberseite 110 des Inkubators der Gasaustritt 120 des Inkubators sowie der Entriegelungsschalter 130 am Regalsystem. Durch Betätigen dieses Schalters wird die Verriegelung aufgehoben, so dass der Inkubator aus dem Regalsystem herausgezogen werden kann. Zweckmäßigerweise wird durch das Betätigen des Schalters 130 auch die Versorgung des Inkubators mit Strom, Wasser und CO₂ unterbrochen.
1B zeigt die Unterseite 140 des Inkubators. Zu erkennen sind die Anschlüsse 150 für Strom, Wasser und CO₂, welche sich an der Rückwand des Inkubators befinden. Dadurch können diese beim Hineinschieben in ein Fach des Regalsystems mit den dortigen Anschlüssen verbunden werden. Beim Herausziehen des Inkubators (nachdem die Verriegelung gelöst wurde) werden diese Verbindungen wieder getrennt. An der Vorderseite des Inkubators befindet sich ein Gasaustritt 120, der das Entstehen eines Überdrucks im Inneren des Inkubators verhindert.
In 1C ist dieser Inkubator (im zugehörigen Regalsystem 100) von vorne dargestellt. Der Inkubator besteht aus zwei Schalen, einer oberen 110 und einer unteren 140. Neben dem Gasaustritt 120 ist an der Vorderseite des Inkubators eine Kontrolllampe 160 zu sehen, die z.B. die ordnungsgemäße Versorgung des Inkubators anzeigt. Das Regalsystem 100 hat neben dem Entriegelungsschalter 130 zusätzliche Kontrolllampen 170, die Details der Versorgung des Inkubators anzeigen, z.B. ob Wasser und/oder CO₂ eingeleitet wird und/oder ob die Heizung in Betrieb ist. In anderen Ausführungsformen können solche Kontrolllampen am Inkubatorgehäuse anstatt am Regalsystem angebracht sein.
Der Inkubator, der in 2 als Längsschnitt in Seitenansicht dargestellt ist, ist modular aufgebaut. Der Inkubator besteht im Wesentlichen aus einer oberen Schale bzw. einem Deckel 110, sowie einer unteren Schale 140, die eine innere Schale 200 umgibt, in welcher der Probenträger aufbewahrt werden kann. Im Falle einer Kontamination des Inkubators kann diese innere Schale 200 leicht ausgetauscht werden, so dass der Inkubator ohne allzu aufwändige Maßnahmen weiterverwendet werden kann. Unterhalb der inneren Schale 200 ist ein Heizelement 210 angeordnet. Am hinteren Ende sind Anschlüsse 150 für CO₂ und Wasser zu erkennen, am vorderen Ende der Gasaustritt 120. Im unteren Bereich der unteren Schale 140 befindet sich eine Aussparung 220, in die das Elektronikmodul 230 eingesetzt wird. Dieses beinhaltet die Steuerung für das Heizelement und auch für die Regelung der Wasser- und CO₂-Zufuhr, zudem eine Datenschnittstelle und eine Funk-Einheit, die den Aufbau einer drahtlosen Verbindung (WLAN) mit einem Computernetzwerk ermöglicht. Weiterhin befindet sich dort ein Datenlogger. Ferner ein Akkumulator 240, der kurzfristig einen völlig autarken Betrieb des Inkubators ermöglicht. Um eine effektive Regelung des Inkubators zu ermöglichen, befinden sich im Inneren Sensoren 250 für Temperatur, Feuchtigkeit und Luftzusammensetzung, welche beim Einsetzen des Elektronikmoduls 230 mit diesem verbunden werden.
Ein erfindungsgemäßes Regalsystem 300 ist in 3 schematisch in Frontalansicht dargestellt. Dessen Rastermaß ist so gewählt, dass das Regalsystem sechzehn der kleinsten vorgesehenen Inkubatoren 310 (in 4 Ebenen) aufnehmen kann. Diese Inkubatoren 310 könnten z. B. jeweils für die Aufnahme einer Petrischale als Probenträger dimensioniert sein. Führungs- und Arretiervorrichtungen 320 sorgen dafür, dass sich die Inkubatoren 310 problemlos in das Regalsystem 300 einsetzen und wieder entfernen lassen, und verbinden die Inkubatoren 310 fest mit dem Regalsystem 300, so dass diese nicht unbeabsichtigt herausgenommen werden können. Das Regalsystem 300 verfügt über eine Versorgungseinheit 330 und Zuleitungen 340 zu den einzelnen Aufnahmeplätzen, wodurch die Inkubatoren 310 über entsprechende Anschlüsse 150 mit Strom, Wasser und CO₂ versorgt werden können (in diesem Ausführungsbeispiel hinten seitlich angeordnet). Zusätzlich verfügt dieses Regalsystem 300 an den Ecken über Systemmontageverbinder 350, welche eine Verbindung mehrerer solcher Regalsysteme miteinander, oder auch die Montage an einer Wand oder in einem Racksystem, ermöglichen.
4 zeigt dasselbe Regalsystem 300 wie 3, mit dem Unterschied, dass hier größere Inkubatoren 400, 410, 420 eingesetzt sind. Diese Inkubatoren können z.B. für die Aufnahme jeweils einer Mikrotiterplatte oder eines Erlenmeyerkolbens als Probenträger konfiguriert sein. Auch noch größere Inkubatoren können grundsätzlich eingesetzt werden.
Das Regalsystem 300 ist derart gestaltet, dass Inkubatoren unterschiedlicher Größe eingesetzt werden können. Sowohl die Inkubatoren als auch das Regalsystem halten dazu ein vorgegebenes Rastermaß ein.
Müssen inkubierte Proben über größere Entfernungen bzw. Zeiträume transportiert werden, können die Inkubatoren 310 in einen Transportbehälter 500 eingesetzt werden, wie er in 5 schematisch dargestellt ist. Dieser Transportbehälter 500 ist wärmeisoliert 510 und kann mehrere erfindungsgemäße Inkubatoren 310 aufnehmen. Dazu verfügt er über passende Führungs- und Arretiervorrichtungen 320. Neben einem Akku-Pack 520 zur Stromversorgung verfügt der Transportbehälter 500 auch über einen Wasser- 530 und einen CO₂-Tank 540 sowie Zuleitungen 340 zu den Aufnahmeplätzen für Inkubatoren und passende Anschlüsse 150 an diesen Aufnahmeplätzen. Damit kann die Versorgung der Inkubatoren während der Dauer eines typischen Transports sichergestellt werden.
Glossar
Datenlogger
Ein Datenlogger ist eine prozessorgesteuerte Speichereinheit, welche Daten in einem bestimmten Rhythmus über eine Schnittstelle aufnimmt und auf einem Speichermedium ablegt. Er besteht aus einem programmierbaren Mikroprozessor, einem Speichermedium, mindestens einer Schnittstelle und ein oder mehreren Kanälen zum Anschluss der Datenquellen, wie z. B. Sensoren. Der Speicherrhythmus hängt von der konkreten Verwendung ab. Der Speichervorgang kann in genauen zeitlichen Abständen erfolgen oder jeweils im Moment der Datenerzeugung. In jedem Fall erfolgt der Speichervorgang immer voll automatisch. Für gezielte Anwendungen in der Sensorik kann ein Datenlogger aus einer speziellen mit Sensoren kombinierten Hardware bestehen, die physikalische Messdaten über eine bestimmte Zeit hinweg erfassen kann, wie beispielsweise Temperaturen, Spannungen und Beschleunigungen. (Nach de.wikipedia.org/wiki/Datenlogger)
Inkubator
Ein Inkubator, oder auch Brutschrank, ist ein Gerät, mit dem in der Biologie kontrollierte Außenbedingungen für verschiedene Entwicklungs- und Wachstumsprozesse geschaffen und erhalten werden können. Er dient der Schaffung und Erhaltung eines Mikroklimas mit eng geregelten Luftfeuchtigkeits- und Temperatur-Bedingungen. Der Brutschrank verfügt über eine Zeitschaltuhr und einen Temperaturregler und unter Umständen eine Einstellung für die Regelung der zugeführten Frischluft. Die eingestellte Temperatur ist dabei auf das Temperaturoptimum der zu inkubierenden Mikroorganismen abgestimmt. Zur Kultivierung tierischer Zellen werden CO₂-Inkubatoren verwendet. (Nach de.wikipedia.org/wiki/Inkubator_(Biologie))
Mikrotiterplatte / Microplate
Eine Mikrotiterplatte (engl. microwell plate, von engl. well für Schacht, oder auch microplate) ist ein multipler Probenträger. Die rechteckigen Mikrotiterplatten bestehen meist aus Kunststoff, für sehr spezielle Anwendungen auch aus Glas. Sie enthalten zwischen 6 (2 × 3) und 1536 (32 × 48) voneinander isolierte Näpfchen (Kavitäten, engl. wells) in Reihen und Spalten. Die genauen Abmessungen (Länge×Breite×Höhe) betragen gemäß ANSI-Standard auf Empfehlung der Society for Biomolecular Screening (SBS) 127,76 × 85,48 × 14,35 mm. Mikrotiterplatten werden für die unterschiedlichsten mikrobiologischen Arbeitsgänge eingesetzt. Typische Einsatzbereiche sind die Zellzüchtung oder das Screening technischer Bioreaktionen. Durch die große Anzahl der Kavitäten und die Verwendung gleicher Typen eignen sich Mikrotiterplatten für die Kultivierung und Testung großer Probenmengen. Bedingt durch die normierte Größe können fast alle Arbeitsgänge mit geeigneten Robotern automatisiert werden. (Nach de.wikipedia.org/wiki/Mikrotiterplatte)
Petrischale
Eine Petrischale ist eine flache, runde, durchsichtige Schale mit übergreifendem Deckel, die in der Regel in der Biologie, Medizin oder Chemie zum Einsatz kommt. (Nach de.wikipedia.org/wiki/Petrischale)
Probenträger
Mikrobiologische Proben bzw. Zellkulturen werden in Behältern aufbewahrt, die hier als Probenträger bezeichnet werden. Je nach Art der Proben kann es sich dabei um die verschiedensten Behälter handeln. Typischerweise finden jedoch Petrischalen oder Mikrotiterplatten (sog. Microplates), teilweise auch Erlenmeyerkolben o.ä., Verwendung. Multiple Probenträger, beispielsweise Mikrotiterplatten, werden auch als Probenträgersysteme bezeichnet.
Bezugszeichenliste

100: Regalsystem (Ausschnitt)
110: Oberseite des Inkubators
120: Gasaustritt
130: Entriegelungsschalter
140: Unterseite des Inkubators
150: Versorgungsanschluss
160: Kontrolllampe am Inkubator
170: Kontrolllampen am Regalsystem
200: innere Schale
210: Heizelement
220: Aussparung für Elektronikmodul
230: Elektronikmodul
240: Akkumulator
250: Sensoren
300: Regalsystem
310: Inkubator, kleinste Ausführung
320: Führungs- und Arretiervorrichtung
330: Versorgungseinheit
340: Zuleitung
350: Systemmontageverbinder
400: Inkubator, kleine Ausführung
410: Inkubator, mittlere Ausführung
420: Inkubator, große Ausführung
500: Transportbehälter
510: Wärmeisolierung
520: Akku-Pack
530: Wassertank
540: CO₂-Tank

zitierte Literatur
Patentliteratur

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6518059 B1 [0003, 0003, 0005]
DE 102005036763 A1 [0004, 0005]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

de.wikipedia.org/wiki/Datenlogger [0055]
de.wikipedia.org/wiki/Inkubator_(Biologie) [0056]
de.wikipedia.org/wiki/Mikrotiterplatte [0057]
de.wikipedia.org/wiki/Petrischale [0058]

Claims

Inkubator (310; 400, 410, 420) für die Aufnahme eines einzelnen Probenträgers mit: 1.1 individuellen Versorgungsanschlüssen (150) für elektrischen Strom, mindestens ein Gas und dampfförmiges oder flüssiges Wasser; 1.2 Mitteln zum Ansteuern von Ventilen zum Einstellen des über die Versorgungsanschlüsse (150) eintretenden Gas- und Wasser-Stroms, wodurch Gasgehalt und Luftfeuchtigkeit beeinflusst werden können; 1.3 Mitteln zum Herstellen einer drahtlosen Verbindung mit mindestens einem Computer oder einem Computernetzwerk; 1.3.1 wobei die Mittel zum Herstellen einer drahtlosen Verbindung derart ausgestaltet sind, dass Ist- und/oder Soll-Werte für Gasgehalt und Luftfeuchtigkeit bei Bestehen einer drahtlosen Verbindung abgefragt und/oder eingestellt und/oder durch Ansteuern der Ventile geregelt werden können.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch 2.1 Sensoren (250), um die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und den Gehalt an dem mindestens einen Gas im Inneren des Inkubators zu bestimmen; und 2.2 eine Temperiereinheit (210).
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch eine Steuereinheit zum selbsttätigen Regeln des über die Versorgungsanschlüsse (150) eintretenden Gas- und Wasser-Stroms sowie der Temperatur.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit in einem abtrennbaren Modul (230) angeordnet ist.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Speicher (240) für elektrische Energie.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Gasaustritt (120).
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 7.1 ein Filtersystem für die Versorgungsanschlüsse (150) und/oder den Gasaustritt (120), wobei das Filtersystem so beschaffen ist, 7.1.1 dass eine Kontamination des Inneren des Inkubators ausgeschlossen ist, und 7.1.2 dass eine Kontamination der Versorgungsanschlüsse (150) und/oder der Umgebungsluft ausgeschlossen ist.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 8.1 eine individuelle Identifikationsadresse, 8.1.1 wobei es sich um eine individuelle IP-Adresse handelt.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch 9.1 einen Datenlogger, 9.1.1 wobei der Datenlogger die aktuell von den Sensoren (250) ermittelten Werte zwischenspeichert, wenn keine Verbindung mit mindestens einem Computer oder einem Computernetzwerk besteht.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einer unteren (140) und einer oberen (110) Schale zusammengesetzt ist.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die untere (140) und die obere (110) Schale aus thermisch isolierendem Material bestehen.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die untere (140) und die obere Schale (110) jeweils aus einer inneren Schale (200) und einer äußeren Schale bestehen.
Inkubator (310; 400, 410, 420) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Inkubator (310; 400, 410, 420) zusätzlich zu den Mitteln zum Herstellen einer drahtlosen Verbindung über Mittel zum Herstellen einer USB- und/oder Ethernet-Verbindung mit mindestens einem Computer oder einem Computernetzwerk verfügt.
Regalsystem (100; 300) für Inkubatoren (310; 400, 410, 420) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, 14.1 wobei die Abmessungen der Inkubatoren (310; 400, 410, 420) ein Rastermaß einhalten und identische oder unterschiedliche Größen haben können; 14.2 wobei das Regalsystem (100; 300) 14.2.1 dazu geeignet ist, eine Mehrzahl der Inkubatoren (310; 400, 410, 420) aufzunehmen; 14.2.2 an das Rastermaß der Inkubatoren (310; 400, 410, 420) angepasst ist; 14.2.3 ermöglicht, weiter unten angeordnete Inkubatoren herauszunehmen oder einzusetzen, ohne darüber angeordnete Inkubatoren zu beeinflussen; 14.2.4 für jeden einzelnen der Mehrzahl von Inkubatoren (310; 400, 410, 420) individuelle Versorgungsanschlüsse (150) für elektrischen Strom, mindestens ein Gas und dampfförmiges oder flüssiges Wasser aufweist.
Regalsystem (100; 300) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden einzelnen der Mehrzahl von Inkubatoren (310; 400, 410, 420) eine Datenschnittstelle vorhanden ist.
Regalsystem (100; 300) nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch 16.1 einen Verriegelungsmechanismus (130; 320), welcher geeignet ist, 16.1.1 einzelne Inkubatoren (310; 400, 410, 420) fest mit dem Regalsystem (100; 300) zu verbinden, und 16.1.2 einzelne Inkubatoren (310; 400, 410, 420) unabhängig voneinander wieder freizugeben (130).
Transportbehälter (500) für Inkubatoren (310; 400, 410, 420) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Transportbehälter (500) 17.1 geeignet ist, mindestens einen solchen Inkubator (310; 400, 410, 420) aufzunehmen; 17.2 einen Speicher (520) für elektrische Energie aufweist; und 17.3 über Mittel (150; 340) verfügt, die den mindestens einen Inkubator mit elektrischem Strom versorgen können.
Transportbehälter (500) nach dem vorhergehenden Anspruch, gekennzeichnet durch 18.1 Vorratsbehälter für Wasser (530) und mindestens ein Gas (540); und 18.2 Mittel (150; 340), die den mindestens einen Inkubator mit mindestens einem Gas und dampfförmigem oder flüssigem Wasser versorgen können.
Transportbehälter (500) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich des Transportbehälters, der den mindestens einen Inkubator (310; 400, 410, 420) aufnehmen kann, über eine thermische Isolierung (510) verfügt.
Transportbehälter (500) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, gekennzeichnet durch Mittel zum Aufzeichnen der aktuell von den Sensoren (250) des mindestens einen Inkubators (310; 400, 410, 420) ermittelten Werte, wenn sich der mindestens eine Inkubator (310; 400, 410, 420) im Transportbehälter (500) befindet.
Regalsystem (100; 300) für Inkubatoren (310; 400, 410, 420) für die Aufnahme eines einzelnen Probenträgers, 21.1 wobei die Abmessungen der Inkubatoren (310; 400, 410, 420) ein Rastermaß einhalten und identische oder unterschiedliche Größen haben können; 21.2 wobei das Regalsystem (100; 300) 21.2.1 dazu geeignet ist, eine Mehrzahl der Inkubatoren (310; 400, 410, 420) aufzunehmen; 21.2.2 an das Rastermaß der Inkubatoren (310; 400, 410, 420) angepasst ist; 21.2.3 ermöglicht, weiter unten angeordnete Inkubatoren herauszunehmen oder einzusetzen, ohne darüber angeordnete Inkubatoren zu beeinflussen; 21.2.4 für jeden einzelnen der Mehrzahl von Inkubatoren (310; 400, 410, 420) individuelle Versorgungsanschlüsse (150) für elektrischen Strom, mindestens ein Gas und dampfförmiges oder flüssiges Wasser aufweist.
Transportbehälter (500) für Inkubatoren (310; 400, 410, 420) für die Aufnahme eines einzelnen Probenträgers, wobei der Transportbehälter (500) 22.1 geeignet ist, mindestens einen solchen Inkubator (310; 400, 410, 420) aufzunehmen; 22.2 Vorratsbehälter für Wasser (530) und mindestens ein Gas (540) aufweist; 22.3 einen Speicher (520) für elektrische Energie aufweist; und 22.4 über Mittel (150; 340) verfügt, die den mindestens einen Inkubator mit elektrischem Strom, mindestens einem Gas und dampfförmigem oder flüssigem Wasser versorgen können.
Modulares Inkubatorsystem mit: 23.1 einem Regalsystem (100; 300) nach einem der Ansprüche 14 bis 16 oder 21; 23.2 einer Mehrzahl von Inkubatoren (310; 400, 410, 420) nach einem der Ansprüche 1 bis 13; und 23.3 mindestens einem Transportbehälter (500) nach einem der Ansprüche 17 bis 20 oder 22.