DE102023002147A1 - MODULAR AUTOMATED DEVICE FOR CARRYING OUT CHEMICAL AND/OR BIOLOGICAL EXPERIMENTS - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine automatisierte Vorrichtung (1.1) für chemische und biologische Experimente, die mindestens zwei Bereiche (1.2) umfasst, die in Quadranten (1.5) unterteilt sind, darunter einen Arbeitsbereich (1.3) und einen Frontladerbereich (1.4). Die Vorrichtung verfügt über ein bewegliches Aktuatorsystem (1.8), das an einem Schlitten (1.14) befestigt ist, der mit einem kinematischen System (1.15) verbunden ist. Ein erster beweglicher Aktuator (1.9) transportiert einen Probenträger (1.11) mit mindestens einer Kavität (1.12) zwischen den Quadranten. Die Vorrichtung umfasst ein Modul (1.13) zur Aufnahme und Lagerung des Probenträgers, das als zweiteilige Struktur mit einer Aufbewahrungseinheit (1.18) und einem Innenraum (1.19) ausgeführt ist. Ein zweiter beweglicher Aktuator (1.10) füllt die Kavität (1.12) mit chemischen Substanzen oder biologischen Materialien oder entnimmt sie teilweise, wenn sich der Probenträger in einem beliebigen Quadranten befindet. Diese automatisierte Vorrichtung ermöglicht eine effiziente und organisierte Aufbewahrung von Probenträgern, indem sie modulare Komponenten verwendet, die Flexibilität erhöht und eine nahtlose Integration mit dem Aktuatorsystem ermöglicht, wodurch chemische und biologische Experimentierprozesse optimiert werden. The invention relates to an automated device (1.1) for chemical and biological experiments, which comprises at least two areas (1.2) divided into quadrants (1.5), including a work area (1.3) and a front loader area (1.4). The device has a movable actuator system (1.8) attached to a carriage (1.14) connected to a kinematic system (1.15). A first movable actuator (1.9) transports a sample carrier (1.11) with at least one cavity (1.12) between the quadrants. The device comprises a module (1.13) for receiving and storing the sample carrier, which is designed as a two-part structure with a storage unit (1.18) and an interior (1.19). A second movable actuator (1.10) fills or partially removes the cavity (1.12) with chemical substances or biological materials when the sample carrier is in any quadrant. This automated device enables efficient and organized storage of sample carriers by using modular components, increasing flexibility and enabling seamless integration with the actuator system, optimizing chemical and biological experimentation processes.
Description
TECHNISCHER BEREICHTECHNICAL AREA
Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatisierte Vorrichtung zur Durchführung von chemischen und/oder biologischen Experimenten. Genauer gesagt umfasst die Erfindung eine automatisierte Vorrichtung nach Anspruch 1 mit mindestens zwei Bereichen, darunter mindestens ein Arbeitsbereich und ein Frontladerbereich, die weiter in Quadranten unterteilt sind, und einem beweglichen Aktuatorsystem, das den Transport von Modulen zwischen diesen Bereichen ermöglicht. Darüber hinaus umfasst die Erfindung ein bewegliches Aktuatorsystem, das den Transport eines Probenträgers, der Kavitäten enthält, von einem Quadranten zum anderen ermöglicht und auch dazu geeignet ist, ein Volumen einer chemischen Substanz und/oder ein Volumen eines biologischen Materials zu transportieren. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Computerprogrammprodukt nach Anspruch 30, ein Computersystem nach Anspruch 31 und ein Datenträgersignal nach Anspruch 33.The present invention relates to an automated device for carrying out chemical and/or biological experiments. More specifically, the invention comprises an automated device according to claim 1 having at least two areas, including at least a work area and a front loader area, which are further divided into quadrants, and a movable actuator system that enables the transport of modules between these areas. Furthermore, the invention comprises a movable actuator system that enables the transport of a sample carrier containing cavities from one quadrant to the other and is also suitable for transporting a volume of a chemical substance and/or a volume of a biological material. The invention also relates to a computer program product according to claim 30, a computer system according to claim 31 and a data carrier signal according to claim 33.
STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART
Konventionelle automatische Pipettiersysteme sind in Laboren weit verbreitet. Sie automatisieren das Pipettieren von Flüssigkeiten, was die Genauigkeit verbessert und die Arbeitsbelastung des Laborpersonals verringert. Allerdings sind diese konventionellen Pipettierautomaten für bestimmte Aufgaben konzipiert und bieten nur eine begrenzte Flexibilität in Bezug auf ihre Funktionen. Trotz ihrer Vorteile, wie z. B. hoher Durchsatz und Reproduzierbarkeit in hochautomatisierten und parallelen Prozessen, haben die bestehenden automatisierten Pipettiersysteme jedoch einige Einschränkungen.Conventional automated pipetting systems are widely used in laboratories. They automate the pipetting of liquids, which improves accuracy and reduces the workload of laboratory personnel. However, these conventional pipetting machines are designed for specific tasks and offer limited flexibility in terms of their functions. However, despite their advantages, such as high throughput and reproducibility in highly automated and parallel processes, the existing automated pipetting systems have some limitations.
In der Regel sind automatisierte Pipettiergeräte auf bestimmte Protokolle und Aufgaben beschränkt und erfordern spezielle Anpassungen oder neue Geräte für unterschiedliche Anforderungen. Das kann die Flexibilität des Labors einschränken und zu höheren Kosten führen. Außerdem sind automatisierte Pipettiersysteme meist kompliziert zu bedienen, vor allem wenn sie für verschiedene Aufgaben ausgebildet werden müssen. Dies kann zu Fehlern führen und erfordert eine umfangreiche Schulung des Bedienpersonals. Eine häufige Herausforderung ist die Integration von automatisierten Pipettiersystemen in bestehende Laborinfrastrukturen und -prozesse, vor allem wenn Daten zwischen verschiedenen Vorrichtungen und Systemen ausgetauscht werden müssen. Vor allem für kleinere Einrichtungen und Unternehmen sind viele automatisierte Pipettiersysteme zu groß, nehmen wertvollen Platz im Labor ein und sind oft eine teure Investition. Vor allem der vorgegebene Funktionsumfang kann zu hohen Kosten und Anwendungseinschränkungen führen. Darüber hinaus können die Wartungs- und Betriebskosten sowie die Kosten für Verbrauchsmaterial und Zubehör erheblich sein.Typically, automated pipetting devices are limited to specific protocols and tasks and require special adaptations or new equipment for different requirements. This can limit the flexibility of the laboratory and lead to higher costs. In addition, automated pipetting systems tend to be complicated to operate, especially when they have to be trained for different tasks. This can lead to errors and requires extensive training of operators. A common challenge is the integration of automated pipetting systems into existing laboratory infrastructures and processes, especially when data must be exchanged between different devices and systems. Especially for smaller facilities and companies, many automated pipetting systems are too large, take up valuable space in the laboratory and are often an expensive investment. In particular, the predetermined range of functions can lead to high costs and application limitations. In addition, maintenance and operating costs as well as the costs of consumables and accessories can be significant.
In der Laborautomatisierung und insbesondere bei automatisierten Pipettiersystemen gibt es bereits eine Vielzahl von Technologien und Methoden, die zur Lösung verschiedener Aufgaben eingesetzt werden. Häufig handelt es sich dabei um eigenständige Vorrichtungen mit fest definierten Funktionen und begrenzter Flexibilität in Bezug auf die Anpassung an verschiedene Aufgaben oder die Erweiterbarkeit um neue Funktionen.In laboratory automation, and in particular in automated pipetting systems, there are already a variety of technologies and methods used to solve different tasks. Often these are stand-alone devices with clearly defined functions and limited flexibility in terms of adaptation to different tasks or expandability with new functions.
Zum Stand der Technik gehören z.B. Vorrichtungen mit fest installierten Pipettierköpfen, die eine bestimmte Anzahl von Proben in vordefinierte Formate übertragen können. Solche Vorrichtungen sind oft für die Verarbeitung von Standardplattenformaten wie Mikrotiterplatten ausgelegt und bieten nur begrenzte Möglichkeiten zur Anpassung an andere Formate oder Anforderungen.The state of the art includes, for example, devices with permanently installed pipetting heads that can transfer a certain number of samples into predefined formats. Such devices are often designed to process standard plate formats such as microtiter plates and offer only limited options for adaptation to other formats or requirements.
Einige automatische Pipettiersysteme bieten die Möglichkeit, verschiedene Werkzeuge oder Pipettiersysteme zu verwenden, um eine größere Flexibilität bei der Probenverarbeitung zu ermöglichen. Dies erfordert jedoch oft einen manuellen Wechsel der Werkzeuge oder Pipettiersysteme und kann daher zeitaufwändig und fehleranfällig sein. Außerdem setzen sie das Produkt oder den Bediener einem Kontaminationsrisiko aus, besonders bei der Herstellung von GMP-zertifizierten Arzneimitteln oder biotechnologischen Produkten.
Es gibt auch Systeme, die durch den Einsatz von Robotern Flexibilität bei der Handhabung von Proben bieten. Diese Vorrichtungen können oft eine Vielzahl verschiedener Aufgaben erfüllen, sind aber in der Regel sehr komplex und erfordern einen hohen Programmier- und Einrichtungsaufwand.Some automated pipetting systems offer the option of using different tools or pipetting systems to allow greater flexibility in sample processing. However, this often requires manual changing of tools or pipetting systems and can therefore be time-consuming and error-prone. They also expose the product or the operator to the risk of contamination, especially in the manufacture of GMP-certified pharmaceuticals or biotechnology products.
There are also systems that offer flexibility in sample handling through the use of robots. These devices can often perform a variety of different tasks, but are usually very complex and require a lot of programming and setup.
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Die meisten bestehenden Systeme sind auch in Bezug auf die Integration zusätzlicher Funktionen oder das Hinzufügen neuer Funktionen eingeschränkt. Oft erfordert die Integration neuer Funktionen den Kauf und die Installation zusätzlicher Geräte, was mit erheblichen Kosten und Aufwand verbunden ist.Most existing systems are also limited in terms of integrating additional features or adding new functionality. Often, integrating new features requires purchasing and installing additional equipment, which involves significant costs and effort.
Zusammenfassend ist der Stand der Technik bei automatisierten Pipettiersystemen durch eine Vielzahl von Vorrichtungen gekennzeichnet, von denen jede bestimmte Aufgaben erfüllen kann, wobei sie aber in ihrer Flexibilität, Anpassungsfähigkeit und Erweiterbarkeit begrenzt sind. Insbesondere für kleinere variable Experimente, wie sie in der akademischen Forschung und in kleineren Unternehmen üblich sind, sind die im Stand der Technik gefundenen Lösungen nicht gut geeignet.In summary, the state of the art in automated pipetting systems is characterized by a variety of devices, each of which can perform specific tasks, but which are limited in their flexibility, adaptability and expandability. In particular, the solutions found in the state of the art are not well suited for smaller variable experiments, as are common in academic research and in smaller companies.
AUFGABE DER ERFINDUNGTASK OF THE INVENTION
Nach dem Stand der Technik benötigen die Nutzer in vielen Bereichen wie der Laborautomatisierung, der Zellkulturproduktion und der medizinischen Arzneimittelentwicklung unterschiedliche Funktionalitäten. Diese erfordern oft ein neues System, das jeweils eigene Betriebsmechanismen aufweist. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein hochflexibles, modulares System bereitzustellen, das die verschiedenen funktionalen Anforderungen von Experimenten, vorzugsweise biologischen und/oder biochemischen und/oder chemischen Experimenten, erfüllt. Die hierin offenbarte automatisierte Vorrichtung ist so konzipiert, dass sie diese Anforderungen erfüllt und eine modulare, automatisierte, anpassbare Lösung mit einem standardisierten Design bietet.According to the state of the art, users in many fields such as laboratory automation, cell culture production and medical drug development require different functionalities. These often require a new system, each with its own operating mechanisms. An object of the present invention is therefore to provide a highly flexible, modular system that meets the various functional requirements of experiments, preferably biological and/or biochemical and/or chemical experiments. The automated device disclosed herein is designed to meet these requirements and to provide a modular, automated, customizable solution with a standardized design.
Die Hauptprobleme beim derzeitigen Stand der Technik sind mangelnde Flexibilität und Modularität. Für jede neue Funktion ist in der Regel ein neues System erforderlich, was zu erheblichen Kosten, Platzbedarf und operativer Komplexität führt. Alternativ dazu können bestehende Systeme umgerüstet oder erweitert werden. Der Mangel an Standardisierung verhindert jedoch die nahtlose Integration verschiedener Funktionen in ein bestehendes System.The main problems with the current state of the art are a lack of flexibility and modularity. Each new function typically requires a new system, resulting in significant costs, space requirements and operational complexity. Alternatively, existing systems can be upgraded or extended. However, the lack of standardization prevents the seamless integration of different functions into an existing system.
Einige Lösungen beinhalten zum Beispiel Roboterarme und/oder Aktuatoren mit Pipettenaufsätzen als Manipulatoren oder bieten die Möglichkeit, automatisierte Pipetten und Werkbänke mit verschiedenen Modulen anzupassen. Bislang gibt es jedoch keine Lösung, die ein modulares Design mit beweglichen Modulen bietet, die eine Vielzahl von unterschiedlichen Experimenten ermöglichen.For example, some solutions include robotic arms and/or actuators with pipette attachments as manipulators or offer the possibility to customize automated pipettes and workbenches with different modules. However, to date, there is no solution that offers a modular design with movable modules that enable a variety of different experiments.
LÖSUNGSOLUTION
Die vorliegende Erfindung löst diese Probleme, indem sie eine automatisierte Vorrichtung zur Durchführung chemischer und/oder biologischer Experimente gemäß Anspruch 1 bereitstellt.The present invention solves these problems by providing an automated apparatus for conducting chemical and/or biological experiments according to claim 1.
Darüber hinaus löst die vorliegende Erfindung die Aufgabe durch die Bereitstellung eines Computerprogrammprodukts nach Anspruch 30, eines Computersystems nach Anspruch 31 und eines Datenträgersignals nach Anspruch 33.Furthermore, the present invention solves the problem by providing a computer program product according to claim 30, a computer system according to claim 31 and a data carrier signal according to claim 33.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Ausführungsbeispielen zu finden.Further advantageous embodiments can be found in the subclaims, the description and the embodiments.
ALLGEMEINE VORTEILEGENERAL BENEFITS
Die vorliegende Erfindung bietet eine Reihe von Vorteilen. Der modulare Aufbau der Vorrichtung mit verschiedenen Bereichen und Quadranten ermöglicht die gleichzeitige oder sequenzielle Durchführung verschiedener Experimentierschritte, was zu einer verbesserten Effizienz bei der Durchführung chemischer und/oder biologischer Experimente führt.The present invention offers a number of advantages. The modular design of the device with different areas and quadrants allows different experimental steps to be carried out simultaneously or sequentially, which leads to improved efficiency in carrying out chemical and/or biological experiments.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Vorrichtung aufgrund der Vielfalt der Module und ihrer flexiblen Anordnung speziell für die Durchführung einer Vielzahl von chemischen und/oder biologischen Experimenten oder Wirksamkeitstests angepasst werden. Das System kann angepasst werden, ohne dass ein Labortechniker manuell eingreifen muss. Dies ermöglicht eine breite Palette von experimentellen Anwendungen und verringert das Risiko einer Kontamination.In one embodiment of the present invention, due to the variety of modules and their flexible arrangement, the device can be specifically adapted to perform a variety of chemical and/or biological experiments or efficacy tests. The system can be adapted without the need for manual intervention by a laboratory technician. This enables a wide range of experimental applications and reduces the risk of contamination.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erleichtert das bewegliche Aktuatorsystem den Transport von Probenträgern mit Kavitäten zwischen verschiedenen Quadranten. Auf diese Weise können chemische Substanzen und biologische Materialien transportiert werden, was eine effiziente Handhabung und Übertragung der Proben innerhalb der Vorrichtung ermöglicht. Außerdem stellt es Mittel zur Verfügung, mit denen der Inhalt des Probenträgers manipuliert werden kann, so dass eine breite Palette verschiedener Experimente durchgeführt werden kann.In a preferred embodiment of the present invention, the movable actuator system facilitates the transport of sample carriers with cavities between different quadrants. In this way, chemical substances and biological materials can be transported, allowing efficient handling and transfer of the samples within the device. In addition, it provides a means by which the contents of the sample carrier can be manipulated so that a wide range of different experiments can be carried out.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst die Vorrichtung ein Modul zur Aufnahme und Lagerung von Probenträgern, wodurch eine geordnete Lagerung und einfache Entnahme von Proben gewährleistet wird. Die Kombination aus Aufbewahrungseinheit und Transporteinheit ermöglicht ein reibungsloses Einlegen und Entnehmen des Probenträgers, was einen optimierten Arbeitsablauf erleichtert und Ausfallzeiten reduziert. Darüber hinaus können die Lagerbedingungen mit Hilfe von Sensoren, die an die jeweiligen Aufgaben angepasst sind, verändert und kontrolliert werden. So lässt sich beispielsweise durch den Einsatz eines Begasungsmittels die Gaszusammensetzung der Aufbewahrungseinheit manipulieren.In one aspect of the invention, the device comprises a module for receiving and storing sample carriers, which ensures orderly storage and easy removal of samples. The combination of storage unit and transport unit enables the sample carrier to be inserted and removed smoothly, which facilitates an optimized workflow and reduces downtime. In addition, the storage conditions can be changed and controlled using sensors that are adapted to the respective tasks. For example, the gas composition of the storage unit can be manipulated by using a fumigant.
In einer Ausführungsform umfasst die Transporteinheit der Vorrichtung Feststellmittel, vorzugsweise elektromagnetische Verbindungen, um die reversible und stabile Sicherung des Probenträgers während des Transports und der experimentellen Prozesse zu gewährleisten. Dadurch wird verhindert, dass die Proben während der Bewegung verschoben oder beschädigt werden, so dass die experimentelle Integrität aufrechterhalten wird, während gleichzeitig der begrenzte Platz, der für die Aufnahme eines solchen Systems in einem sterilen Arbeitsbereich, wie z. B. einer Sterilwerkbank, erforderlich ist, effizient genutzt wird. Die Transporteinheit ermöglicht eine Optimierung des Versuchsablaufes.In one embodiment, the transport unit of the device comprises locking means, preferably electromagnetic connections, to ensure the reversible and stable securing of the sample carrier during transport and experimental processes. This prevents the samples from being displaced or damaged during movement, thus maintaining experimental integrity, while at the same time efficiently using the limited space required to accommodate such a system in a sterile work area, such as a sterile workbench. The transport unit enables optimization of the experimental procedure.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die vorliegende Erfindung offenbart eine automatisierte Vorrichtung zur Durchführung chemischer und/oder biologischer Experimente, wobei die Vorrichtung mindestens zwei Bereiche umfasst, wobei die Bereiche als mindestens ein Arbeitsbereich und mindestens ein Frontladerbereich ausgebildet sind, wobei jeder der Bereiche in mindestens einen Quadranten unterteilt ist.The present invention discloses an automated device for carrying out chemical and/or biological experiments, the device comprising at least two areas, the areas being designed as at least one work area and at least one front loader area, each of the areas being divided into at least one quadrant.
Die Vorrichtung umfasst ein bewegliches Aktuatorsystem, das an einem Schlitten befestigt ist, der mit einem kinematischen System verbunden ist, wobei ein erster beweglicher Aktuator dazu eingerichtet ist, einen Probenträger mit mindestens einer Kavität von einem ersten Quadranten in einen zweiten Quadranten oder einen weiteren Quadranten zu transportieren.The device comprises a movable actuator system attached to a carriage connected to a kinematic system, wherein a first movable actuator is configured to transport a sample carrier having at least one cavity from a first quadrant to a second quadrant or another quadrant.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung mindestens ein Modul, das zur Aufnahme und Lagerung des Probenträgers eingerichtet ist, wobei ein zweiter beweglicher Aktuator dazu eingerichtet ist, die Kavität mit einem Volumen einer chemischen Substanz und/oder einem Volumen eines biologischen Materials zu befüllen und/oder das Volumen zumindest teilweise aus der Kavität zu entfernen, wenn der Probenträger im ersten Quadranten oder im zweiten Quadranten oder im weiteren Quadranten positioniert ist, wobei das Modul mindestens zweiteilig ausgeführt ist und mindestens ein erstes Modulteil und mindestens ein zweites Modulteil aufweist, wobei das erste Modulteil als Aufbewahrungseinheit ausgebildet ist und einen Innenraum aufweist, wobei der Innenraum zur Aufbewahrung des Probenträgers eingerichtet ist und wobei ein zweites Modulteil in Wirkverbindung mit einem ersten Modulteil und/oder dem beweglichen Aktuatorsystem steht.In addition, the device comprises at least one module which is designed to receive and store the sample carrier, wherein a second movable actuator is designed to fill the cavity with a volume of a chemical substance and/or a volume of a biological material and/or to at least partially remove the volume from the cavity when the sample carrier is positioned in the first quadrant or in the second quadrant or in the further quadrant, wherein the module is designed in at least two parts and has at least a first module part and at least a second module part, wherein the first module part is designed as a storage unit and has an interior space, wherein the interior space is designed to store the sample carrier and wherein a second module part is in operative connection with a first module part and/or the movable actuator system.
Unter Automatisierung versteht man ein Verfahren, das ohne die Mitwirkung eines Menschen durchgeführt werden kann. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung automatisiert betrieben werden. Für die Automatisierung sind technische Mittel, insbesondere Mittel der Datenverarbeitung, erforderlich, die zur Steuerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder einzelner Komponenten der Vorrichtung eingerichtet sind. Vorzugsweise erlaubt ein automatisierter Prozess, dass ein Mensch zu verschiedenen Zeiten während des automatisierten Prozesses (z. B. während des Versuchsverlaufs) in den Prozess eingreift, z. B. wenn Verbrauchsmaterial nachgefüllt werden muss.Automation is understood to mean a process that can be carried out without the involvement of a human. In a particularly preferred embodiment, the device according to the invention can be operated automatically. Automation requires technical means, in particular data processing means, which are set up to control the device according to the invention or individual components of the device. Preferably, an automated process allows a human to intervene in the process at various times during the automated process (e.g. during the course of the experiment), e.g. when consumables need to be refilled.
Ein weiterer bevorzugter Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die Automatisierung robust ist, d. h., sie erfordert nur wenig oder gar keinen externen Eingriff, wie z. B. die Beteiligung eines Menschen, während der Durchführung einer automatisierten Aufgabe, wie z. B. eines chemischen und/oder biologischen Experiments. Dies hat den technischen Vorteil, dass weniger Personal benötigt wird, um das Experiment zu überwachen, und dass Kosten und Kontaminationsrisiken reduziert werden.Another preferred aspect of the present invention is that the automation is robust, that is, it requires little or no external intervention, such as human involvement, during the performance of an automated task, such as a chemical and/or biological experiment. This has the technical advantage of requiring less personnel to monitor the experiment and reducing costs and contamination risks.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden unter biologischen Experimenten Prozesse verstanden, bei denen biologisches Material entweder mit chemischen Substanzen und/oder biologischem Material in Kontakt gebracht wird. In einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfassen diese Experimente Zellkulturexperimente und/oder Zellkulturkultivierung und/oder Wirkstoffscreening-Assays und/oder Genomsequenzierung und/oder Proteinexpression und -reinigung und/oder Geneditierung und/oder Enzymaktivität und/oder biochemische Reaktionen.In the context of the present invention, biological experiments are understood to mean processes in which biological material is brought into contact with either chemical substances and/or biological material. In a preferred aspect of the present invention, these experiments comprise cell culture experiments and/or cell culture cultivation and/or drug screening assays and/or genome sequencing and/or protein expression and purification and/or gene editing and/or enzyme activity and/or biochemical reactions.
Biologisches Material ist jede Substanz, die von lebenden Organismen stammt oder Bestandteile von lebenden Organismen enthält. Das können Zellen jeder Art sein, vorzugsweise wie Zellsuspensionen, Zellkulturen, biologische Flüssigkeiten, Mikroorganismen, pathogene Mikroorganismen, Viren, genomisches Material, Desoxy- oder Ribonukleinsäuren oder Proteine.Biological material is any substance that originates from living organisms or contains components of living organisms. This can be cells of any kind, preferably cell suspensions, cell cultures, biological fluids, microorganisms, pathogenic microorganisms, viruses, genomic material, deoxy- or ribonucleic acids or proteins.
Chemische Experimente sind Prozesse, bei denen chemische Substanzen (z. B. Reaktanten) miteinander in Kontakt gebracht werden, um chemische Reaktionen auszulösen. Sie können auch durchgeführt werden, um chemische Substanzen durch Reaktion oder durch Analyse mit spektroskopischen oder anderen Mitteln zu identifizieren.Chemical experiments are processes in which chemical substances (e.g. reactants) are brought into contact with each other to cause chemical reactions. They can also be carried out to identify chemical substances by reaction or by analysis by spectroscopic or other means.
Unter einer chemischen Substanz versteht man jedes Molekül oder jede molekulare Verbindung. In einer bevorzugten Ausführungsform können flüssige oder gelöste chemische Substanzen zur Reaktion gebracht und übertragen werden.A chemical substance is any molecule or molecular compound. In a preferred embodiment, liquid or dissolved chemical substances can be reacted and transferred.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung mindestens zwei Bereiche. Ein Bereich bezeichnet eine räumliche Abgrenzung, wobei der Basisbereich der erfindungsgemäßen Vorrichtung in mindestens zwei Bereiche unterteilt ist. Vorzugsweise ist der Bereich in mindestens einen Arbeitsbereich und mindestens einen Frontladerbereich unterteilt. In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung mindestens zwei Bereiche, vorzugsweise mindestens drei Bereiche. Die Bereiche können austauschbar angeordnet sein. Es kann auch mindestens einen Bereich geben, in dem Verbrauchsmaterial oder Zellkulturmedien gelagert werden.In some embodiments, the device according to the present invention comprises at least two areas. An area denotes a spatial demarcation, wherein the base area of the device according to the invention is divided into at least two areas. Preferably, the area is divided into at least one work area and at least one front loader area. In a preferred embodiment, the device comprises at least two areas, preferably at least three areas. The areas can be arranged interchangeably. There can also be at least one area in which consumables or cell culture media are stored.
Die Bereiche können parallel zueinander ausgerichtet sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung können die Bereiche von oben durch ein bewegliches Aktuatorsystem erreicht werden. Das bewegliche Aktuatorsystem kann in der Lage sein, Module, die auf den Bereichen platziert sind, zu manipulieren und/oder zu transportieren.The areas may be aligned parallel to each other. In some embodiments of the invention, the areas may be accessed from above by a movable actuator system. The movable actuator system may be able to manipulate and/or transport modules placed on the areas.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Bereiche voneinander getrennt, so dass sie von einem beweglichen Aktuatorsystem aus von der Seite zugänglich sind. Vorzugsweise sind die Bereiche klar voneinander abgegrenzt. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Abgrenzung nur optisch, in einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Abgrenzung durch physische Mittel, wie z. B. eine Erhebung oder einen Ausschnitt, der die verschiedenen Bereiche voneinander trennt. Vorzugsweise wird die Abgrenzung durch eine Umrahmung geschaffen.In a preferred embodiment of the present invention, the regions are separated from one another so that they are accessible from the side by a movable actuator system. Preferably, the regions are clearly demarcated from one another. In some embodiments, the demarcation is only optical, in a preferred embodiment, the demarcation is achieved by physical means, such as a protrusion or cutout that separates the different regions from one another. Preferably, the demarcation is created by a frame.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf eine automatisierte Vorrichtung, die mindestens zwei Bereiche umfasst, wobei jeder dieser Bereiche in mindestens einen Quadranten unterteilt ist. Ein Quadrant ist ein Bereich, der von einem anderen Bereich abgegrenzt ist. Ein Quadrant kann deckungsgleich mit einem Arbeitsbereich oder einem Frontladerbereich sein. Vorzugsweise ist ein erster Quadrant der Arbeitsbereich oder ein Teil davon und ein zweiter Quadrant ist der Frontladerbereich oder ein Teil davon. Es können auch weitere Quadranten vorgesehen sein, wobei die Quadranten mit weiteren Bereichen deckungsgleich sind. Die Quadranten sind vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet und erstrecken sich parallel zur Basisfläche. Die Basisfläche hat mindestens zwei Quadranten, vorzugsweise aber mindestens vier Quadranten.A further aspect of the invention relates to an automated device which comprises at least two areas, each of these areas being divided into at least one quadrant. A quadrant is an area which is delimited from another area. A quadrant can be congruent with a work area or a front loader area. Preferably, a first quadrant is the work area or a part thereof and a second quadrant is the front loader area or a part thereof. Further quadrants can also be provided, wherein the quadrants are congruent with further areas. The quadrants are preferably aligned parallel to one another and extend parallel to the base surface. The base surface has at least two quadrants, but preferably at least four quadrants.
Weiter bevorzugt ist ein Teil der Quadranten, vorzugsweise mindestens vier Quadranten, mit demselben Bereich ausgebildet. In einem Aspekt der Erfindung sind Quadranten, die mit demselben Bereich, z. B. einem Frontladerbereich oder einem Arbeitsbereich, bezeichnet sind, parallel zueinander angeordnet, um eine Reihe zu bilden, die wiederum parallel zu einem anderen Bereich, z. B. einem Frontladerbereich oder einem Arbeitsbereich, angeordnet sind.More preferably, a portion of the quadrants, preferably at least four quadrants, are formed with the same region. In one aspect of the invention, quadrants designated with the same region, e.g. a front loader region or a work region, are arranged parallel to each other to form a row, which in turn are arranged parallel to another region, e.g. a front loader region or a work region.
Das bedeutet vorteilhafterweise, dass Module, Behälter oder Verbrauchsmaterial in jedem Quadranten platziert werden können. Die Bezeichnungen erster, zweiter und weiterer Quadrant sind dabei vorzugsweise austauschbar verwendbar, ein Modul kann in jedem Quadranten platziert werden.This advantageously means that modules, containers or consumables can be placed in each quadrant. The terms first, second and further quadrant are preferably used interchangeably; a module can be placed in each quadrant.
Der Arbeitsbereich ist der Bereich der Vorrichtung, in dem der bewegliche Aktor wirkt und ein biologisches Material oder eine chemische Substanz auf den Probenträger, insbesondere die Kavität, aufträgt. Zum Beispiel können die Vertiefungen einer Mikrotiterplatte im Arbeitsbereich mit einer Zellsuspension befüllt werden.The working area is the area of the device in which the movable actuator acts and applies a biological material or a chemical substance to the sample carrier, in particular the cavity. For example, the wells of a microtiter plate in the working area can be filled with a cell suspension.
Der Frontladerbereich ist der Bereich der Vorrichtung, in den das erfindungsgemäße Modul eingesetzt wird, wobei das Modul den Probenträger enthält. Die Vorderseite ist der Bereich des Moduls, der bei bestimmungsgemäßem Gebrauch dem beweglichen Aktuator am nächsten ist, sobald dieser die verdeckte Transporteinheit aus dem Modul entfernt. Das Modul wird also an der Vorderseite durch den beweglichen Aktuator geöffnet.The front loader area is the area of the device into which the module according to the invention is inserted, the module containing the sample carrier. The front is the area of the module that is closest to the movable actuator when used as intended as soon as the actuator removes the concealed transport unit from the module. The module is therefore opened at the front by the movable actuator.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können der Frontladerbereich und der Arbeitsbereich austauschbar angeordnet werden. Das hat den Vorteil, dass die Bereiche so angeordnet werden können, dass ein effizientes Experimentieren nach den gewünschten Modulen möglich ist. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der keine Aufbewahrungseinheit erforderlich ist, können zwei Bereiche als Arbeitsbereiche genutzt werden.In a preferred embodiment of the present invention, the front loader area and the work area can be arranged interchangeably. This has the advantage that the areas can be arranged in such a way that efficient experimentation according to the desired modules is possible. In an embodiment of the present invention in which no storage unit is required, two areas can be used as work areas.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die vorliegende Erfindung ein bewegliches Aktuatorsystem, das aus mindestens einem ersten Aktuator und einem zweiten Aktuator besteht. Vorzugsweise sind der erste und der zweite Aktuator auf einem Schlitten montiert, der eine horizontale Bewegung ermöglichen kann.In a preferred embodiment, the present invention comprises a movable actuator system consisting of at least a first actuator and a second actuator. Preferably, the first and second actuators are mounted on a carriage that can allow horizontal movement.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht das Aktuatorsystem einen ersten beweglichen Aktuator vor, der zum Transport von chemischen Substanzen und/oder biologischem Material geeignet ist, und einen zweiten Aktuator, der Mittel zum Fixieren und Bewegen von Transporteinheiten und/oder Modulen bereitstellt.In an alternative embodiment of the present invention, the actuator system provides a first movable actuator suitable for transporting chemical substances and/or biological material and a second actuator providing means for fixing and moving transport units and/or modules.
Das bewegliche Aktuatorsystem weist mindestens einen ersten Aktuator und einen zweiten Aktuator auf. Besonders bevorzugt ist ein bewegliches Aktuatorsystem bestehend aus mindestens zwei beweglichen Aktuatoren vorgesehen.The movable actuator system has at least a first actuator and a second actuator. A movable actuator system consisting of at least two movable actuators is particularly preferably provided.
Das bewegliche Aktuatorsystem besteht aus mindestens zwei Aktuatoren, die an einem Schlitten befestigt sind, der mit einem kinematischen System verbunden ist.The movable actuator system consists of at least two actuators attached to a carriage connected to a kinematic system.
Ein Schlitten, der mit einem kinematischen System verbunden ist, ist eine mit Rädern oder Rollen ausgestattete mobile Vorrichtung, die mit einer mechanischen Vorrichtung zur Übertragung und Steuerung von Bewegungen ausgestattet ist und eine reibungslose und präzise Bewegung innerhalb eines bestimmten räumlichen Bezugsrahmens ermöglicht. Das kinematische System ermöglicht es dem Schlitten, sich in einer Raumachse, z. B. der y-Achse, zu bewegen, während er sich selbst in einer zweiten Raumachse, z. B. der x-Achse, bewegt. Die Bewegung erfolgt vorzugsweise automatisch. Besonders bevorzugt wird die Bewegung automatisch durchgeführt. Weiter bevorzugt wird die Bewegung des Schlittens, der mit einem kinematischen System verbunden ist, durch ein Steuergerät gesteuert.A carriage connected to a kinematic system is a mobile device equipped with wheels or rollers, which is equipped with a mechanical device for transmitting and controlling movements and enables smooth and precise movement within a certain spatial frame of reference. The kinematic system enables the carriage to move in one spatial axis, e.g. the y-axis, while it itself moves in a second spatial axis, e.g. the x-axis. The movement is preferably automatic. More preferably, the movement is carried out automatically. Further preferably, the movement of the carriage connected to a kinematic system is controlled by a control device.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das bewegliche Aktuatorsystem in der Lage, jeden Bereich der automatisierten Vorrichtung zu erreichen. In einer noch bevorzugteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der erste bewegliche Aktuator eine Transporteinheit in einen beliebigen Quadranten, besonders bevorzugt in einen beliebigen Quadranten im Frontladerbereich und/oder Arbeitsbereich, bewegen.In a preferred embodiment of the present invention, the movable actuator system is capable of reaching any area of the automated device. In an even more preferred embodiment of the present invention, the first movable actuator can move a transport unit into any quadrant, particularly preferably into any quadrant in the front loader area and/or work area.
Ein beweglicher Aktuator (der erste, der zweite, ein weiterer) und/oder ein bewegliches Aktuatorsystem ist ein Mittel, das in den drei Raumachsen x, y und z bewegt werden kann. Vorzugsweise bietet die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens zwei bewegliche Aktuatoren. Noch besser ist es, wenn sie mindestens einen ersten und einen zweiten Aktuator hat, die so angepasst werden können, dass sie unterschiedliche Aufgaben erfüllen. Die Bewegung erfolgt vorzugsweise automatisch. Besonders bevorzugt wird die Bewegung automatisch ausgeführt. Weiter vorzugsweise wird die Bewegung des beweglichen Aktuators von einem Steuergerät gesteuert. An dem beweglichen Aktuator kann mindestens ein Mittel angeordnet sein, das dazu dient, chemische Substanzen und/oder biologisches Material in eine Kavität oder aus einer Kavität heraus zu befördern. Ein beweglicher Aktuator kann zum Beispiel ein Roboter sein, auf dem Pipetten angeordnet sind. Mindestens ein beweglicher Aktuator ist dazu eingerichtet, den Probenträger und/oder eine chemische Substanz und/oder ein biologisches Material und/oder ein Verbrauchsmaterial von einem Quadranten in einen anderen Quadranten zu transportieren.A movable actuator (the first, the second, another) and/or a movable actuator system is a means that can be moved in the three spatial axes x, y and z. Preferably, the device according to the invention offers at least two movable actuators. It is even better if it has at least a first and a second actuator that can be adapted to perform different tasks. The movement is preferably automatic. Particularly preferably, the movement is carried out automatically. Further preferably, the movement of the movable actuator is controlled by a control device. At least one means can be arranged on the movable actuator that serves to transport chemical substances and/or biological material into or out of a cavity. A movable actuator can be, for example, a robot on which pipettes are arranged. At least one movable actuator is designed to transport the sample carrier and/or a chemical substance and/or a biological material and/or a consumable from one quadrant to another quadrant.
Die Bezeichnung erster und zweiter beweglicher Aktuator sind dabei vorzugsweise austauschbar und können entsprechend den installierten Modulen platziert werden. Dies hat den Vorteil, dass der Automatisierungsprozess durch eine Verkürzung der Prozesszeiten optimiert wird, indem die beweglichen Aktuatoren entsprechend den am häufigsten verwendeten Modulen in einer gewünschten Konfiguration angepasst werden.The designation of the first and second movable actuators are preferably interchangeable and can be placed according to the installed modules. This has the advantage that the automation process is optimized by shortening the process times by adapting the movable actuators according to the most frequently used modules in a desired configuration.
Ein erster beweglicher Aktuator ist jeder Aktuator, der die Bewegung eines Probenträgers und/oder einer Transporteinheit zwischen Quadranten erleichtert, z. B. vom ersten Quadranten zu einem zweiten Quadranten oder einem weiteren Quadranten. Der zweite bewegliche Aktuator ist so ausgestaltet, dass er die Vorderseite der Transporteinheit zumindest für die Dauer des Transports der Transporteinheit von einem Quadranten zum anderen kontaktiert.A first movable actuator is any actuator that facilitates the movement of a sample carrier and/or a transport unit between quadrants, e.g. from the first quadrant to a second quadrant or another quadrant. The second movable actuator is configured to contact the front of the transport unit at least for the duration of the transport of the transport unit from one quadrant to the other.
Ein zweiter beweglicher Aktuator ist jeder Aktuator, der geeignet ist, die Kavität mit einem Volumen einer chemischen Substanz und/oder einem Volumen eines biologischen Materials zu befüllen und/oder das Volumen zumindest teilweise aus der Kavität zu entfernen, wenn der Probenträger im ersten Quadranten oder im zweiten Quadranten oder im weiteren Quadranten positioniert ist.A second movable actuator is any actuator that is suitable for filling the cavity with a volume of a chemical substance and/or a volume of a biological material and/or for at least partially removing the volume from the cavity when the sample carrier is positioned in the first quadrant or in the second quadrant or in the further quadrant.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein beweglicher Aktuator angepasst werden, um den Inhalt eines Probenträgers oder einer Transporteinheit zu manipulieren, wie z. B. die Handhabung und den Transfer von Proben, die präzise Positionierung und Platzierung von Laborgeräten, das Pipettieren und Dispensieren von Flüssigkeiten, das Mischen und Rühren von Lösungen, das Zentrifugieren, die Temperaturkontrolle, die Messung und Analyse und andere Manipulationen, die für Laborverfahren und Experimente erforderlich sind.According to a preferred embodiment of the present invention, a movable actuator can be adapted to manipulate the contents of a sample carrier or transport unit, such as handling and transferring samples, precise positioning and placement of laboratory equipment, pipetting and dispensing liquids, mixing and stirring solutions, centrifuging, temperature control, measurement and analysis, and other manipulations required for laboratory procedures and experiments.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform stellt der erste bewegliche Aktuator magnetische Positionierungsmittel, vorzugsweise Magnete, noch bevorzugter Elektromagnete, am meisten bevorzugt ein drittes magnetisches Mittel, bereit, die dazu geeignet sind, eine Transporteinheit und/oder ein Modul zu fixieren und sicher zu bewegen.In a particularly preferred embodiment, the first movable actuator provides magnetic positioning means, preferably magnets, more preferably electromagnets, most preferably a third magnetic means, which are suitable for fixing and safely moving a transport unit and/or a module.
Ein Probenträger hat mindestens eine Kavität. Ein Probenträger kann eine Zellkulturplatte, z.B. eine Mikrotiterplatte, oder eine Petrischale sein. Ein Probenträger kann ein chemisches Reaktionsgefäß sein, z. B. ein Reagenzglasständer oder ein Reagenzglashalter. Der Probenträger kann auf eine Transporteinheit gestellt werden.A sample carrier has at least one cavity. A sample carrier can be a cell culture plate, e.g. a microtiter plate, or a Petri dish. A sample carrier can be a chemical reaction vessel, e.g. a test tube rack or a test tube holder. The sample carrier can be placed on a transport unit.
Unter einer Kavität versteht man einen Reaktions- und/oder Lagerraum, der vom Probenträger umschlossen ist. Die Kavität kann durch den beweglichen Aktuator oder durch Mittel, die am beweglichen Aktuator angeordnet sind, mit einer Flüssigkeit befüllt oder entleert werden. In manchen Fällen kann die Kavität ein Reagenzglas oder ein Mikrotiterröhrchen sein.A cavity is a reaction and/or storage space that is enclosed by the sample carrier. The cavity can be filled with or emptied of a liquid by the movable actuator or by means arranged on the movable actuator. In some cases, the cavity can be a test tube or a microtiter tube.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst außerdem mindestens ein Modul zur Aufnahme und Lagerung eines Probenträgers.The device according to the present invention further comprises at least one module for receiving and storing a sample carrier.
Ein Modul gemäß der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise in mindestens zwei Teilen aufgebaut. Das Modul ist in mindestens ein erstes Modulteil und ein zweites Modulteil unterteilt, wobei beide Modulteile in Wirkverbindung stehen. Das erste Modulteil kann zum Beispiel ein Kasten mit einer Öffnung sein, während das zweite Modulteil eine Schublade sein kann, die vorzugsweise als Transporteinheit für einen Probenträger ausgeführt ist, der in das erste Modulteil eingesetzt wird, das vorzugsweise als Aufbewahrungseinheit ausgeführt ist. Ein Modul kann auch mehr als ein erstes Modulteil und mehr als ein zweites Modulteil haben. Die Bezeichnungen erstes, zweites und weiteres Modul sind dabei vorzugsweise austauschbar verwendbar.A module according to the present invention is preferably constructed in at least two parts. The module is divided into at least a first module part and a second module part, with both module parts being operatively connected. The first module part can be, for example, a box with an opening, while the second module part can be a drawer, which is preferably designed as a transport unit for a sample carrier that is inserted into the first module part, which is preferably designed as a storage unit. A module can also have more than one first module part and more than one second module part. The terms first, second and further module can preferably be used interchangeably.
Das erfindungsgemäße Modul ist dazu bestimmt, mindestens einen Probenträger aufzunehmen und zu lagern. Das Modul kann im Wesentlichen quaderförmig sein und von einem Benutzer in einem Quadranten platziert werden, vorzugsweise in einem ersten Quadranten (z. B. Frontladerbereich). Verbrauchsmaterial kann in einem anderen Modul gelagert werden. Vorzugsweise sind die Grundfläche des Moduls und des weiteren Moduls gleich ausgebildet, so dass das Modul und das weitere Modul in jedem Quadranten platziert werden können. Vorzugsweise kann ein Modul auf ein anderes Modul oder ein weiteres Modul gestapelt werden, wobei die Module z. B. über eine Steckverbindung übereinandergestellt werden können. In einem Aspekt der vorliegenden Erfindung können so Aufbewahrungseinheiten im Frontladerbereich übereinander gestapelt werden, während gleichzeitig die Lagerung eines Probenträgers möglich ist. So kann der begrenzte Platz effizienter genutzt werden und es können mehr Proben gelagert werden.The module according to the invention is intended to accommodate and store at least one sample carrier. The module can be essentially cuboid-shaped and can be placed by a user in a quadrant, preferably in a first quadrant (e.g. front loader area). Consumables can be stored in another module. Preferably, the base area of the module and the further module are the same, so that the module and the further module can be placed in any quadrant. Preferably, a module can be stacked on top of another module or another module, wherein the modules can be placed on top of one another, for example via a plug connection. In one aspect of the present invention, storage units can thus be stacked on top of one another in the front loader area, while at the same time the storage of a sample carrier is possible. In this way, the limited space can be used more efficiently and more samples can be stored.
Vorzugsweise ist das erste Modulteil als Aufbewahrungseinheit ausgebildet, wobei diese einen Innenraum aufweist. Dieser ist so abgemessen, dass die Transporteinheit und der Probenträger in dem Innenraum positioniert werden können. Die Aufbewahrungseinheit hat mindestens eine Öffnung, durch die das zweite Modulteil bzw. die Transporteinheit in den Innenraum eingeführt werden kann.Preferably, the first module part is designed as a storage unit, which has an interior space. This is dimensioned so that the transport unit and the sample carrier can be positioned in the interior space. The storage unit has at least one opening through which the second module part or the transport unit can be introduced into the interior space.
Dies hat den Vorteil, dass die Proben unter kontrollierten Bedingungen gelagert werden können, z. B. unter einer bestimmten Temperatur, Lichtintensität und/oder Frequenz und Gaszusammensetzung.This has the advantage that the samples can be stored under controlled conditions, e.g. under a certain temperature, light intensity and/or frequency and gas composition.
Durch die Trennung von Modulen für den Arbeitsbereich und den Frontladerbereich können Probenmanipulation und -lagerung parallel und unter verschiedenen Bedingungen durchgeführt werden, so dass die Experimente effizienter durchgeführt werden können. Außerdem können durch den Einsatz verschiedener Module, die unterschiedliche Lagerungsbedingungen bieten, verschiedene Experimente gleichzeitig und räumlich getrennt auf begrenztem Raum durchgeführt werden. Das ist besonders wichtig für Experimente, die in Sterilwerkbänken durchgeführt werden müssen.By separating modules for the work area and the front loader area, sample manipulation and storage can be carried out in parallel and under different conditions. so that experiments can be carried out more efficiently. In addition, by using different modules that offer different storage conditions, different experiments can be carried out simultaneously and spatially separated in a limited space. This is particularly important for experiments that have to be carried out in sterile workbenches.
Die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung stellt insbesondere Mittel zur Verfügung, um biologische Experimente oder Wirksamkeitstests von pharmakologisch wirksamen Substanzen an zweidimensionalen Zellverbänden und/oder dreidimensionalen Zellverbänden durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können die Experimente automatisiert werden. Besonders bevorzugt umfassen die Experimente die Kultivierung von Zellkulturen, zum Beispiel für die Herstellung von Arzneimitteln.The device according to the present invention in particular provides means for carrying out biological experiments or efficacy tests of pharmacologically active substances on two-dimensional cell assemblies and/or three-dimensional cell assemblies. In a preferred embodiment of the invention, the experiments can be automated. The experiments particularly preferably comprise the cultivation of cell cultures, for example for the production of pharmaceuticals.
Unter einem zweidimensionalen Zellverband versteht man mindestens eine Schicht (z. B. eine Einzelschicht) von Zellen, die in einer Kavität gebildet wird. Es ist auch möglich, dass der zweidimensionale Zellverband aus mehr als einer Schicht gebildet wird. Unter einem dreidimensionalen Zellverband versteht man Zellen, die innerhalb einer Stützmatrix angeordnet sind. Ein Organoid ist zum Beispiel ein dreidimensionaler Zellverband. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu geeignet, eine zweidimensionale oder dreidimensionale Zellstruktur innerhalb einer Kavität zu erzeugen.A two-dimensional cell network is understood to mean at least one layer (e.g. a single layer) of cells that is formed in a cavity. It is also possible for the two-dimensional cell network to be formed from more than one layer. A three-dimensional cell network is understood to mean cells that are arranged within a support matrix. An organoid, for example, is a three-dimensional cell network. The device according to the invention is preferably suitable for producing a two-dimensional or three-dimensional cell structure within a cavity.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist mindestens ein Mittel auf, das zur Herstellung von zweidimensionalen oder dreidimensionalen Zellverbänden eingerichtet ist. Ein solches Mittel kann mindestens ein Werkzeug sein, an dem mindestens ein beweglicher Aktuator angeordnet ist und das zur Aufnahme und/oder Abgabe von Flüssigkeiten wie Zellsuspensionen eingerichtet ist. Vorzugsweise wird das Mittel durch das Steuergerät angesteuert, um ein Volumen einer chemischen Substanz oder eines biologischen Materials in eine Kavität abzugeben oder die Kavität zumindest teilweise zu entleeren. Vorzugsweise wird das Mittel durch das Steuergerät betätigt. Außerdem wird das Mittel vorzugsweise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch betätigt.The device according to the invention has at least one means that is designed to produce two-dimensional or three-dimensional cell associations. Such a means can be at least one tool on which at least one movable actuator is arranged and which is designed to receive and/or dispense liquids such as cell suspensions. The means is preferably controlled by the control unit in order to dispense a volume of a chemical substance or a biological material into a cavity or to at least partially empty the cavity. The means is preferably actuated by the control unit. In addition, the means is preferably actuated electrically, pneumatically or hydraulically.
Der Wirksamkeitstest im Rahmen dieser Erfindung ist ein Verfahren, bei dem ein biologisches Material mit einer chemischen Substanz in Kontakt gebracht wird, um zu bestimmen, welche Wirkung die chemische Substanz auf das biologische Material hat. Ein Wirksamkeitstest ist ferner ein Verfahren, bei dem ein biologisches Material mit einem anderen biologischen Material (z. B. Krankheitserregern, Proteinen) in Kontakt gebracht wird. In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann ein Wirksamkeitstest jedes Experiment sein, das die Effektivität oder Effizienz einer bestimmten biologischen Struktur oder eines biologischen Systems bei der Erreichung des beabsichtigten Zwecks bestimmt, wobei häufig relevante Parameter, Leistungskennzahlen oder angestrebter Ergebnisse gemessen oder analysiert werden, insbesondere wenn es um die Herstellung oder Prüfung von Arzneimitteln oder biotechnologischen Produkten geht.The efficacy test in the context of this invention is a method in which a biological material is brought into contact with a chemical substance in order to determine what effect the chemical substance has on the biological material. An efficacy test is also a method in which a biological material is brought into contact with another biological material (e.g. pathogens, proteins). In an alternative embodiment of the invention, an efficacy test can be any experiment that determines the effectiveness or efficiency of a particular biological structure or system in achieving its intended purpose, often measuring or analyzing relevant parameters, performance indicators or desired results, particularly when it comes to the manufacture or testing of pharmaceuticals or biotechnological products.
Unter einer pharmakologisch wirksamen Substanz versteht man eine chemische Substanz, die einen Einfluss auf biologisches Material hat und zum Beispiel den Stoffwechsel von Zellen beeinflusst.A pharmacologically active substance is a chemical substance that has an influence on biological material and, for example, influences the metabolism of cells.
Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung Mittel, mit denen die zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Zellverbände in der Kavität des Probenträgers erzeugt werden können. In einigen Ausführungsformen kann dies mithilfe eines beweglichen Aktuators geschehen und kann die Verwendung von mikrofluidischen Systemen, Zellkulturen, magnetischer Manipulation, gerüstbasierten Techniken und/oder Bioprinting-Techniken umfassen.Furthermore, the device comprises means by which the two-dimensional and/or three-dimensional cell aggregates can be generated in the cavity of the sample carrier. In some embodiments, this can be done using a movable actuator and can include the use of microfluidic systems, cell cultures, magnetic manipulation, scaffold-based techniques and/or bioprinting techniques.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Mittel der Vorrichtung eine Kombination verschiedener Aspekte der Erfindung, wie z. B. verschiedene Module, Aufbewahrungseinheiten und Probenträger, wobei das biologische Material durch das bewegliche Antriebssystem zwischen den Komponenten transportiert und durch einen Automatisierungsprozess überwacht wird.In a preferred embodiment, the means of the device are a combination of different aspects of the invention, such as different modules, storage units and sample carriers, wherein the biological material is transported between the components by the movable drive system and monitored by an automation process.
Die Vorrichtung umfasst eine Aufbewahrungseinheit mit mindestens einer Öffnung und einem zweiten Modulteil, das als Transporteinheit ausgebildet ist und in Wirkverbindung mit dem ersten Modulteil sowie dem ersten beweglichen Aktuator steht.The device comprises a storage unit with at least one opening and a second module part, which is designed as a transport unit and is in operative connection with the first module part and the first movable actuator.
Das zweite Modulteil ist als Transporteinheit konzipiert. Die Transporteinheit dient zur Aufnahme des Probenträgers und wird durch den beweglichen Aktuator von einem Quadranten zum anderen Quadranten transportiert.The second part of the module is designed as a transport unit. The transport unit is used to hold the sample carrier and is transported from one quadrant to the other quadrant by the movable actuator.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Transporteinheit so eingerichtet, dass sie von dem ersten beweglichen Aktuator durch die Öffnung in das erste Modulteil ganz oder teilweise eingesetzt und/oder entnommen werden kann.In one embodiment of the present invention, the transport unit is designed such that it can be completely or partially inserted and/or removed by the first movable actuator through the opening in the first module part.
In einem auf die Vorrichtung bezogenen Aspekt ist die Transporteinheit zur Aufnahme des Probenträgers ausgebildet und verfügt über mindestens ein Feststellmittel, das zur reversiblen Befestigung des Probenträgers an der Transporteinheit eingerichtet ist.In an aspect related to the device, the transport unit is designed to receive the sample carrier and has at least one locking means which is used for reversible fastening attachment of the sample carrier to the transport unit.
Vorzugsweise verfügt die Transporteinheit über mindestens ein Feststellmittel. Das Feststellmittel dient zur reversiblen Fixierung des Probenträgers an der Transporteinheit. So kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass der Probenträger nicht im Inneren der Aufbewahrungseinheit verrutschen kann. Das Feststellmittel kann z.B. als Klemme ausgeführt sein, die den Probenträger gegen einen Bereich der Transporteinheit drückt. Auch Elemente können als Feststellmittel in Frage kommen. Die Oberfläche der Transporteinheit, auf die der Probenträger gelegt wird, kann zum Beispiel mindestens ein Element aufweisen, das für eine erhöhte Haftreibung des Probenträgers gegenüber der Transporteinheit sorgt. Das Element kann zum Beispiel aus einem Silikon oder einem Gummi bestehen. Das hat den Vorteil, dass der Probenträger nicht zwischen einem Feststellmittel, zum Beispiel in Form einer Klammer, platziert werden muss, sondern dass es ausreicht, den Probenträger auf die Transporteinheit zu legen.The transport unit preferably has at least one locking device. The locking device serves to reversibly fix the sample carrier to the transport unit. This advantageously ensures that the sample carrier cannot slip inside the storage unit. The locking device can, for example, be designed as a clamp that presses the sample carrier against an area of the transport unit. Elements can also be used as locking devices. The surface of the transport unit onto which the sample carrier is placed can, for example, have at least one element that ensures increased static friction of the sample carrier against the transport unit. The element can, for example, be made of silicone or rubber. This has the advantage that the sample carrier does not have to be placed between a locking device, for example in the form of a clamp, but that it is sufficient to place the sample carrier on the transport unit.
Unter Fixierung versteht man einen Vorgang, bei dem ein Modul, ein anderes Modul, eine Transporteinheit oder ein Behälter innerhalb eines Quadranten so positioniert wird, dass er/es bei bestimmungsgemäßem Gebrauch in dieser Position verbleibt und insbesondere nicht verrutschen kann, z. B. aufgrund von Vibrationen. In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bedeutet die reversible Fixierung eines Gegenstands, seine Bewegung in mindestens einer, vorzugsweise zwei, alternativ drei Raumachsen x, y, z für eine bestimmte Zeit einzuschränken. Dies kann in der Form geschehen, dass das Objekt neben und/oder auf ein Feststellmittel, vorzugsweise ein magnetisches Mittel, gestellt wird.Fixing is understood to mean a process in which a module, another module, a transport unit or a container is positioned within a quadrant in such a way that it remains in this position when used as intended and in particular cannot slip, e.g. due to vibrations. In an alternative embodiment of the present invention, the reversible fixation of an object means restricting its movement in at least one, preferably two, alternatively three spatial axes x, y, z for a certain time. This can be done in the form of the object being placed next to and/or on a fixing means, preferably a magnetic means.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung mindestens einen Quadranten mit einem magnetischen Positionierungsmittel, wobei das magnetische Positionierungsmittel unter der Basisfläche der Vorrichtung angeordnet ist oder einen Teil davon bildet. Das magnetische Positionierungsmittel ist vorzugsweise innerhalb eines Quadranten angeordnet. Das magnetische Positionierungsmittel kann als Permanentmagnet oder Elektromagnet ausgeführt sein. Vorzugsweise ist das magnetische Positionierungsmittel als Elektromagnet ausgeführt. Dieser kann über das Steuergerät aktiviert werden. Das magnetische Positionierungsmittel steht vorzugsweise in Wirkverbindung mit dem beweglichen Aktuator. Das Steuergerät aktiviert dann das magnetische Positionierungsmittel, um die Transporteinheit innerhalb des Quadranten zu fixieren, indem das magnetische Positionierungsmittel die Transporteinheit in Wirkverbindung mit einem gegensätzlichen Positionierungsmittel fixiert, das unterhalb der Transporteinheit, d.h. auf deren Unterseite, angeordnet ist. Mit Hilfe des magnetischen Positionierungsmittels kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass eine Umrahmung, die das Modul, das weitere Modul oder den zu positionierende Behälter innerhalb des Quadranten formschlüssig fixiert, einfach und reversibel entfernt werden kann. So hat die Basisfläche keine Erhebungen, ist leichter zu reinigen und das Kontaminationsrisiko wird verringert.The device preferably comprises at least one quadrant with a magnetic positioning means, wherein the magnetic positioning means is arranged under the base surface of the device or forms part of it. The magnetic positioning means is preferably arranged within a quadrant. The magnetic positioning means can be designed as a permanent magnet or electromagnet. Preferably, the magnetic positioning means is designed as an electromagnet. This can be activated via the control unit. The magnetic positioning means is preferably operatively connected to the movable actuator. The control unit then activates the magnetic positioning means in order to fix the transport unit within the quadrant by the magnetic positioning means fixing the transport unit in operative connection with an opposing positioning means that is arranged below the transport unit, i.e. on its underside. With the aid of the magnetic positioning means, it can advantageously be achieved that a frame that positively fixes the module, the further module or the container to be positioned within the quadrant can be removed easily and reversibly. The base surface thus has no elevations, is easier to clean and the risk of contamination is reduced.
Die Basisfläche bezieht sich auf die Oberfläche der Vorrichtung, die die Oberseite der Basis ist. Die Oberfläche besteht aus einem magnetischen oder magnetisierbaren Material, vorzugsweise aus einem magnetischen Metall. Die Basisfläche ist so angeordnet, dass eine Umrahmung darauf magnetisch befestigt werden kann und wird dadurch in mindestens einen Quadranten oder mindestens einen Bereich unterteilt.The base surface refers to the surface of the device which is the top of the base. The surface is made of a magnetic or magnetizable material, preferably a magnetic metal. The base surface is arranged so that a frame can be magnetically attached thereto and is thereby divided into at least one quadrant or at least one region.
Die Basis bezeichnet den Teil der Vorrichtung, der an ihrer oberen Begrenzung mit der Basisfläche abschließt. Zur Basis gehören z. B. die Steuergeräte und/oder die Mittel zur Datenübertragung und andere Mittel wie Pumpen.The base refers to the part of the device that is flush with the base surface at its upper limit. The base includes, for example, the control devices and/or the means for data transmission and other means such as pumps.
Darüber hinaus ist in einem Aspekt der Erfindung, bei dem eine Unterseite der Transporteinheit und/oder eine Unterseite des Moduls und/oder eine Unterseite eines Modulträgers von der Vorrichtung (1.1) umschlossen werden, mindestens ein gegensätzliches Positionierungsmittel angeordnet, das in Wirkverbindung mit dem magnetischen Positionierungsmittel des Quadranten eingerichtet ist, um die Transporteinheit und/oder das Modul und/oder den Modulträger innerhalb des Quadranten auszurichten und zu fixieren.Furthermore, in an aspect of the invention, in which a bottom side of the transport unit and/or a bottom side of the module and/or a bottom side of a module carrier are enclosed by the device (1.1), at least one opposing positioning means is arranged, which is arranged in operative connection with the magnetic positioning means of the quadrant in order to align and fix the transport unit and/or the module and/or the module carrier within the quadrant.
Der Modulträger ist dazu geeignet, mindestens ein Modul, ein weiteres Modul oder einen Behälter aufzunehmen und in Bezug auf die Basisfläche anzuordnen. Der Modulträger kann eine rahmenförmige Konstruktion oder eine im Wesentlichen plattenförmige Konstruktion sein, die an der auf der Basisfläche befestigten Umrahmung angebracht oder in diese eingesetzt wird. Auf dem Modulträger kann dann mindestens ein Modul, ein anderes Modul oder ein Behälter angeordnet werden. Es kann auch mehrere Modulträger geben. Die Modulträger können sich zum Beispiel in Form und Abmessungen unterscheiden. Ein Modulträger kann auch so gestaltet sein, dass er mit einem anderen Modulträger verbunden, insbesondere auf den anderen Modulträger aufgesteckt werden kann. Auf diese Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass die Position eines Moduls, eines weiteren Moduls oder eines Behälters in der Höhe, bezogen auf die Basisfläche, variiert werden kann. Um die Höhe eines Moduls zu verändern, können zum Beispiel zwei oder mehr Modulträger übereinandergelegt werden. Ein Modulträger kann mindestens ein magnetisches Positionierungsmittel aufweisen.The module carrier is suitable for receiving at least one module, another module or a container and arranging it in relation to the base surface. The module carrier can be a frame-shaped construction or a substantially plate-shaped construction which is attached to or inserted into the frame attached to the base surface. At least one module, another module or a container can then be arranged on the module carrier. There can also be several module carriers. The module carriers can differ in shape and dimensions, for example. A module carrier can also be designed in such a way that it can be connected to another module carrier, in particular can be plugged onto the other module carrier. In this way, it can advantageously be achieved that the position of a module, another module or a container can be varied in height relative to the base surface. In order to change the height of a module, two or more module carriers can be placed on top of one another, for example. A module carrier may have at least one magnetic positioning means.
Die Transporteinheit, das Modul, das weitere Modul, der Modulträger oder der Behälter hat eine Unterseite. Die Unterseite ist die Seite, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Basisfläche am nächsten ist. Die Unterseite kann mindestens ein gegensätzliches Positionierungsmittel aufweisen, das dazu eingerichtet ist, um das Modul, das weitere Modul, den Modulträger oder den Behälter innerhalb eines Quadranten in Wirkverbindung mit dem magnetischen Positionierungsmittel zu fixieren.The transport unit, the module, the additional module, the module carrier or the container has a bottom side. The bottom side is the side that is closest to the base surface during intended use. The bottom side can have at least one opposing positioning means that is designed to fix the module, the additional module, the module carrier or the container within a quadrant in operative connection with the magnetic positioning means.
Die Vorrichtung sieht vorzugsweise eine Umrahmung vor, wobei mindestens ein Quadrant zumindest teilweise von der Umrahmung eingegrenzt ist, wobei die Umrahumg gegenüber der Basisfläche der Vorrichtung erhöht ist, wobei die Umrahmungsunterseite der Umrahmung mit magnetischen Positionierungsmitteln ausgestattet ist, die die Umrahmung an der Basisfläche befestigen können, und wobei die Umrahmung und/oder das Modul und/oder der Modulträger auf mindestens ein erhöhtes Positionierungsmittel aufgesetzt werden kann, wobei das erhöhte Positionierungsmittel mit der Basisfläche verbunden und insbesondere als Stift ausgebildet ist.The device preferably provides a frame, wherein at least one quadrant is at least partially delimited by the frame, wherein the frame is raised relative to the base surface of the device, wherein the frame underside of the frame is equipped with magnetic positioning means which can fasten the frame to the base surface, and wherein the frame and/or the module and/or the module carrier can be placed on at least one raised positioning means, wherein the raised positioning means is connected to the base surface and in particular is designed as a pin.
Es kann eine Umrahmung vorgesehen werden, die dazu eingerichtet ist, ein Modul, ein weiteres Modul, eine Transporteinheit oder einen Behälter in mindestens zwei Freiheitsgraden innerhalb der X-Y-Ebene, d.h. der Ebene, die parallel zur Basisfläche verläuft, vorteilhaft zu begrenzen und damit in der X-Y-Ebene zu fixieren. Vorzugsweise ist die Umrahmung gegenüber der Basisfläche erhöht. Das Modul, das weitere Modul, die Transporteinheit oder der Behälter, der in der Umrahmung untergebracht werden soll, kann von oben (in der Z-Achse) in die Umrahmung eingesetzt werden. Vorzugsweise verfügt die Umrahmung über mindestens ein Befestigungsmittel, das in Wirkverbindung mit einem erhöhten Positionierungsmittel dazu dient, die Umrahmung in der X-Y-Ebene auf der Basisfläche zu fixieren. Vorzugsweise wird die Umrahmung auf ein erhöhtes Positionierungsmittel gestellt. Besonders bevorzugt setzt die Umrahmung auf der Unterseite magnetische Positionierungsmittel ein, mit denen sie auf einer magnetischen Basisfläche befestigt werden kann. Alternativ kann die Umrahmung an ihrer Unterseite ein gegensätzliches Positionierungsmittel aufweisen, das in Wirkverbindung mit dem magnetischen Positionierungsmittel mindestens eines Quadranten zur Befestigung der Umrahmung steht. Die Umrahmung kann von den erhobenen Positionierungsmitteln wieder entfernt werden. Dadurch wird erreicht, dass sowohl die Umrahmung als auch die Basisfläche unterhalb der Umrahmung leicht gereinigt werden können.A frame can be provided which is designed to advantageously limit a module, another module, a transport unit or a container in at least two degrees of freedom within the X-Y plane, i.e. the plane that runs parallel to the base surface, and thus to fix it in the X-Y plane. Preferably, the frame is raised compared to the base surface. The module, the other module, the transport unit or the container that is to be accommodated in the frame can be inserted into the frame from above (in the Z axis). Preferably, the frame has at least one fastening means that, in operative connection with a raised positioning means, serves to fix the frame in the X-Y plane on the base surface. Preferably, the frame is placed on a raised positioning means. Particularly preferably, the frame uses magnetic positioning means on the underside with which it can be attached to a magnetic base surface. Alternatively, the frame can have an opposing positioning means on its underside, which is operatively connected to the magnetic positioning means of at least one quadrant for fastening the frame. The frame can be removed again from the raised positioning means. This ensures that both the frame and the base area below the frame can be easily cleaned.
Ein erhobenes Positionierungsmittel ist so angeordnet, dass eine Umrahmung darauf platziert werden kann. Das erhobene Positionierungsmittel ist zum Beispiel als Stift ausgeführt. Für den Fall, dass die Umrahmung auf den Stift gesetzt werden soll, hat die Umrahmung Löcher, in denen die Stifte geführt werden, so dass die Freiheitsgrade der Umrahmung in der X-Y-Ebene eingeschränkt werden. Stifte sind erhöhte Strukturen mit ausreichender struktureller Integrität, um das angebrachte Objekt gegen Bewegungen in der X-Y-Ebene zu fixieren.A raised positioning means is arranged so that a frame can be placed on it. The raised positioning means is designed, for example, as a pin. In case the frame is to be placed on the pin, the frame has holes in which the pins are guided so that the degrees of freedom of the frame in the X-Y plane are restricted. Pins are raised structures with sufficient structural integrity to fix the attached object against movements in the X-Y plane.
Die Umrahmungsunterseite der Umrahmung ist die Seite, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch der Basisfläche am nächsten ist. Die Umrahmungsunterseite kann mit mindestens einem gegensätzlichen Positionierungsmittel ausgestattet sein.The frame bottom of the frame is the side that is closest to the base surface during normal use. The frame bottom may be equipped with at least one opposing positioning means.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Transporteinheit eine Vorderseite und eine Rückseite, wobei die Vorderseite von dem ersten beweglichen Aktuator kontaktiert werden kann, um die Transporteinheit zu transportieren, und die Rückseite gegenüber der Vorderseite angeordnet ist, wobei die Rückseite mindestens ein erstes magnetisches Mittel umfasst, das ein zweites magnetisches Mittel kontaktieren kann, das sich auf einer Oberfläche des Innenraums der Aufbewahrungseinheit gegenüber der Rückseite befindet.In a preferred embodiment of the invention, a transport unit comprises a front side and a rear side, wherein the front side can be contacted by the first movable actuator to transport the transport unit, and the rear side is arranged opposite the front side, wherein the rear side comprises at least a first magnetic means that can contact a second magnetic means that is located on a surface of the interior of the storage unit opposite the rear side.
Die Vorderseite bezeichnet den Teil der Transporteinheit, der dem beweglichen Aktuator während des Transports der Transporteinheit durch den beweglichen Aktuator am nächsten ist. Die Vorderseite ist gegenüber der Rückseite angeordnet. Die Vorderseite ist so gestaltet, dass sie von dem beweglichen Aktuator kontaktiert werden kann. Die Vorderseite kann mindestens ein viertes magnetisches Mittel und/oder ein Halteelement enthalten. Das Halteelement (z. B. ein Griff) ist so beschaffen, dass ein Benutzer die Transporteinheit aus dem ersten Modulteil herausnehmen kann, ohne den beweglichen Aktuator zu benötigen.The front side refers to the part of the transport unit that is closest to the movable actuator during transport of the transport unit by the movable actuator. The front side is arranged opposite the rear side. The front side is designed such that it can be contacted by the movable actuator. The front side can include at least a fourth magnetic means and/or a holding element. The holding element (e.g. a handle) is designed such that a user can remove the transport unit from the first module part without needing the movable actuator.
Die Rückseite bezeichnet den Teil der Transporteinheit, der während des Transports der Transporteinheit durch den beweglichen Aktuator am weitesten von diesem entfernt ist. Die Rückseite ist gegenüber der Vorderseite angeordnet.The rear side refers to the part of the transport unit that is furthest away from the movable actuator during transport of the transport unit. The rear side is arranged opposite the front side.
Ein erstes magnetisches Mittel kann aus einem Permanentmagneten oder einem Metall bestehen, das von einem Magneten angezogen wird. Vorzugsweise ist das erste magnetische Mittel an der Rückseite der Transporteinheit angeordnet. Das erste magnetische Mittel steht in Wirkverbindung mit dem zweiten magnetischen Mittel. Das zweite magnetische Mittel kann auch aus einem Dauermagneten oder aus einem Metall bestehen, das von einem Magneten angezogen wird. Vorzugsweise ist das zweite magnetische Mittel auf einer Oberfläche des Innenraums angeordnet, die der Rückseite gegenüber liegt. Vorteilhaft ist, dass das Modul transportiert werden kann, ohne dass die Transporteinheit herausfällt. Natürlich muss die Kraft des Magneten des beweglichen Aktuators größer sein als die Kraft des Magneten, der die Transporteinheit im Inneren des ersten Moduls fixiert.A first magnetic means can consist of a permanent magnet or a metal that is attracted to a magnet. Preferably, the first magnetic means is arranged on the rear side of the transport unit. The first magnetic means is in operative connection with the second magnetic means. The second magnetic means can also consist of a permanent magnet or of a metal, which is attracted by a magnet. Preferably, the second magnetic means is arranged on a surface of the interior that is opposite the rear side. It is advantageous that the module can be transported without the transport unit falling out. Of course, the force of the magnet of the movable actuator must be greater than the force of the magnet that fixes the transport unit inside the first module.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Transporteinheit eine Vorderseite und eine Rückseite, wobei die Vorderseite zum Transport der Transporteinheit mit dem ersten beweglichen Aktuator in Kontakt gebracht werden kann und die Rückseite gegenüber der Vorderseite angeordnet ist, wobei die Vorderseite mindestens ein drittes magnetisches Mittel umfasst, das mit mindestens einem vierten magnetischen Mittel in Kontakt gebracht werden kann, wobei das vierte magnetische Mittel an dem ersten beweglichen Aktuator angeordnet ist.In a particularly preferred embodiment, the transport unit comprises a front side and a rear side, wherein the front side can be brought into contact with the first movable actuator for transporting the transport unit and the rear side is arranged opposite the front side, wherein the front side comprises at least one third magnetic means which can be brought into contact with at least one fourth magnetic means, wherein the fourth magnetic means is arranged on the first movable actuator.
Ein drittes magnetisches Mittel kann aus einem Permanentmagneten oder einem Metall bestehen und ist vorzugsweise an der Vorderseite einer Transporteinheit angeordnet. Vorzugsweise ist das dritte magnetische Mittel aus einem Metall gebildet, das von einem Magneten angezogen wird. Das vierte magnetische Mittel besteht vorzugsweise aus einem Elektromagneten, der an dem beweglichen Aktuator angeordnet ist. Vorzugsweise wird das vierte magnetische Mittel durch das Steuergerät betätigt und aktiviert oder deaktiviert. In aktiver Verbindung mit dem dritten magnetischen Mittel wird das vierte magnetische Mittel in den aktivierten Zustand versetzt, um die Transporteinheit zu transportieren.A third magnetic means may consist of a permanent magnet or a metal and is preferably arranged at the front of a transport unit. Preferably, the third magnetic means is formed of a metal that is attracted to a magnet. The fourth magnetic means preferably consists of an electromagnet arranged on the movable actuator. Preferably, the fourth magnetic means is operated and activated or deactivated by the control device. In active connection with the third magnetic means, the fourth magnetic means is placed in the activated state in order to transport the transport unit.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung, die sich auf das vierte magnetische Mittel bezieht, ein Elektromagnet, der so angeordnet ist, dass er zum Zweck des Transports der Transporteinheit von einem Steuergerät, das die Vorrichtung umfasst, aktiviert wird und, sobald die Transporteinheit innerhalb des ersten Quadranten, zweiten Quadranten oder weiteren Quadranten positioniert ist, von dem Steuergerät wieder deaktiviert wird.In one embodiment of the invention, the device relating to the fourth magnetic means is an electromagnet arranged to be activated by a control device comprising the device for the purpose of transporting the transport unit and, as soon as the transport unit is positioned within the first quadrant, second quadrant or further quadrant, to be deactivated again by the control device.
Das Steuergerät dient u.a. dazu, Elektromagnete zu aktivieren oder zu deaktivieren. Außerdem dient das Steuergerät der Bewegung der beweglichen Mittel sowie der Steuerung der Mittel, die für eine Aufnahme und/oder Abgabe von Flüssigkeiten wie Zellsuspensionen eingerichtet sind. Vorzugsweise ist das Steuergerät in der Lage zu erfassen, in welchen Quadranten welche Objekte vorhanden sind. Bei diesen Objekten kann es sich um Module, weitere Module, Transporteinheiten oder Behälter handeln. Vorzugsweise ist das Steuergerät so eingerichtet, dass es den Versuchsverlauf in Abhängigkeit von der Position der Objekte plant oder organisiert. Die Planung kann vollautomatisch erfolgen, so dass kein Benutzer notwendig ist, der die korrekte Ablage der Module überwacht. Vorzugsweise steuert das Steuergerät den beweglichen Aktuator, insbesondere die Mittel zum Ansaugen von Flüssigkeiten, so, dass das Ansaugen einer Zellanordnung wie eines Organoids verhindert wird. Vorzugsweise kann das Steuergerät durch ein Computerprogramm, einen Algorithmus, eine maschinelle oder künstliche Intelligenz gesteuert werden. Die Begriffe Steuerung und Steuergerät werden im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung synonym verwendet. Ein Steuergerät kann ein Mikrochip, ein Computer oder ein integrierter Schaltkreis sein.The control unit serves, among other things, to activate or deactivate electromagnets. The control unit also serves to move the movable means and to control the means that are set up for receiving and/or dispensing liquids such as cell suspensions. Preferably, the control unit is able to detect which objects are present in which quadrants. These objects can be modules, further modules, transport units or containers. Preferably, the control unit is set up in such a way that it plans or organizes the course of the experiment depending on the position of the objects. Planning can be fully automatic, so that no user is necessary to monitor the correct placement of the modules. Preferably, the control unit controls the movable actuator, in particular the means for sucking in liquids, in such a way that the suction of a cell arrangement such as an organoid is prevented. Preferably, the control unit can be controlled by a computer program, an algorithm, machine or artificial intelligence. The terms control and control unit are used synonymously in connection with the present invention. A control unit can be a microchip, a computer or an integrated circuit.
Ein Elektromagnet ist ein Magnet, der vorzugsweise durch das Steuergerät aktiviert wird, um ein Metallelement (z. B. das dritte magnetische Mittel oder das gegensätzliche Positionierungsmittel) im magnetisierten Zustand anzuziehen. Das Steuergerät kann den Elektromagneten auch wieder deaktivieren. Die Aktivierung eines Elektromagneten bezieht sich auf den Prozess der Erregung des Elektromagneten, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Die Aktivierung eines Elektromagneten kann durch ein Steuergerät realisiert werden, das eine elektrische Stromquelle mit dem Elektromagneten verbindet und/oder ihn aktiviert.An electromagnet is a magnet that is preferably activated by the control device to attract a metal element (e.g. the third magnetic means or the opposing positioning means) in the magnetized state. The control device can also deactivate the electromagnet. Activation of an electromagnet refers to the process of exciting the electromagnet to create a magnetic field. Activation of an electromagnet can be realized by a control device connecting an electrical power source to the electromagnet and/or activating it.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Öffnung auf und/oder eine der Öffnung zugewandte Kante, die an der Vorderseite der Transporteinheit angeordnet ist, ist mit einem Abdichtungselement versehen, das dazu geeignet ist, das Risiko einer Kontamination des Innenraums der Aufbewahrungseinheit zu verringern und/oder den Gasaustausch zwischen dem Innenraum und dem Raum außerhalb der Aufbewahrungseinheit zu verringern oder zu verhindern.Preferably, the device has an opening and/or an edge facing the opening, which is arranged at the front of the transport unit, is provided with a sealing element which is suitable for reducing the risk of contamination of the interior of the storage unit and/or for reducing or preventing the exchange of gases between the interior and the space outside the storage unit.
Als Kante wird die Stelle der Transporteinheit bezeichnet, die bei bestimmungsgemäßem Gebrauch die Vorderseite in der X-Z- oder X-Y-Ebene begrenzt. Vorzugsweise hat die Öffnung des ersten Modulteils und/oder die Kante ein Abdichtungselement.The edge is the point on the transport unit that, when used as intended, limits the front side in the X-Z or X-Y plane. Preferably, the opening of the first module part and/or the edge has a sealing element.
Das Abdichtungselement ist so konzipiert, dass es den Innenraum von dem Raum außerhalb der Aufbewahrungseinheit abdichtet. Auf diese Weise kann vorteilhaft erreicht werden, dass eine Verunreinigung des Innenraums vermieden wird. Das Abdichtungselement wird zum Beispiel aus einer Gummi- oder Silikonlippe oder einem ähnlichen Mittel gebildet. Weiter bevorzugt ist das Mittel dazu geeignet, den Gasaustausch zwischen dem Innenraum und dem die Aufbewahrungseinheit umgebenden Raum abzudichten. Dies hat den Vorteil, dass z. B. Zellkulturen, die für ihre Entwicklung eine bestimmte Gaszusammensetzung benötigen, keinen übermäßigen Schwankungen in der Gaskonzentration ausgesetzt sind. Das gilt insbesondere dann, wenn die Aufbewahrungseinheit auch ein Begasungsmittel enthält.The sealing element is designed to seal the interior from the space outside the storage unit. In this way, it can advantageously be achieved that contamination of the interior is avoided. The sealing element is formed, for example, from a rubber or silicone lip or a similar means. Further preferably, the means is suitable for sealing the gas exchange between the interior and the space surrounding the storage unit. This has the advantage that, for example, cell cultures that require a require a specific gas composition are not exposed to excessive fluctuations in gas concentration. This is especially true if the storage unit also contains a fumigant.
Ein Gasaustausch ist der Prozess, bei dem sich die Konzentration eines Gases in einem Volumen im Verhältnis zu einem zweiten Volumen ändert.Gas exchange is the process by which the concentration of a gas in one volume changes relative to a second volume.
In einigen Ausführungsformen sind die Abmessungen der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung derart, dass die gesamte Vorrichtung in einem sterilen Arbeitsbereich einer Sterilwerkbank untergebracht werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erfindungsgemäße Vorrichtung außerdem in einer Verkleidung aus leichten Materialien wie Holz, Aluminiumblech oder Kunststoff untergebracht, was die laminare Strömung eines sterilen Arbeitstisches ungehindert ermöglicht. Eine Verkleidung kann jede Struktur sein, welche die Vorrichtung umgibt, die für die strukturelle Integrität der Vorrichtung nicht notwendig ist und dazu dient, Teile der Vorrichtung abzudecken, vorzugsweise ohne irgendwelche Funktionen zu behindern.In some embodiments, the dimensions of the device according to the present invention are such that the entire device can be housed in a sterile work area of a sterile work bench. In a preferred embodiment, the device according to the invention is also housed in a casing made of lightweight materials such as wood, aluminum sheet or plastic, which allows the laminar flow of a sterile work table to be unhindered. A casing can be any structure surrounding the device that is not necessary for the structural integrity of the device and serves to cover parts of the device, preferably without hindering any functions.
Eine Sterilwerkbank, auch Sicherheitswerkbank genannt, ist eine sterile Werkbank, die in Zellkulturlaboren oder bei der Arbeit mit empfindlichen Materialien, wie z. B. Halbleitermaterialien in der Halbleitertechnik, verwendet wird. Eine Sicherheitswerkbank besteht aus einem Arbeitstisch mit einem Gehäuse, das speziell belüftet ist. Die Sterilwerkbank verfügt in der Regel über ein HEPA (High Efficiency Particulate Air) Filtersystem, das einen laminaren Strom gefilterter Luft erzeugt. Die Sterilwerkbank hat einen sterilen Arbeitsbereich, womit der Bereich gemeint ist, auf dem vor allem mit biologischem Material gearbeitet wird.A sterile workbench, also called a safety workbench, is a sterile workbench used in cell culture laboratories or when working with sensitive materials, such as semiconductor materials in semiconductor technology. A safety workbench consists of a work table with a housing that is specially ventilated. The sterile workbench usually has a HEPA (High Efficiency Particulate Air) filter system that creates a laminar flow of filtered air. The sterile workbench has a sterile work area, which means the area where work is primarily carried out with biological material.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ermöglichen die Abmessungen und die Form der Vorrichtung die ungehinderte laminare Strömung, die erforderlich ist, um eine sterile Umgebung für biologische und/oder chemische Experimente zu gewährleisten. Vorzugsweise erfüllt oder übertrifft die Vorrichtung in Kombination mit einer Sicherheitswerkbank die einschlägigen Industrienormen und Vorschriften, wie z. B. die Reinraumnorm ISO 14644 oder spezifische biologische Sicherheitsvorschriften.In a preferred embodiment of the present invention, the dimensions and shape of the device allow for the unimpeded laminar flow required to ensure a sterile environment for biological and/or chemical experiments. Preferably, the device in combination with a safety cabinet meets or exceeds relevant industry standards and regulations, such as the ISO 14644 cleanroom standard or specific biological safety regulations.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind der Arbeitsbereich und die Module im Arbeitsbereich biologisch abgedichtet und erfüllen die Sicherheitsvorschriften zum Personen- und Produktschutz nach DIN EN 12469 (Klasse II).In an alternative embodiment of the invention, the work area and the modules in the work area are biologically sealed and meet the safety regulations for personal and product protection according to DIN EN 12469 (Class II).
Vorzugsweise stellt die Vorrichtung mindestens ein Modul bereit, das mit der Basisfläche der Vorrichtung und/oder mindestens einem weiteren Modul verbunden werden kann, insbesondere über eine elektrisch kommunizierende Verbindung, wobei die elektrisch kommunizierende Verbindung für die Übertragung von Daten und/oder elektrischer Energie eingerichtet ist.Preferably, the device provides at least one module that can be connected to the base surface of the device and/or at least one further module, in particular via an electrically communicating connection, wherein the electrically communicating connection is configured for the transmission of data and/or electrical energy.
Eine elektrisch kommunizierende Verbindung wird für den Austausch von Daten und/oder die Übertragung von Steuersignalen vom oder zum Steuergerät eingerichtet. Die elektrisch kommunizierende Verbindung muss nicht zwangsläufig durch eine Steckverbindung hergestellt werden. Sie kann auch durch eine magnetische Verbindung realisiert werden, wobei die elektrisch kommunizierende Verbindung durch die korrekte Positionierung des Moduls auf dem Quadranten hergestellt wird, zum Beispiel durch die Wirkverbindung der magnetischen Positionierungsmittel mit den gegensätzlichen Positionierungsmitteln auf der Unterseite des Moduls. Eine magnetische Verbindung hat den Vorteil, dass es keine Stckplätze gibt, die aufwändig gereinigt werden müssten. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die elektrisch kommunizierende Verbindung angehoben oder abgesenkt und die gegenüberliegende kommunizierende Verbindung vertieft oder angehoben sein. Wenn die elektrisch kommunizierende Verbindung auf einer oberen Fläche oder Oberfläche erhöht ist, hat dies den technischen Effekt, dass das Risiko eines elektrischen Fehlers verringert wird, wenn Flüssigkeiten verschüttet werden.An electrically communicating connection is established for the exchange of data and/or the transmission of control signals from or to the control unit. The electrically communicating connection does not necessarily have to be established by a plug connection. It can also be realized by a magnetic connection, wherein the electrically communicating connection is established by the correct positioning of the module on the quadrant, for example by the operative connection of the magnetic positioning means with the opposing positioning means on the underside of the module. A magnetic connection has the advantage that there are no plug locations that would have to be laboriously cleaned. In a preferred embodiment, the electrically communicating connection can be raised or lowered and the opposite communicating connection recessed or raised. If the electrically communicating connection is raised on an upper surface or surface, this has the technical effect of reducing the risk of an electrical fault if liquids are spilled.
In einer Ausführungsform der Vorrichtung ist die elektrisch kommunizierende Verbindung als Busverbindung ausgeführt, wobei die Busverbindung für den Austausch von Daten zwischen mindestens zwei Modulen untereinander und/oder zwischen dem Modul und dem Steuergerät und/oder für den Austausch von Daten und/oder elektrischer Energie zwischen dem Modul, einer Umrahmung und einem Steuergerät innerhalb der von der Vorrichtung umfassten Basis eingerichtet ist, wobei eine Mensch-Maschine-Schnittstelle vorzugsweise von der Basis bereitgestellt wird.In one embodiment of the device, the electrically communicating connection is designed as a bus connection, wherein the bus connection is set up for the exchange of data between at least two modules and/or between the module and the control unit and/or for the exchange of data and/or electrical energy between the module, a frame and a control unit within the base comprised by the device, wherein a human-machine interface is preferably provided by the base.
Ein Bus ist ein System zur Datenübertragung und/oder elektrischen Energieübertragung zwischen mehreren Teilnehmern über einen gemeinsamen Übertragungsweg. Gemäß der Erfindung ist ein paralleler oder serieller Bus möglich. Das gleichzeitige Vorhandensein eines parallelen und eines seriellen Busses ist ebenfalls möglich. Vorzugsweise ist der Bus gemäß der vorliegenden Erfindung in die Umrahmung eingebaut und durch eine elektrisch kommunizierende Verbindung mit Modulen verbunden. Dies hat den Vorteil, dass keine offenen Kabel mehr benötigt werden, was das Risiko von Unfällen oder Schäden durch versehentliches Verschütten von Flüssigkeiten verringert.A bus is a system for data transmission and/or electrical energy transmission between several participants via a common transmission path. According to the invention, a parallel or serial bus is possible. The simultaneous presence of a parallel and a serial bus is also possible. Preferably, according to the present invention, the bus is built into the frame and connected to modules by an electrically communicating connection. This has the advantage that open cables are no longer required, which reduces the risk of accidents or damage caused by accidental spillage of liquids.
Es kann vorgesehen sein, dass ein Modul mindestens einen elektrischen Verbraucher hat (z. B. eine Lampe oder LED). Folglich benötigt das Modul elektrische Energie, die z. B. über die elektrisch kommunizierende Verbindung bereitgestellt wird.It can be provided that a module has at least one electrical consumer (e.g. a lamp or LED). Consequently, the module requires electrical energy, which is provided, for example, via the electrically communicating connection.
Die Mensch-Maschine-Schnittstelle bezieht sich auf die Technologie oder Schnittstelle, über die Menschen mit der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung interagieren und kommunizieren. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle kann Mittel zur Interaktion bereitstellen, z. B. eine grafische Benutzeroberfläche (GUI), einen Touchscreen, einen Sprachassistenten und/oder eine Spracherkennung, physische Bedienelemente, z. B. Tasten, Schalter, Knöpfe, Schieberegler oder Drehknöpfe.The human-machine interface refers to the technology or interface through which humans interact and communicate with the device according to the present invention. The human-machine interface may provide means for interaction, e.g., a graphical user interface (GUI), a touch screen, a voice assistant and/or speech recognition, physical controls, e.g., buttons, switches, knobs, sliders, or dials.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung, insbesondere das bewegliche Aktuatorsystem, mindestens einen optischen Sensor , wobei der optische Sensor dazu eingerichtet ist, eine Befüllung und/oder eine Entleerung der Kavität und/oder den Transport der Transporteinheit und/oder den Versuchsverlauf zu überwachen, und/oder wobei der optische Sensor dazu eingerichtet ist, eine Füllmenge von Verbrauchsmaterialen und/oder deren Position innerhalb der Vorrichtung und/oder die Art des Verbrauchsmaterials zu bestimmen, und/oder wobei der optische Sensor dazu eingerichtet ist, eine Temperatur, insbesondere eine Temperatur innerhalb der Kavität, zu bestimmen.Preferably, the device, in particular the movable actuator system, comprises at least one optical sensor, wherein the optical sensor is configured to monitor a filling and/or an emptying of the cavity and/or the transport of the transport unit and/or the course of the test, and/or wherein the optical sensor is configured to determine a filling quantity of consumables and/or their position within the device and/or the type of consumable, and/or wherein the optical sensor is configured to determine a temperature, in particular a temperature within the cavity.
Ein optischer Sensor nutzt Wellen des elektromagnetischen Spektrums, um Messgrößen zu bestimmen. Ein optischer Sensor kann zum Beispiel ein Infrarotthermometer (Pyrometer) sein. Ein optischer Sensor kann auch als Kamera ausgeführt sein. Der optische Sensor wird so eingerichtet, dass er dem Steuergerät oder einer anderen Recheneinheit Messgrößen liefert, die Aufschluss über den Versuchsverlauf geben. Ein optischer Sensor kann zum Beispiel in Kombination mit einem Algorithmus und/oder einer Maschine und/oder künstlichen Intelligenz eingerichtet werden, um die Position von Modulen, weiteren Modulen, Transporteinheiten oder Behältern zu bestimmen, die auf der Basisfläche innerhalb von Quadranten angeordnet sind. Darüber hinaus kann auch ein optischer Sensor zur Identifizierung eines Probenträgers eingerichtet werden. Vorzugsweise ist der optische Sensor in der Lage, die Art des Verbrauchsmaterials zu bestimmen, z. B. den Hersteller und die Form. Die Erfassung von Verbrauchsmaterial durch einen optischen Sensor hat den Vorteil, dass die Experimente besser geplant werden können. Man könnte sich vorstellen, dass bei einem zu geringen Bestand an Pipettenspitzen eine Nachricht auf das Smartphone eines Mitarbeiters geschickt wird, woraufhin dieser das Verbrauchsmaterial nachfüllt, damit der Versuchsverlauf nicht unterbrochen wird. Außerdem kann die Vorrichtung mit einem weiteren Sensor ausgestattet sein. Dieser weitere Sensor dient dazu, Prozessparameter, Füllstände von Kavitäten oder Behältern, Füllmengen von Verbrauchsmaterial, Temperaturen, Feuchtigkeit oder elektrische Felder zu erfassen. Das Vorhandensein von mindestens einem weiteren Sensor ermöglicht vorteilhafterweise die Bestimmung verschiedener Prozessparameter, die in ihrer Kombination einen Einfluss auf den Versuchsverlauf haben. Diese Prozessparameter können durch mindestens einen weiteren Sensor bestimmt werden.An optical sensor uses waves of the electromagnetic spectrum to determine measured quantities. An optical sensor can be, for example, an infrared thermometer (pyrometer). An optical sensor can also be designed as a camera. The optical sensor is set up in such a way that it provides the control unit or another computing unit with measured quantities that provide information about the course of the experiment. An optical sensor can, for example, be set up in combination with an algorithm and/or a machine and/or artificial intelligence to determine the position of modules, other modules, transport units or containers that are arranged on the base area within quadrants. In addition, an optical sensor can also be set up to identify a sample carrier. Preferably, the optical sensor is able to determine the type of consumable, e.g. the manufacturer and the shape. The detection of consumables by an optical sensor has the advantage that the experiments can be better planned. One could imagine that if the number of pipette tips is too low, a message would be sent to an employee's smartphone, prompting them to refill the consumables so that the test is not interrupted. The device can also be equipped with another sensor. This additional sensor is used to record process parameters, fill levels of cavities or containers, fill quantities of consumables, temperatures, humidity or electric fields. The presence of at least one additional sensor advantageously enables the determination of various process parameters which, when combined, have an influence on the test. These process parameters can be determined by at least one additional sensor.
Verbrauchsmaterial sind Mittel, die zur Durchführung der Experimente notwendig sind, insbesondere zur Befüllung der Vertiefungen mit einer chemischen Substanz oder einem biologischen Material. Ein Verbrauchsmaterial kann zum Beispiel eine Pipettenspitze oder ein Hydrogel sein. Außerdem gehören dazu zum Beispiel Suspensionen oder Nährböden. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Verbrauchsmaterial, insbesondere wenn es sich um eine Flüssigkeit handelt, temperaturgesteuert ist.Consumables are means that are necessary for carrying out the experiments, in particular for filling the wells with a chemical substance or a biological material. A consumable can be, for example, a pipette tip or a hydrogel. They also include, for example, suspensions or culture media. It can also be intended that a consumable, especially if it is a liquid, is temperature-controlled.
Ein weiteres Modul kann als Aufbewahrungseinheit für Verbrauchsmaterial dienen. Die Füllmenge des Verbrauchsmaterials kann über einen optischen oder einen weiteren Sensor bestimmt werden. Das Verbrauchsmaterial kann vorzugsweise in einem beliebigen Quadranten abgelegt werden, woraufhin das Steuergerät erfasst, an welcher Stelle das Verbrauchsmaterial gelagert wird. Vorteilhaft ist, dass der Nutzer somit nicht darauf beschränkt ist, das Verbrauchsmaterial an genau einer Stelle abzulegen. Stattdessen kann er z. B. auch mehrere Pipettenspitzenboxen auf der Basisfläche vorrätig halten.Another module can serve as a storage unit for consumables. The fill level of the consumables can be determined using an optical or another sensor. The consumables can preferably be placed in any quadrant, whereupon the control unit records where the consumables are stored. The advantage is that the user is not restricted to placing the consumables in exactly one place. Instead, he can, for example, keep several pipette tip boxes in stock on the base area.
Unter Positionierung versteht man einen Vorgang, bei dem ein Modul, ein weiteres Modul, eine Transporteinheit oder ein Behälter in einem Quadranten platziert wird. Vorzugsweise wird das platzierte Modul, das platzierte weitere Modul, die Transporteinheit oder der platzierte Behälter so in dem Quadranten positioniert, dass es beim bestimmungsgemäßen Gebrauch nicht verrutschen kann.Positioning is a process in which a module, another module, a transport unit or a container is placed in a quadrant. Preferably, the placed module, the placed another module, the transport unit or the placed container is positioned in the quadrant in such a way that it cannot slip during intended use.
Die Temperatur ist eine physikalische Größe, die den Grad der Hitze oder Kälte eines Objekts oder einer Umgebung misst und die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen in einer Substanz und/oder einem Material darstellt. Sie kann mit einem Wärmesensor gemessen werden, der in Kontakt mit der Substanz oder dem Material steht, oder mit einer Fernmesstechnik wie der Infrarot-Thermometrie.Temperature is a physical quantity that measures the degree of heat or cold of an object or environment and represents the average kinetic energy of the particles in a substance and/or material. It can be measured using a thermal sensor in contact with the substance or material or using a remote sensing technique such as infrared thermometry.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der optische Sensor so eingerichtet, dass er die Position einer zweidimensionalen und/oder dreidimensionalen Zellstruktur, insbesondere eines Sphäroids und/oder eines Organoids, innerhalb der Kavität bestimmt, wobei das Steuergerät den zweiten beweglichen Aktuator in Abhängigkeit von der durch den optischen Sensor bestimmten Position steuert.In a preferred embodiment, the optical sensor is arranged to detect the position a two-dimensional and/or three-dimensional cell structure, in particular a spheroid and/or an organoid, within the cavity, wherein the control unit controls the second movable actuator depending on the position determined by the optical sensor.
Ein Organoid ist eine organähnliche Mikrostruktur von einigen Millimetern Größe, die mit Hilfe von Zellkulturmethoden künstlich erzeugt werden kann. Unter geeigneten Kulturbedingungen können Organoide aus einer oder wenigen Gewebezellen, embryonalen Stammzellen oder induzierten pluripotenten Stammzellen gezüchtet werden.An organoid is an organ-like microstructure a few millimeters in size that can be artificially created using cell culture methods. Under suitable culture conditions, organoids can be grown from one or a few tissue cells, embryonic stem cells or induced pluripotent stem cells.
Ein Sphäroid ist eine Ansammlung von Zellen, die in einer kugelförmigen Form wachsen und das Verhalten und die Organisation von Zellen in einem Gewebe oder Organ imitieren.A spheroid is a collection of cells that grow in a spherical shape, mimicking the behavior and organization of cells in a tissue or organ.
Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung oder das Modul ein Datenübertragungsmittel, wobei das Datenübertragungsmittel geeignet ist, Daten mit einem externen Computer, einer Cloud oder einem Mobilgerät auszutauschen.Preferably, the device or module comprises a data transmission means, wherein the data transmission means is suitable for exchanging data with an external computer, a cloud or a mobile device.
Der Begriff Cloud ist die Abkürzung für Cloud Computing. Im Allgemeinen spricht man davon, „etwas in der Cloud zu speichern“. In der Regel bedeutet das die Speicherung von Daten auf einem entfernten Server. Die Übertragung vom Endgerät des Nutzers (PC, Tablet, Smartphone) erfolgt über das Internet. Sobald die Dateien in einer Cloud gespeichert wurden, können sie später mit jeder anderen Vorrichtung abgerufen werden. Der Vorteil der Cloud ist, dass weniger Speicherplatz auf den lokalen Vorrichtungen/Geräten benötigt wird und dass kein eigener Server erforderlich ist (minimierter Aufwand für Hardware und IT-Personal).The term cloud is short for cloud computing. In general, it means "storing something in the cloud". This usually means storing data on a remote server. The transfer from the user's device (PC, tablet, smartphone) takes place over the Internet. Once the files have been stored in a cloud, they can later be accessed using any other device. The advantage of the cloud is that less storage space is required on local devices and that no separate server is required (minimized hardware and IT staff costs).
Als Daten oder Datensätze werden hier alle Informationen bezeichnet, die von einer technischen Vorrichtung, insbesondere einem Computer oder Prozessor, verarbeitet werden können.Data or data sets are defined here as all information that can be processed by a technical device, in particular a computer or processor.
Ein externer Computer ist mindestens eine technische Vorrichtung mit mindestens einem Prozessor, der nicht mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung identisch ist.
Ein Mobilgerät ist eine technische Vorrichtung, die von einem Benutzer bequem transportiert werden kann. Ein Smartphone oder Tablet ist zum Beispiel eine mobile Vorrichtung.An external computer is at least one technical device with at least one processor that is not identical to the device according to the invention.
A mobile device is a technical device that can be easily carried by a user. A smartphone or tablet, for example, is a mobile device.
Außerdem kann die Vorrichtung das Modul ein Vernetzungsmittel enthalten, das geeignet ist, chemische Substanzen, insbesondere Proteine, die in der Kavität vorhanden sind, miteinander zu vernetzen.In addition, the device module may contain a cross-linking agent that is suitable for cross-linking chemical substances, in particular proteins, that are present in the cavity.
Ein Vernetzungsmittel (auch: Vernetzungsmodul) dient dazu, chemische Substanzen miteinander zu vernetzen. Ein Vernetzungsmittel ist z.B. eine UV-Lampe, die in einem Modul angeordnet sein kann. Das Vernetzungsmittel kann über das Steuergerät gesteuert werden.A cross-linking agent (also: cross-linking module) is used to cross-link chemical substances with one another. A cross-linking agent is, for example, a UV lamp, which can be arranged in a module. The cross-linking agent can be controlled via the control unit.
Eine Vibrationsfläche ist dazu eingerichtet, Schwingungen zu erzeugen. Vorzugsweise wird die Vibrationsfläche durch das Steuergerät gesteuert. Die Verwendung einer vibrierenden Oberfläche hat den Vorteil, dass der Inhalt der Kavität durch den beweglichen Aktuator z. B. für die Dauer der Befüllung durchmischt werden kann. Vorzugsweise wird die Vibrationsfläche durch das Steuergerät gesteuert. Weiter vorzugsweise verfügt die Vibrationsfläche über ein magnetisches Positionierungsmittel, so dass auf der vibrierenden Platte platzierte Gegenstände, wie z. B. Probenträger, zumindest für die Dauer der Vibration auf der vibrierenden Platte fixiert werden können. Vorteilhaft ist auch, dass ein auf die Vibrationsfläche gestellter Behälter kontinuierlich geschüttelt werden kann, damit die enthaltene Flüssigkeit durchmischt bleibt. Dadurch wird verhindert, dass sich z. B. Zellpopulationen während der Befüllung der Kavitäten in der Flüssigkeit oder Suspension absetzen.A vibrating surface is designed to generate vibrations. Preferably, the vibrating surface is controlled by the control unit. The use of a vibrating surface has the advantage that the contents of the cavity can be mixed by the movable actuator, for example for the duration of the filling. Preferably, the vibrating surface is controlled by the control unit. Furthermore, the vibrating surface preferably has a magnetic positioning means so that objects placed on the vibrating plate, such as sample carriers, can be fixed to the vibrating plate at least for the duration of the vibration. It is also advantageous that a container placed on the vibrating surface can be shaken continuously so that the liquid it contains remains mixed. This prevents, for example, cell populations from settling in the liquid or suspension while the cavities are being filled.
Proteine sind ein biologisches Material, das aus komplexen organischen Makromolekülen besteht, die sich aus Ketten kleinerer Einheiten, den Aminosäuren, zusammensetzen, die auch als Peptide bezeichnet werden und durch Peptidbindungen miteinander verbunden sind.Proteins are a biological material consisting of complex organic macromolecules composed of chains of smaller units called amino acids, also called peptides, which are linked together by peptide bonds.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst mindestens ein Quadrant eine Vibrationsfläche, wobei die Vibrationsfläche so beschaffen ist, dass sie den Probenträger in Schwingung versetzt.In a preferred embodiment, at least one quadrant comprises a vibration surface, wherein the vibration surface is designed to cause the sample carrier to vibrate.
Vorzugsweise ist die Vibrationsfläche über einen flexiblen Kunststoff mit der Basisfläche verbunden. Vorteilhaft ist, dass zwischen der vibrierenden Oberfläche und der Basisfläche kein Spalt vorhanden ist. Das erleichtert die Reinigung der Oberfläche und verringert das Risiko einer Kontamination.Preferably, the vibrating surface is connected to the base surface via a flexible plastic. The advantage is that there is no gap between the vibrating surface and the base surface. This makes cleaning the surface easier and reduces the risk of contamination.
Vorzugsweise kann die Vorrichtung mindestens eine Vibrationsfläche vorsehen, die mindestens ein magnetisches Positionierungsmittel umfasst, das geeignet ist, die Transporteinheit über die gegensätzlichen Positionierungsmittel, die an der Transporteinheit und/oder den Behältern angeordnet sind, an der vibrierenden Oberfläche zu befestigen.Preferably, the device may provide at least one vibrating surface comprising at least one magnetic positioning means suitable for fixing the transport unit to the vibrating surface via the opposing positioning means arranged on the transport unit and/or the containers.
Ein Behälter kann eine beliebige Flüssigkeit oder Suspension enthalten. Der Behälter ist so angeordnet, dass er in einer Transporteinheit aufgenommen werden kann. Der Boden des Behälters kann ein gegensätzliches Positionierungsmittel aufweisen, um den Behälter in einer Transporteinheit zu fixieren.A container may contain any liquid or suspension. The container is arranged so that it can be accommodated in a transport unit. The bottom of the container may have an opposing positioning means to secure the container in a transport unit.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der äußere Rand der vibrierenden Oberfläche über einen flexiblen Kunststoff mit der Basisfläche verbunden.In a preferred embodiment, the outer edge of the vibrating surface is connected to the base surface via a flexible plastic.
Der flexible Kunststoff kann aus jedem beliebigen Material, vorzugsweise aus einem Material, das leicht zu reinigen ist, bestehen. Vorzugsweise wird der flexible Kunststoff aus Silikon hergestellt.The flexible plastic can be made of any material, preferably a material that is easy to clean. Preferably, the flexible plastic is made of silicone.
Weiter bevorzugt ist eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die neben dem optischen Sensor mindestens einen weiteren Sensor und/oder mindestens einen Aktor umfasst, wobei der weitere Sensor zur Erfassung von Prozessparametern dient und/oder wobei mindestens ein Aktor Prozessparameter, insbesondere einen Füllstand der Kavität und/oder die Füllmenge der Verbrauchsmaterialien, ferner physikalische Prozessparameter wie die Temperatur und/oder einen Sauerstoff (O2 ) Gehalt in den Proben und/oder eine Luftfeuchtigkeit, und/oder die Lichtintensität, insbesondere die Lichtintensität im UV-Bereich, und/oder einen Umgebungsdruck oder Probendruck und/oder ein elektrisches Feld beeinflusst oder zur Bestimmung der Prozesszeiten der einzelnen Prozessschritte und/oder Gesamtprozesszeiten dient.Further preferred is a device according to the present invention which, in addition to the optical sensor, comprises at least one further sensor and/or at least one actuator, wherein the further sensor serves to detect process parameters and/or wherein at least one actuator influences process parameters, in particular a fill level of the cavity and/or the fill quantity of the consumables, furthermore physical process parameters such as the temperature and/or an oxygen (O 2 ) content in the samples and/or an air humidity, and/or the light intensity, in particular the light intensity in the UV range, and/or an ambient pressure or sample pressure and/or an electric field or serves to determine the process times of the individual process steps and/or total process times.
Die Luftfeuchtigkeit und/oder die Lichtintensität und/oder der Umgebungsdruck und/oder die elektrische Feldstärke und/oder der Sauerstoffgehalt können von einem weiteren Sensor oder weiteren Sensoren bestimmt werden. Vorzugsweise verfügt die erfindungsgemäße Vorrichtung über technische Mittel, die dazu eingerichtet sind, eine bestimmte Luftfeuchtigkeit und/oder Lichtintensität und/oder den Umgebungsdruck und/oder die elektrische Feldstärke und/oder den Sauerstoffgehalt in einem Bereich der Vorrichtung, zum Beispiel im Inneren der Aufbewahrungseinheit und/oder einem weiteren Modul, einzustellen. Dies kann durch mindestens einen Aktor erreicht werden, z. B. eine Lampe, eine UV-Lampe, eine Infrarotheizung oder ein elektrisches Heizelement, ein Kühlelement. Ein Aktor ist ein Element, das die physikalischen Eigenschaften der Umgebung, in der es sich befindet, beeinflussen kann, z.B., indem es elektromagnetische Strahlung in verschiedenen Wellenlängen aussendet.The air humidity and/or the light intensity and/or the ambient pressure and/or the electric field strength and/or the oxygen content can be determined by a further sensor or further sensors. Preferably, the device according to the invention has technical means which are designed to set a certain air humidity and/or light intensity and/or the ambient pressure and/or the electric field strength and/or the oxygen content in a region of the device, for example inside the storage unit and/or another module. This can be achieved by at least one actuator, e.g. a lamp, a UV lamp, an infrared heater or an electric heating element, a cooling element. An actuator is an element which can influence the physical properties of the environment in which it is located, e.g. by emitting electromagnetic radiation in different wavelengths.
Ein Prozessparameter umfasst alle Größen, die durch den optischen Sensor oder durch weitere Sensoren bestimmt werden können. Durch das Bestimmen und Verarbeiten, insbesondere das Speichern, von Prozessparametern wird die Vorrichtung in die Lage versetzt, die Reproduzierbarkeit von Versuchen zu erhöhen. Dies wird z.B. dadurch erreicht, dass ein Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Algorithmus, eine Maschine oder künstliche Intelligenz, auf gespeicherte Prozessparameter zugreift und technische Mittel der Vorrichtung steuert, die so eingestellt sind, dass sie für die Dauer des Versuchs die gleichen physikalischen Bedingungen (z. B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit) herstellen.A process parameter includes all variables that can be determined by the optical sensor or by other sensors. By determining and processing, in particular storing, process parameters, the device is enabled to increase the reproducibility of experiments. This is achieved, for example, by a computer program product, in particular an algorithm, a machine or artificial intelligence, accessing stored process parameters and controlling technical means of the device that are set in such a way that they create the same physical conditions (e.g. temperature, humidity) for the duration of the experiment.
Die Vorrichtung kann mindestens einen Quadranten mit einer thermischen Fläche vorsehen, die vom Steuergerät aktiviert oder deaktiviert werden kann und die Temperatur des Probenträgers und damit die Temperatur des Inhalts der Kavität und/oder die Temperatur eines Reagens aufrechterhalten, senken oder erhöhen kann.The device may provide at least one quadrant with a thermal surface that can be activated or deactivated by the controller and can maintain, decrease or increase the temperature of the sample carrier and thus the temperature of the contents of the cavity and/or the temperature of a reagent.
Als Reagenz wird hier jede Flüssigkeit oder Suspension bezeichnet, die zu einem beliebigen Zeitpunkt in eine Kavität eingebracht wird. Ein Reagenz kann in einem Behälter gelagert werden. Ein Reagenz kann z. B. eine chemische Substanz oder eine Zellsuspension sein.A reagent is defined here as any liquid or suspension that is introduced into a cavity at any time. A reagent can be stored in a container. A reagent can be, for example, a chemical substance or a cell suspension.
Eine thermische Fläche dient dazu, Wärmeenergie in ein Objekt, das auf ihr platziert wird, wie z. B. einen Probenträger, einzubringen oder ihm zu entziehen. Zu diesem Zweck kann die thermische Oberfläche mindestens ein Peltier-Element oder ein anderes Mittel aufweisen, das dazu geeignet ist, eine Temperatur zu erhöhen oder zu senken. So kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass der Inhalt der Kavität sowie die Flüssigkeit oder ein Reagenz, das in die Kavität befördert werden soll, eine bestimmte Temperatur aufweisen. Außerdem kann die thermische Fläche ein magnetisches Positionierungsmittel aufweisen, um zum Beispiel einen Probenträger oder einen Behälter auf der thermischen Fläche zu fixieren. Die thermische Oberfläche kann mit mindestens einem weiteren Sensor, insbesondere einem Temperatursensor, ausgestattet sein. Die abgegebene Wärmeleistung bzw. die entnommene Wärmeenergie wird vorzugsweise durch das Steuergerät beeinflusst, das dies anhand der vom optischen oder weiteren Sensor bestimmten Größen bestimmt.A thermal surface serves to introduce heat energy into or remove heat energy from an object that is placed on it, such as a sample carrier. For this purpose, the thermal surface can have at least one Peltier element or another means that is suitable for increasing or decreasing a temperature. In this way, it can advantageously be achieved that the contents of the cavity as well as the liquid or a reagent that is to be transported into the cavity have a certain temperature. In addition, the thermal surface can have a magnetic positioning means, for example to fix a sample carrier or a container on the thermal surface. The thermal surface can be equipped with at least one further sensor, in particular a temperature sensor. The heat output emitted or the heat energy removed is preferably influenced by the control device, which determines this on the basis of the variables determined by the optical or further sensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Innenraum der Aufbewahrungseinheit so eingerichtet, dass eine Inkubationstemperatur eingestellt werden kann, die ungleich oder gleich dem Betrag der Temperatur außerhalb der Aufbewahrungseinheit ist.In a preferred embodiment, the interior of the storage unit is designed such that an incubation temperature can be set which is equal to or different from the temperature outside the storage unit.
Als Inkubationstemperatur wird hier die Temperatur bezeichnet, die im Inneren einer Aufbewahrungseinheit herrscht. Bestimmte Inkubationstemperaturen werden für bestimmte Experimente benötigt, insbesondere für die Kultivierung von Zellkulturen. Durch die Steuerung der Inkubationstemperatur lassen sich die Bedingungen für solche biologischen Experimente optimieren.Incubation temperature refers to the temperature inside a storage unit. Certain incubation temperatures are required for certain experiments, particularly for the cultivation of cell cultures. By controlling the incubation temperature, the conditions for such biological experiments can be optimized.
Vorzugsweise ist die Aktivität der thermischen Fläche, insbesondere die Verringerung oder Erhöhung der Temperatur im Inneren der Kavität, von der durch den optischen Sensor oder den weiteren Sensor bestimmten Temperatur abhängig.Preferably, the activity of the thermal surface, in particular the reduction or Increase in the temperature inside the cavity, depending on the temperature determined by the optical sensor or the other sensor.
Weiter vorteilhaft kann die Temperatur durch Ferntemperaturmessung überwacht werden. Sie kann mit einer Fernmesstechnik wie Infrarot-Thermometrie gemessen werden. Dies hat den Vorteil, dass die Temperatur kontrolliert werden kann, ohne direkt mit dem Inhalt einer Kavität zu interagieren, wodurch das Risiko einer Kontamination oder einer negativen Beeinflussung des Versuchsverlaufs verringert wird.Another advantage is that temperature can be monitored by remote temperature measurement. It can be measured using a remote measurement technique such as infrared thermometry. This has the advantage that the temperature can be controlled without directly interacting with the contents of a cavity, reducing the risk of contamination or negatively influencing the course of the experiment.
Einige Ausführungsformen der Vorrichtung umfassen ein Begasungsmittel, das dazu geeignet ist, die Gaszusammensetzung im Innenraum zu verändern. Ein Begasungsmittel wird eingesetzt, um die Gaszusammensetzung innerhalb eines Volumens, insbesondere im Innenraum der Aufbewahrungseinheit, zu verändern. Vorteilhafterweise kann auf diese Weise eine bestimmte Gaszusammensetzung erzeugt werden, die z.B. für die im Innenraum gelagerten Zellkulturen optimal ist.Some embodiments of the device comprise a fumigant that is suitable for changing the gas composition in the interior. A fumigant is used to change the gas composition within a volume, in particular in the interior of the storage unit. Advantageously, a specific gas composition can be generated in this way, which is, for example, optimal for the cell cultures stored in the interior.
Die Gaszusammensetzung kann der Umgebungsluft, die die Vorrichtung umgibt, entsprechen oder sich von ihr unterscheiden.
Ein gegensätzliches Positionierungsmittel ist dazu eingerichtet, um in Wirkverbindung mit einem magnetischen Positionierungsmittel eine Fixierung eines Moduls, eines weiteren Moduls, einer Transporteinheit oder eines Behälters innerhalb eines Quadranten zu bewirken. Vorzugsweise ist mindestens ein magnetisches Positionierungsmittel auf der Unterseite eines Moduls, eines weiteren Moduls, einer Transporteinheit oder eines Behälters angeordnet. Das gegensätzliche Positionierungsmittel kann z. B. ein Magnet oder ein Metallstreifen sein, wobei der Metallstreifen aus einem Metall besteht, das von einem Magneten angezogen wird. Die gegensätzlichen Positionierungsmittel können außerdem so ausgebildet sein, dass sie die Ausrichtung des Moduls, des weiteren Moduls, der Transporteinheit oder des Behälters, der befestigt werden soll, ausrichten. Zum Beispiel könnten drei gegensätzliche Positionierungsmittel auf der Unterseite eines Moduls, eines weiteren Moduls, einer Transporteinheit oder eines Behälters so angeordnet werden, dass die gegensätzlichen Positionierungsmittel jeweils die Spitze eines Dreiecks bilden. Auf oder unter der Basisfläche oder dem Quadranten können auch mindestens drei magnetische Positionierungsmittel in einem Dreieck angeordnet sein, so dass das Modul, das weitere Modul, die Transporteinheit oder der Behälter nur dann innerhalb des Quadranten fixiert ist, wenn die Dreiecke deckungsgleich ausgerichtet sind. Auch andere Formen als ein Dreieck können in Betracht gezogen werden.The gas composition may be the same or different from the ambient air surrounding the device.
An opposing positioning means is designed to effect a fixation of a module, another module, a transport unit or a container within a quadrant in operative connection with a magnetic positioning means. Preferably, at least one magnetic positioning means is arranged on the underside of a module, another module, a transport unit or a container. The opposing positioning means can be, for example, a magnet or a metal strip, wherein the metal strip consists of a metal that is attracted to a magnet. The opposing positioning means can also be designed to align the orientation of the module, another module, the transport unit or the container that is to be fastened. For example, three opposing positioning means could be arranged on the underside of a module, another module, a transport unit or a container such that the opposing positioning means each form the tip of a triangle. At least three magnetic positioning means can also be arranged in a triangle on or under the base surface or quadrant, so that the module, the further module, the transport unit or the container is only fixed within the quadrant when the triangles are aligned congruently. Shapes other than a triangle can also be considered.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Aufbewahrungseinheit und/oder die Transporteinheit ganz oder teilweise transparent. Ein Modul kann zumindest abschnittsweise ein transparentes Mittel aufweisen und in diesem Abschnitt transparent sein. Der Fachmann kann die Lichtundurchlässigkeit des transparenten Mittels (z. B. Glas) frei bestimmen. Vorteilhafterweise ermöglicht ein transparentes Mittel, dass ein Benutzer z.B. den Probenträger, insbesondere die Kavitäten, beobachten kann, ohne den Behälter öffnen zu müssen.In a preferred embodiment, the storage unit and/or the transport unit is completely or partially transparent. A module can have a transparent means at least in sections and be transparent in this section. The person skilled in the art can freely determine the opacity of the transparent means (e.g. glass). A transparent means advantageously enables a user to observe the sample carrier, in particular the cavities, for example, without having to open the container.
Die Erfindung stellt auch ein Computerprogrammprodukt bereit, das Anweisungen umfasst, die einen Computer veranlassen, den Austausch von Daten zwischen der Vorrichtung und einer Wissensdatenbank zu ermöglichen, wobei die Wissensdatenbank dazu eingerichtet ist, einen Ablauf des Experiments, insbesondere von Prozessparametern, die während des Experiments von einem optischen Sensor und/oder einem weiteren Sensor erfasst werden, zu speichern, wobei das Computerprogrammprodukt die erfassten Parameter als Daten in der Wissensdatenbank speichert und bei Bedarf zur Verfügung stellt.The invention also provides a computer program product comprising instructions that cause a computer to enable the exchange of data between the device and a knowledge database, wherein the knowledge database is configured to store a sequence of the experiment, in particular process parameters that are detected by an optical sensor and/or another sensor during the experiment, wherein the computer program product stores the detected parameters as data in the knowledge database and makes them available when required.
Ein Computer oder Rechner ist eine technische Vorrichtung, die Daten mit Hilfe von programmierbaren Rechenregeln verarbeitet.A computer is a technical device that processes data using programmable calculation rules.
Der Ablauf des Experiments beschreibt die Gesamtheit der Vorgänge vom Beladen der Vertiefungen mit chemischen Substanzen und/oder biologischen Materialien bis zum Entfernen der Probenträger aus der Vorrichtung.The experimental procedure describes the entire process from loading the wells with chemical substances and/or biological materials to removing the sample carriers from the device.
Unter einem Datenabruf ist ein Herunterladen von Daten zu verstehen, insbesondere ein Download von Daten aus der Wissensdatenbank.A data retrieval means a downloading of data, in particular a downloading of data from the knowledge database.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Wissensdatenbank, in der z.B. externe Protokolle gespeichert werden können. Vorzugsweise können mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen unabhängig voneinander auf die Wissensdatenbank zugreifen. Dabei werden die Vorrichtungen/Geräte über die Wissensdatenbank vernetzt. The device according to the invention preferably comprises a knowledge database in which, for example, external protocols can be stored. Preferably, several devices according to the invention can access the knowledge database independently of one another. The devices/devices are networked via the knowledge database.
Die Erfindung stellt auch ein Computersystem bereit, das so eingerichtet ist, dass ein Algorithmus, eine Maschine oder eine künstliche Intelligenz darauf ausgeführt wird, wobei der Algorithmus oder die Maschine oder die künstliche Intelligenz so eingerichtet ist, dass er/sie ein mit den Mitteln der Vorrichtung durchgeführtes Experiment plant oder überwacht, seine/ihre Ausführung protokolliert und es/sie in Abhängigkeit von erforderlichen Prozessabläufen optimiert, wobei der Algorithmus oder die Maschine oder die künstliche Intelligenz so eingerichtet ist, dass er/sie auf die Wissensdatenbank zugreift, um Daten davon abzurufen oder Daten darauf zu speichern.The invention also provides a computer system arranged to execute an algorithm, a machine or an artificial intelligence thereon, wherein the algorithm or the machine or the artificial intelligence is arranged to plan or monitor an experiment carried out with the means of the device, to log its execution and to optimise it depending on required process flows, wherein the algorithm or the machine or the artificial intelligence is arranged to access the knowledge database in order to Retrieve data from it or store data on it.
Ein Algorithmus ist ein einzigartiger Satz von Anweisungen, um ein Problem oder eine Klasse von Problemen zu lösen. Algorithmen bestehen aus einer endlichen Anzahl von genau definiertn Einzelschritten. Der erfindungsgemäße Algorithmus ist vorteilhafterweise in einem Computerprogramm zur Ausführung implementiert. Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt, insbesondere ein Algorithmus, kann auch eine Kalenderfunktion haben, um Abläufe des Experiments zu planen. Ein Zeitplanungsprogramm kann vorgesehen sein, um Experimente zu beenden.An algorithm is a unique set of instructions for solving a problem or a class of problems. Algorithms consist of a finite number of precisely defined individual steps. The algorithm according to the invention is advantageously implemented in a computer program for execution. The computer program product according to the invention, in particular an algorithm, can also have a calendar function for planning the sequences of the experiment. A time planning program can be provided for terminating experiments.
Erforderliche Prozessabläufe beziehen sich auf Verfahren, die für die erfolgreiche Durchführung eines Experiments notwendig sind.Required processes refer to procedures that are necessary for the successful conduct of an experiment.
Vorzugsweise bietet das Computersystem Mittel, bei denen der Algorithmus oder die Maschine bzw. die künstliche Intelligenz dazu geeignet ist, Protokolle aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen oder anderen Datensätzen zu erstellen und in der Wissensdatenbank zu speichern.Preferably, the computer system provides means whereby the algorithm or machine or artificial intelligence is capable of creating protocols from scientific publications or other data sets and storing them in the knowledge database.
In diesem Dokument wird ein Protokoll als eine Reihe von Anweisungen für die Durchführung eines Experiments verstanden. Wissenschaftliche Veröffentlichungen enthalten Protokolle, die für die Durchführung von Experimenten unerlässlich sind. Vorzugsweise ist die erfindungsgemäße Vorrichtung so eingerichtet, dass sie Daten aus wissenschaftlichen Veröffentlichungen extrahiert und diese Daten als Grundlage für die Planung und Durchführung von Experimenten verwendet. Vorzugsweise geschieht dies automatisch. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt mit einem Benutzer interagiert, um den Versuchsverlauf zu planen. Die automatisierte Erstellung von Protokollen kann eine effizientere Planung und Automatisierung eines Entwicklungsprozesses ermöglichen. Außerdem können mit den erfindungsgemäßen Mitteln Zusammenhänge gefunden werden, die selbst für den Fachmann nicht ersichtlich sind, und neue und nützliche Protokolle freigegeben werden.In this document, a protocol is understood as a set of instructions for conducting an experiment. Scientific publications contain protocols that are essential for conducting experiments. Preferably, the device according to the invention is set up to extract data from scientific publications and use this data as a basis for planning and conducting experiments. Preferably, this happens automatically. However, it can also be provided that the computer program product according to the invention interacts with a user in order to plan the course of the experiment. The automated creation of protocols can enable more efficient planning and automation of a development process. In addition, the means according to the invention can be used to find connections that are not apparent even to the person skilled in the art and to release new and useful protocols.
Die Erfindung stellt außerdem ein Datenträgersignal zur Verfügung, das dazu dient, von der Vorrichtung erzeugte Daten an einen Computer, eine Cloud, ein Mobilgerät oder ein Computersystem zu übertragen oder Daten von einem Computer, einer Cloud, einem Mobilgerät oder einem Computersystem an die Vorrichtung, insbesondere an das Steuergerät, zu übertragen.The invention also provides a data carrier signal that serves to transmit data generated by the device to a computer, a cloud, a mobile device or a computer system or to transmit data from a computer, a cloud, a mobile device or a computer system to the device, in particular to the control device.
Vorzugsweise verfügt die Vorrichtung über mindestens ein Mittel zur Datenübertragung, das dazu eingerichtet ist, Daten von einer technischen Einheit zu einer anderen technischen Einheit zu übermitteln. Die Daten können per Kabel oder per drahtloser Übertragung übermittelt werden. Das hat den Vorteil, dass eventuelle Fehler oder Schäden, die während eines Experiments auftreten, aus der Ferne überwacht werden können, wodurch sich die Reaktionszeit erhöht, unnötige Ausfallzeiten reduziert werden und eine schnellere Problemlösung möglich ist. Vorzugsweise kann das Datenträgersignal zur Übertragung von Versuchsdaten verwendet werden.Preferably, the device has at least one means for data transmission, which is designed to transmit data from one technical unit to another technical unit. The data can be transmitted by cable or by wireless transmission. This has the advantage that any errors or damage that may occur during an experiment can be monitored remotely, thereby increasing the response time, reducing unnecessary downtime and enabling faster problem solving. Preferably, the data carrier signal can be used to transmit experimental data.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELEEXAMPLES OF IMPLEMENTATION
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Folgenden in Verbindung mit den folgenden Figuren rein schematisch dargestellt und näher erläutert, ohne die Erfindung darauf zu beschränken.An embodiment and further advantages of the invention are shown purely schematically below in conjunction with the following figures and explained in more detail, without limiting the invention thereto.
Hierin zeigt sich
-
1A : Übersicht über die automatisierte Vorrichtung (1.1) gemäß der vorliegenden Erfindung, die im sterilen Arbeitsbereich (14.2) einer Sterilwerkbank (14.1) angeordnet ist. -
1B : Übersicht über die automatisierte Vorrichtung (1.1) gemäß der vorliegenden Erfindung, die die Basis (16.2) und die Mensch-Maschine-Schnittstelle (16.3) zeigt. -
1C : Übersicht über die automatisierte Vorrichtung (1.1) gemäß der vorliegenden Erfindung ohne Verkleidung. -
2 : a) Ein Modul (1.13) der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Links: Ansicht von schräg oben, rechts: Querschnitt. b) Ein Modul (1.13) der Vorrichtung, bestehend aus einem ersten Modulteil (1.16) und einem zweiten Modulteil (1.17). -
3 : a) Schematische Übersicht der Umrahmungsunterseite (9.2) und der Umrahmungsoberseite (9.3) einer Umrahmung (9.1) gemäß der vorliegenden Erfindung. b) Eine Umrahmung (9.1) mit Quadranten (1.5, 1.6, 1.7). c) Eine Umrahmung (9.1) mit elektrisch kommunizierenden Verbindungen (15.2) und Busverbindungen (16.1). -
4 : Ein erster beweglicher Aktuator (1.9) mit einer Transporteinheit (4.2), links: angebracht, rechts abgenommen. -
5 : Eine Transporteinheit (4.2), oben links: Ansicht von der Unterseite (8.1), oben rechts: Ansicht von schräg oben, unten links: Vorderseite (10.1), unten Mitte: Seitenansicht, unten rechts: Rückseite (10.2). -
6 : a) Ein weiteres Modul (15.1) mit eingeschobener Transporteinheit (4.2). Links: Ansicht von schräg oben, rechts: Querschnitt. b) Eine weitere Einheit (15.1) und eine Transporteinheit (4.2), die voneinander getrennt sind. -
7 : a) Eine Transporteinheit (4.2), die auf einem Modulträger (8.2) angeordnet ist. Links: Ansicht von schräg oben, rechts: Querschnitt. b) Eine Transporteinheit (4.2) auf einem Modulträger (8.2) mit einer Vibrationsfläche (21.1): -
8 : a) Ein bewegliches Aktuatorsystem (1.8) mit einem ersten beweglichen Aktuator (1.9), einem zweiten beweglichen Aktuator (1.10), einem Schlitten (1.14) und einem kinematischen System (1.15). b) Ein bewegliches Aktuatorsystem (1.8) mit angezeigter X-Y-Raumachse. c) Ein bewegliches Aktuatorsystem (1.8) mit dargestellter Z-Raumachse; Seitenansicht. d) Ein bewegliches Aktuatorsystem (1.8) mit angezeigter Z-Raumachse; Vorderansicht.
-
1A : Overview of the automated device (1.1) according to the present invention, which is arranged in the sterile work area (14.2) of a sterile workbench (14.1). -
1B : Overview of the automated device (1.1) according to the present invention, showing the base (16.2) and the human-machine interface (16.3). -
1C : Overview of the automated device (1.1) according to the present invention without casing. -
2 : a) A module (1.13) of the device according to the present invention. Left: view from above, right: cross section. b) A module (1.13) of the device, consisting of a first module part (1.16) and a second module part (1.17). -
3 : a) Schematic overview of the frame bottom (9.2) and the frame top (9.3) of a frame (9.1) according to the present invention. b) A frame (9.1) with quadrants (1.5, 1.6, 1.7). c) A frame (9.1) with electrically communicating connections (15.2) and bus connections (16.1). -
4 : A first movable actuator (1.9) with a transport unit (4.2), left: attached, right: removed. -
5 : A transport unit (4.2), top left: view from the bottom (8.1), top right: view from above, bottom left: front (10.1), bottom middle: side view, bottom right: back (10.2). -
6 : a) Another module (15.1) with inserted transport unit (4.2). Left: view from above, right: cross section. b) Another unit (15.1) and a transport unit (4.2) separated from each other. -
7 : a) A transport unit (4.2) arranged on a module carrier (8.2). Left: view from above, right: cross section. b) A transport unit (4.2) on a module carrier (8.2) with a vibration surface (21.1): -
8 : a) A movable actuator system (1.8) with a first movable actuator (1.9), a second movable actuator (1.10), a carriage (1.14) and a kinematic system (1.15). b) A movable actuator system (1.8) with the XY spatial axis shown. c) A movable actuator system (1.8) with the Z spatial axis shown; side view. d) A movable actuator system (1.8) with the Z spatial axis shown; front view.
In
BEZUGSZEICHEN-LISTEREFERENCE SYMBOL LIST
- 1.11.1
- automatisierte Vorrichtungautomated device
- 1.21.2
- Bereicheareas
- 1.31.3
- Arbeitsbereichwork area
- 1.41.4
- Frontladerbereichfront loader area
- 1.51.5
- erster Quadrantfirst quadrant
- 1.61.6
- zweiter Quadrantsecond quadrant
- 1.71.7
- weiterer Quadrantanother quadrant
- 1.81.8
- bewegliches Aktuatorsystemmovable actuator system
- 1.91.9
- erster beweglicher Aktuatorfirst movable actuator
- 1.101.10
- zweiter beweglicher Aktuatorsecond movable actuator
- 1.111.11
- Probenträgersample carrier
- 1.121.12
- Kavitätcavity
- 1.131.13
- Modulmodule
- 1.141.14
- SchlittenSleds
- 1.151.15
- kinematisches Systemkinematic system
- 1.161.16
- erstes Modulteilfirst module part
- 1.171.17
- zweites Modulteilsecond module part
- 1.181.18
- Aufbewahrungseinheitstorage unit
- 1.191.19
- Innenrauminterior
- 4.14.1
- Öffnungopening
- 4.24.2
- Transporteinheittransport unit
- 6.16.1
- Feststellmittellocking device
- 7.17.1
- magnetisches Positionierungsmittelmagnetic positioning device
- 7.27.2
- Basisflächebase area
- 8.18.1
- Unterseitebottom
- 8.28.2
- Modulträgermodule carrier
- 8.38.3
- gegensätzliches Positionierungsmittelopposing positioning device
- 9.19.1
- Umrahmungframing
- 9.29.2
- Umrahmungsunterseiteframe bottom
- 9.39.3
- Umrahmungsoberseiteframe top
- 10.110.1
- Vorderseitefront
- 10.210.2
- Rückseiteback
- 10.310.3
- erstes magnetisches Mittelfirst magnetic medium
- 10.410.4
- zweites magnetisches Mittelsecond magnetic medium
- 10.510.5
- Oberflächesurface
- 11.111.1
- drittes magnetisches Mittelthird magnetic medium
- 11.211.2
- viertes magnetisches Mittelfourth magnetic medium
- 13.113.1
- Kanteedge
- 13.213.2
- Abdichtungselementsealing element
- 14.114.1
- Sterilwerkbanksterile workbench
- 14.214.2
- steriler Arbeitsbereichsterile work area
- 15.115.1
- ein weiteres Modulanother module
- 15.215.2
- elektrisch kommunizierende Verbindungelectrically communicating connection
- 16.116.1
- Busverbindungbus connection
- 16.216.2
- Basisbase
- 16.316.3
- Mensch-Maschine-Schnittstellehuman-machine interface
- 21.121.1
- Vibrationsflächevibration surface
- 24.124.1
- weiterer Sensoradditional sensor
- 24.224.2
- Aktoractuator
- 25.125.1
- thermische Flächethermal surface
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- WO 2019/232 504 A3 [0011]WO 2019/232 504 A3 [0011]
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