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Die Erfindung betrifft eine Vibrationsvorrichtung, insbesondere für Petrischalen, mit einem Gehäuse, mindestens einem Vibrationserzeuger in dem Gehäuse und einem außerhalb des Gehäuses angeordneten Träger für mindestens eine Petrischale, der mit dem Vibrationserzeuger verbunden ist.
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Derartige Vibrationsvorrichtungen sind beispielsweise bekannt aus der
DE 10 2012 015 999 A1 . Der Vibrationskörper ist hier das Gehäuse der Vorrichtung selbst. Die hier beschriebene Vorrichtung wird beispielsweise bei der In-vitro-Befruchtung und Maturation lebender Eizellen, insbesondere menschlicher Eizellen verwendet. Die medizinischen Hintergründe für mechanische Agitation bei In-vitro-Befruchtung sind in dem Artikel „Mechanical Agitation During the in vitro Culture of Human Pre-Implantation Embryos Drastically Increases the Pregnancy Rate“, Clin. Lab. 11+12/2010, Seite 569-576 erläutert. Für gute Erfolgsaussichten werden mit den Vibrationsvorrichtungen Schwingfrequenzen von unter 40 HZ erzeugt, bei recht kleinen Schwingamplituden von meist weniger als 1 mm, beispielsweise 0,2 mm.
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Die Schwingfrequenz und die Schwingamplitude können zeitlich variiert auf die Embroy-Kulturen einwirken. Insbesondere ändert sich die Schwingfrequenz über die Zeit dahingehend, dass sie beispielsweise stetig von 5 Hz auf 20 Hz anwächst. Mit bekannten Vorrichtungen ließen sich recht gute Resultate erzielen. Allerdings war eine homogene Agitation sämtlicher auf den bekannten Vorrichtungen angeordneter Kulturen nicht immer gewährleistet. Auch war die Lebensdauer der bekannten Vorrichtungen nicht immer zufriedenstellend und der zuverlässige Betrieb mit gleichbleibenden Vibrationsparametern über einen längern Zeitraum von einigen Wochen oder Monaten häufig nicht zu erreichen.
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Andere Vorrichtungen zur mechanischen Agitation von Zelllinien gehen beispielsweise aus den Druckschriften
EP 2 419 503 B1 hervor. Hier wird eine Zelllinie in einem Kulturmedium in einer Kulturflasche einer Vibration ausgesetzt. Die Kulturflasche ist auf einer beweglichen Plattform befestigt, welche über Federelemente auf einem stationären Träger montiert ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die dauerhafte Zuverlässigkeit und Standfestigkeit der Vibrationsvorrichtung zu erhöhen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der Vibrationserzeuger mit dem Träger über mindestens ein Verbindungselement verbunden ist, welches eine Durchtrittsöffnung in einer Wand des Gehäuses durchragt, und dass ein Dichtelement das Verbindungselement gegenüber der Wand des Gehäuses abdichtet, wobei das Dichtelement von einer weichen Silikondichtung gebildet wird, welche die Durchtrittsöffnung ausfüllt und an der Oberfläche des Verbindungselements sowie an der Wand des Gehäuses haftet.
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Mit anderen Worten versetzt der Vibrationserzeuger nicht das Gehäuse selbst sondern einen Träger in Schwingung. Dabei ist der Vibrationserzeuger innerhalb des Gehäuses platziert, welches selbst nicht zur Schwingung angeregt wird. Unerwünschte Schallentwicklungen aufgrund übermäßiger Schwingungen des Gehäuses bleiben folglich aus. Damit der Vibrationserzeuger die Vibrationen auf den Träger für die Petrischalen übertragen kann, ist mindestens ein Verbindungselement zwischen dem Träger und dem Vibrationserzeuger angeordnet. Das Verbindungselement durchragt die Wand des Gehäuses und ist durch ein Dichtelement gegenüber dieser Wand abgedichtet.
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Folglich befinden sich alle schwingenden Teile bis auf den Träger und ein Abschnitt der Verbindungselemente innerhalb des Gehäuses. Die Gehäusewand selbst wird nicht oder nur in minimalem Maße zum Schwingen angeregt. Lediglich der oberhalb des Gehäuses angeordnete Träger wird durch vorzugsweise drei bis vier Verbindungselemente zur Schwingung angeregt. Der Durchtritt der Verbindungselemente durch die Deckwand des Gehäuses ist dabei durch Dichtelemente abgedichtet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass im Bereich des Durchtritts der Verbindungselemente kein Schall nach Außen tritt und kein Wasser in das Gehäuse eintritt. Dies hat erhebliche Auswirkungen auf die Lebensdauer der Vibrationsvorrichtung. Die Vibrationsvorrichtung wird in sehr feuchten und warmen Inkubatoren eingesetzt. Inkubatoren weisen in der Regel eine Luftfeuchtigkeit nahe 100% und eine Temperatur nahe 40°C auf. Die Behandlung der befruchteten Eizellen erstreckt sich über mehrere Stunden oder gar Tage. Die Vibrationsvorrichtung verweilt meist über mehrere Behandlungszyklen in dem Inkubator. Beim Öffnen der Tür des Inkubators, bei einem Temperaturabfall im Inkubator oder bei Entnahme kühlt die Vibrationsvorrichtung ab. Die Dichtung zwischen dem Verbindungselement und der Wand des Gehäuses verhindert ein Eintreten der warmen und feuchten Luft des Inkubators in das Gehäuse der Vibrationsvorrichtung und sich hieraus möglicherweise ergebende Korrosionsschäden.
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In der Praxis kann der Vibrationserzeuger an einem Vibrationskörper befestigt sein und das Verbindungselement selbst ebenfalls auf dem Vibrationskörper befestigt sein. Der Vibrationskörper hat eine vorgegebene Masse, die durch den Vibrationserzeuger auf die optimale Schwingfrequenz und Schwingamplitude angeregt wird. Bei einer relativ hohen Eigenmasse des Vibrationselements ist der Einfluss der geringen Masse der Petrischalen und ihrer Befüllung auf die erzeugten Vibrationen vernachlässigbar. Auch der Vibrationskörper befindet sich innerhalb des Gehäuses, so dass auch der Vibrationskörper außerhalb des Gehäuses keine Bauelemente oder Luftmoleküle zur Vibration anregt. Vibrationskörper und Verbindungselemente können in der Praxis aus hartem und starrem Material wie Metall oder Hartkunststoffbestehen. Die durch den Vibrationserzeuger hervorgerufenen Schwingungen des Vibrationskörpers werden durch das Harte und starre Material des Vibrationskörpers und der Verbindungselemente vollständig auf den Träger übertragen, der vorzugsweise ebenfalls aus hartem und starrem Material besteht. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass an jedem Ort des Trägers die gleichen Vibrationsbedingungen (Amplitude, Frequenz) herrschen.
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In der Praxis kann der Vibrationskörper auf einem Standfuß abgestützt sein. Der Standfuß kann entweder ebenfalls innerhalb des Gehäuses auf dessen Boden angeordnet sein oder das Bodenelement des Gehäuses selbst bilden. Der Vibrationskörper ist zu diesem Standfuß beweglich gehalten. Insbesondere ist der Vibrationskörper durch den Standfuß in einer horizontalen Ebene beweglich gehalten. Zu diesem Zweck kann zwischen dem Vibrationskörper und dem Standfuß entweder ein reibungsarmes Auflageelement oder ein Federelement angeordnet sein.
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Der Vibrationskörper kann auf dem Standfuß über eine reibungsarme Fläche, beispielsweise die Oberfläche eines Elements aus Polytetrafluorethylen (PTFE), einem reibungsarmen Kunststoff, aufliegen. Der Vibrationserzeuger ist fest an dem Vibrationskörper befestigt und versetzt diesen in Schwingungen in einer horizontal verlaufenden Ebene. Eine reibungsarme Auflagefläche, wie beispielsweise ein Auflageelement aus PTFE, kann die Reibung zwischen Vibrationskörper und Standfuß reduzieren und die Bewegung des Vibrationskörpers leichtgängig machen.
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Alternativ ist ein Federelement zwischen Vibrationskörper und Standfuß angeordnet. Das Federelement kann eine Resonanzfrequenz im Bereich der gewünschten Vibrationsfrequenz aufweisen. In diesem Fall kann mit einer nur geringen Vibrationsenergie eine sehr hohe Betriebszeit der Vibrationsvorrichtung realisiert werden.
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In der Wand des Gehäuses kann ferner ein Druckausgleichselement angeordnet sein, welches Gasmoleküle hindurchtreten lässt und Flüssigkeitsmoleküle zurückhält. Derartige Druckausgleichselemente sind für Gehäuse elektronischer Geräte bekannt. Beispielsweise werden sie von der Firma Bopla Gehäuse Systeme GmbH in 32257 Bünde oder von der Firma W.L. Gore & Associates, Inc. in Newark, Delaware, USA angeboten und sind für die Einhaltung unterschiedlicher Testnormen, z.B. IP64, IP65, IP67, IP68 oder IP69 ausgelegt. Derartige Druckausgleichselemente, in Englisch „vent“ genannt, lassen, wie gesagt, Luftmoleküle oder andere Gasmoleküle hindurchtreten, halten aber Flüssigkeitsmoleküle und Staubmoleküle zurück. Auf diese Weise bleibt das Innere des Gehäuses frei von Verunreinigungen und insbesondere von Flüssigkeit. Gerade aufgrund des Aufenthalts der Vibrationsvorrichtung innerhalb eines Inkubators bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit besteht die Gefahr, dass in das Gehäuse Kondensationsfeuchtigkeit eindringt. Wenn in dem Inkubator die Temperatur absinkt oder die Tür geöffnet wird oder wenn der Betrieb des Inkubators unterbrochen wird, kühlt die Vibrationsvorrichtung ab. Das Gasvolumen innerhalb des Gehäuses der Vibrationsvorrichtung zieht sich beim Abkühlen zusammen und saugt Luft von Außen an. Mit der Luft eintretende Wassermoleküle würden in dem Gehäuse kondensieren und zu Korrosion und Verschmutzungen der Bauelemente innerhalb des Gehäuses führen. Durch das Druckausgleichselement werden Wassermoleküle zurückgehalten.
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Ferner kann in der Praxis der Träger für die Petrischalen von einer Platte gebildet werden, die Vertiefungen aufweist, deren Durchmesser jeweils dem Durchmesser einer Petrischale entspricht. Die Petrischalen können so einfach auf die Platte der Vibrationsvorrichtung aufgelegt werden. Der Boden der Petrischale tritt dabei in eine Vertiefung ein, so dass die Petrischale in horizontaler Richtung ortsfest auf dem Träger fixiert ist. Die Vibrationen des Trägers in einer horizontalen Ebene werden folglich auf die in den Vertiefungen gehaltenen Petrischalen übertragen.
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In der Praxis können drei oder vier Verbindungselemente vorgesehen sein. Die Verbindungselemente sind vorzugsweise mittels einer Befestigungsschraube mit dem Träger verbunden. Hierzu kann in dem Verbindungselement ein Innengewinde vorgesehen werden, in welches das Außengewinde der Befestigungsschraube eingeschraubt wird.
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Die Vibrationsvorrichtung ist gemäß dem vorbekannten Stand der Technik ein Elektromotor mit einer Unwucht auf der Motorachse. Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Elementen kann in dem Gehäuse eine Steuerungselektronik für die Steuerung des Betriebs des Elektromotors angeordnet sein. Mittels einer Tastatur oder mittels einer digitalen Datenschnittstelle können in der Steuerungselektronik bestimmte Betriebsprogramme vorgegeben werden, welche die Zeitdauer des Betriebs des Elektromotors und ggf. die Drehzahl des Elektromotors vorgibt, welche die Vibrationsfrequenz bestimmt.
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In der Praxis kann ein Begrenzungsmittel für die Amplitude der Vibration vorgesehen werden. Ein derartiges Begrenzungsmittel vermeidet unzulässig hohe Amplituden, welche einen negativen Effekt auf die erfolgreiche Befruchtung und Maturation der befruchteten Eizelle haben kann. Eine Verstellbarkeit des Begrenzungsmittels kann ferner ermöglichen, die maximale Amplitude zu verändern, so dass unterschiedliche Werte für die maximale Amplitude eingestellt werden können.
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Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Vibrationsvorrichtung mit geschnittenem Gehäuse,
- 2 zeigt eine Draufsicht auf die Vibrationsvorrichtung aus 1,
- 3 zeigt eine dreidimensionale Explosionsdarstellung der in dem Gehäuse angeordneten Bauelemente der Vibrationsvorrichtung aus den 1 und 2,
- 4 zeigt die Bauelemente einer alternativen Ausführungsform einer Vibrationseinrichtung.
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Die Vibrationsvorrichtung aus den 1 bis 3 umfasst ein Gehäuse 1, das in 1 schematisch als einfaches Blechgehäuse dargestellt ist. Selbstverständlich eignet sich alternativ ein Kunststoffgehäuse und jede andere Gehäuseart für die Herstellung der hier beschriebenen Vibrationseinrichtung.
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In dem Gehäuse 1 ist ein Vibrationserzeuger 2 angeordnet, der schematisch in 3 dargestellt ist. Der Vibrationserzeuger 2 ist ein Elektromotor, auf dessen Motorachse 3 eine Unwucht 4 befestigt ist. Die Motorachse 3 ist senkrecht ausgerichtet, so dass die Unwucht 4 beim Drehen der Motorachse 3 des Elektromotors 2 ein in Richtung der Unwucht 4 nach Außen gerichtete Fliehkraft erzeugt. Der Elektromotor 2 wird fest innerhalb eines Vibrationskörpers 5 angeordnet, der aus einer kreisscheibenförmigen Flanschplatte 6 und einem zylindermantelförmigem Aufnahmeabschnitt 7 besteht, in den der Vibrationserzeuger 2 eingefügt wird. Der Vibrationskörper 5 ist über gummielastische Federelemente 8 mit einem Standfuß 9 verbunden. Zu diesem Zweck weist der Standfuß 9 Schraublöcher 10 auf, welche von Befestigungsschrauben (nicht dargestellt) durchragt werden. Die Außengewinde der Befestigungsschrauben werden im Innengewinde an der Unterseite der Federelemente 8 eingeschraubt. An der Oberseite der Federelemente 8 sind Gewindebolzen 26 befestigt, welche durch Durchgangslöcher 11 in der Flanschplatte 6 gesteckt werden und im Innengewinde 13 von Verbindungselementen 12 eingeschraubt werden. Die Verbindungselemente 12 bestehen aus Hartkunststoff oder Leichtmetall oder einem sonstigen starren Material, so dass sie Bewegungen des Vibrationskörpers 5 unmittelbar auf einen Träger 14 (siehe 1) übertragen.
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Der Träger 14 wird von einer Platte, z.B. aus Kunststoff oder Leichtmetall, gebildet, welche mehrere Vertiefungen 15 aufweist. Jede Vertiefung 15 hat einen Durchmesser von 55 mm, was dem üblichen Durchmesser von Petrischalen entspricht. Insbesondere in der 2 ist zu erkennen, dass eine derartige Platte 14 beispielsweise zwölf Vertiefungen zur Aufnahme von Petrischalen aufweisen kann. Im mittleren Bereich der Platte 12 sind vier Schraublöcher 16 angeordnet. Diese werden von Befestigungsschrauben 17 durchragt, mit denen die Platte 14 an den Verbindungselementen 12 festgeschraubt ist.
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In 1 ist ferner zu erkennen, dass jeweils ein Dichtelement 18 ein Verbindungselement 12 gegenüber einer Durchtrittsöffnung in der oberen Wand 19 des Gehäuses 1 abdichtet. Die Durchtrittsöffnung für die Verbindungselemente 12 hat einen mehrere Millimeter größeren Durchmesser als die Verbindungselemente 12 selbst. Die Durchtrittsöffnung selbst ist mit einer sehr weichen Silikondichtung ausgefüllt, welche das Dichtelement 18 bildet. Die Silikondichtung 18 besteht aus einem weichen gummiartigen Material, das während der Verarbeitung fest an der Oberfläche des Verbindungselements 12 sowie der oberen Wand 19 des Gehäuses 1 haftet. Nach dem Abbinden verliert die freie Oberfläche der Silikondichtung 18 ihre haftende Eigenschaft, klebt aber weiterhin an den während der Verarbeitung benetzten Oberflächen der oberen Wand 19 des Gehäuses 1 und der Verbindungselemente 12 fest. Der Kontakt zwischen dem Dichtelement 18 und den angrenzenden Oberflächen ist gasdicht. Da ein sehr weiches Silikon zur Bildung des Dichtelements 18 benutzt wird, erzeugen die Dichtelemente 18 keinen relevanten Widerstand für die relative Bewegung der Verbindungselemente 12 zu der oberen Wand 19 des Gehäuses 1.
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Durch diese Konstruktion ist sichergestellt, dass alle von dem Vibrationserzeuger (Elektromotor 2) angeregten Bauelemente sich im Wesentlichen innerhalb des Gehäuses 1 befinden. Durch das Gehäuse 1 wird von den zur Vibration angeregten Elementen erzeugter Schall weitgehend absorbiert. Die entsprechende Vibrationsvorrichtung ist folglich weitgehend lautlos.
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Ferner wird durch diese Abdichtung vermieden, dass Flüssigkeit im Bereich der Verbindungselemente 12 in das Gehäuse 1 eintritt. Wie oben erläutert, wird die Vibrationsvorrichtung vorzugsweise in Inkubatoren eingesetzt, in denen eine hohe Luftfeuchtigkeit und eine hohe Temperatur herrschen. Die Maßnahme, den Innenraum des Gehäuses gegen Feuchtigkeit abzudichten, erhöht die Lebensdauer der elektronischen Bauelemente innerhalb des Gehäuses 1 erheblich.
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In einer Seitenwand 20 des Gehäuses 1 ist ein Druckausgleichselement 21 eingeschraubt. Derartige Druckausgleichselemente werden bei der Herstellung von Gehäusen von elektronischen Geräten verwendet, um eine Belüftung der Gehäuse ohne Wassereintritt zu ermöglichen. Das Druckausgleichselement 21 lässt das Hindurchtreten von Gasmolekülen zu, verhindert aber das Eintreten oder Austreten von Flüssigkeitsmolekülen.
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Der Druckausgleich im Gehäuse 1 ist erforderlich, weil die Vibrationsvorrichtung in Inkubatoren eingesetzt wird, in denen eine Temperatur von bis zu 40°C herrscht. Beim Absinken der Temperatur in dem Inkubator oder bei der Entnahme der Vibrationsvorrichtung kann diese bis auf Raumtemperatur von 15 bis 20°C abkühlen. Das sich beim Erwärmen ausdehnende und beim Abkühlen zusammenziehende Gas innerhalb der Vibrationsvorrichtung kann durch das Druckausgleichselement 21 eintreten und austreten.
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Der in der 3 ersichtliche untere Bereich des Aufnahmeabschnitts 7 kann in einen Ring 22 hineinragen, der auf der Oberseite des Standfußes 9 geformt ist. Dabei kann der Ring 22 den Aufnahmeabschnitt 7 des Vibrationskörpers 5 mit geringem Spiel von weniger als 1 mm umgeben. Das geringe Spiel begrenzt die Amplitude der Vibrationsbewegung des Vibrationskörpers 5 gegenüber dem Standfuß 9.
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Die 4 zeigt eine der 3 entsprechende Explosionsdarstellung der Bauelemente einer alternativen Ausführungsform der Vibrationsvorrichtung. Gleiche Bauelemente sind hier mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Wiederum sind vier Verbindungselemente 12' vorgesehen, mit denen eine Platte 14 mit Vertiefungen 15 für Petrischalen auf einem Vibrationskörper 5' der Vibrationsvorrichtung befestigt werden kann. Auch diese Verbindungselemente 12' werden, wie in der 1 gezeigt, über Dichtelemente 18 gegenüber der oberen Wand 19 des Gehäuses 1 abgedichtet.
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Der Elektromotor 2 als Vibrationserzeuger mit der Unwucht 4 auf seiner Motorachse 3 ist auch hier in einen Aufnahmeabschnitt 7' des Vibrationskörpers 5' eingefügt. Der Vibrationskörper 5' ist hier aber nicht federnd mit dem Standfuß 9' verbunden, sondern liegt auf ihm in jede Richtung frei verschiebbar auf. Zu diesem Zweck ist der Ring 22' des Standfußes 9' höher ausgebildet und hat eine größere Wandstärke. Der obere Bereich des Rings 22' wird von einer ringförmigen Auflage 23 aus einem reibungsarmen Kunststoff, z.B. PTFE (Polytetrafluorethylen), gebildet. Auf diesem PTFE-Ring 23 liegt die Unterseite der Flanschplatte 6' des Vibrationskörpers 5' auf. Der Vibrationskörper 5' ist folglich bei geringer Reibung leichtgängig gegenüber dem Standfuß 9' verschiebbar.
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Ferner ist in 4 zu erkennen, dass der Ring 22' des Standfußes 9' vier Gewindebohrungen 24 aufweist. In diese Gewindebohrungen 24 sind vier Madenschrauben 25 einschraubbar. Mit den Madenschrauben 25 kann die Strecke eingestellt werden, über die sich der Vibrationskörper 5' frei bewegen kann. Diese Strecke entspricht der maximalen Amplitude der Bewegung des Vibrationskörpers 5' gegenüber dem Standfuß 9'. Diese Amplitude ist mittels der Madenschrauben folglich einstellbar.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Gehäuse
- 2
- Vibrationserzeuger, Elektromotor
- 3
- Motorachse
- 4
- Unwucht
- 5, 5'
- Vibrationskörper
- 6, 6'
- Flanschplatte
- 7, 7'
- Aufnahmeabschnitt
- 8
- Federelement
- 9, 9'
- Standfuß
- 10
- Gewindebolzen
- 11
- Durchgangsloch
- 12, 12'
- Verbindungselement
- 13
- Innengewinde
- 14
- Träger, Platte
- 15
- Vertiefung
- 16
- Schraubloch
- 17
- Befestigungsschraube
- 18
- Dichtelement, Silikondichtung
- 19
- obere Wand
- 20
- Seitenwand
- 21
- Druckausgleichselement
- 22,22'
- Ring
- 23
- Auflage aus PTFE
- 24
- Gewindebohrung
- 25
- Madenschraube
- 26
- Schraubloch
