DE10228431A1

DE10228431A1 - Laborprobentemperiervorrichtung mit Aufnahmen

Info

Publication number: DE10228431A1
Application number: DE10228431A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schirr; Andreas Graff
Original assignee: Eppendorf SE
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-27
Also published as: US20040001780A1; DE10228431B4

Abstract

Eine Labortemperiervorrichtung mit in einer Ebene angeordneten gefäßförmigen, zu einer Baueinheit verbundenen Aufnahmen (2), sowie mit diese beaufschlagenden Heiz- und Kühleinrichtungen (5, 6) ist dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (2) dünnwandig ausgebildet sind und die Heizeinrichtung strombeaufschlagbare Heizdrähte (4, 4a, 4b) aufweist, die die Aufnahmen (2) als Wendeln (5) umlaufend angeordnet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Laborprobentemperiervorrichtung der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Laborprobentemperiervorrichtungen der eingangs genannten Art dienen zum Temperieren von Laborproben, die in den Aufnahmen angeordnet sind. Sie können in den gefäßförmigen Aufnahmen direkt eingefüllt sein. Üblicherweise befinden sich die Proben jedoch in Gefäßen, die in ihrer Außenkontur passend zur Innenkontur der Aufnahmen ausgebildet sind und daher mit großflächigem gut wärmeleitendem Kontakt in diese einsetzbar sind.

Bekannte gattungsgemäße Vorrichtungen, wie sie aus
DE 196 46 115 C2 und
US 5 525 300
bekannt sind, weisen die Aufnahmen als Vertiefungen in einem massiven Block aus gut leitfähigem Material auf, der von seiner Unterseite oder von den Rändern her mit Heiz- und Kühleinrichtungen kontaktiert ist, die getrennt ausgebildet sein können oder auch in Form von Peltier-Elementen beiden Zwecken dienen können. Solche Temperierblöcke können auch, wie im Falle der genannten Schriften, an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich temperiert werden, um als Gradientenblock unterschiedliche Aufnahmen in einem Temperaturgradienten auf unterschiedliche Temperaturen zu bringen.

Nachteilig bei den bekannten Konstruktionen ist das hohe Gewicht der massiven Blöcke. Dies führt nicht nur zu einer aufwendigen Konstruktion, sondern insbesondere auch zu einem sehr trägen Temperaturansprechverhalten. Bei dem üblichen Verwendungszweck solcher Vorrichtungen, nämlich zur Durchführung der PCR (Polymerase Chain Reaction) müssen die Temperaturen in den Aufnahmen sehr schnell verstellt werden. Dazu muß der massive Block hochgeheizt oder runtergekühlt werden. Bei den bekannten Konstruktionen sind schnelle Temperaturveränderungen nur mit sehr hohen Heiz- und Kühlleistungen erreichbar.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine eingangs genannte Vorrichtung bei kostengünstigem Aufbau mit hohen Temperaturänderungsgeschwindigkeiten auszubilden.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind die Aufnahmen in Form dünnwandiger Gefäße ausgebildet und haben somit eine geringe Masse. Ihnen sind eng umlaufende Heizwendeln zugeordnet, mit denen sie bei geringem Energieeinsatz sehr schnell aufgeheizt werden können. Die Abkühlung kann mit geeigneten Mitteln z.B. einem Kühl-luftstrom ebenfalls sehr rasch erfolgen. Die Baueinheit, zu der die Aufnahmen auf geeignete Weise, beispielsweise durch Verstrebungen, verbunden sind, kann leicht und kostengünstig gefertigt werden. Da die Aufnahmen sehr dünnwandig sind, können billigere, nicht besonders hoch thermisch leitende Materialien verwendet werden. Ferner lassen sich die einzelnen Wendeln in geeigneter Weise miteinander zu gemeinsamer oder getrennter Ansteuerung verschalten, so daß in beliebiger Weise eine gleiche Beheizung aller Aufnahmen oder auch beliebige individuelle Temperaturmuster an den Aufnahmen erreichbar sind.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Die Wendeln sind dabei der Außenform der Aufnahmen formangepaßt. Sie können, z.B. durch geeignete Distanzstücke gehalten, in geringem Abstand zur Außenfläche der Aufnahmen angeordnet sein oder auch in unmittelbarem Kontakt auf deren Außenflächen gewickelt und befestigt sein. Dadurch ergibt sich durch die unmittelbar benachbarte Anordnung der Heizdrähte eine gleichmäßige Beheizung der gesamten Aufnahme und ein geringer Energieverlust.

Die Wendeln können zu gemeinsamer Stromansteuerung zusammengeschaltet sein. Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Hierdurch ergibt sich eine Vereinfachung der Ansteuerung der Wendeln mit der Möglichkeit, die Aufnahmen reihenweise einzeln zu beheizen, z.B. zur Erzeugung eines Temperaturgradienten quer zu den Reihen.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Bei Verbindung der Aufnahmen im Bereich ihres Öffnungsrandes bleibt der Bereich unterhalb des Öffnungsrandes frei, um dort die Wendeln ungestört um die Aufnahmen anordnen zu können.

Dabei sind vorteilhaft die Merkmale es Anspruches 5 vorgesehen. Auf diese Weise lassen sich die Aufnahmen in einer stabilen Baueinheit sehr einfach maschinell herstellen. Außerdem ergibt die geschlossene Platte oberhalb der Aufnahmen einen guten Schutz der elektrischen Anordnung der Wendeln und der Verbindungsleitungen gegen oberhalb der Platte verschüttete Flüssigkeiten.

Die Kühleinrichtung kann beispielsweise mit Kühlkörpern oder Peltierelementen die Aufnahmen kontaktierend ausgebildet sein. Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruchs 6 vorgesehen. Ein Luftgebläse zeichnet sich durch einfache Konstruktion und geringe Kosten aus und kann mit hoher Kühlleistung die Aufnahmen sehr gleichmäßig kühlen, wobei durch Gegenheizen mit den Wendeln beliebige Temperaturen an den Aufnahmen einstellbar sind.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf einen Abschnitt einer erfindungsgemäßen Baueinheit mit mehreren Aufnahmen,
2 einen Schnitt nach Linie 2-2 in 1 und
3 einen Schnitt gemäß 2 in anderer Ausführungsform.
In den 1 und 2 ist inDraufsicht und im Schnitt eine Laborprobentemperiervorrichtung dargestellt mit einer ebenen Platte 1, in der Aufnahmen 2 als eingedrückte Vertiefungen ausgebildet sind. Wie 2 zeigt, sind die Aufnahmen 2 derart ausgeformt, daß handelsübliche Probengefäße 3 formpassend in diese einsetzbar sind. Die Aufnahmen 2 sind in 2 mit ihrer unter die Platte 1 ragenden Außenfläche dargestellt. Sie sind sehr dünnwandig ausgeformt mit einer Wandstärke, die genauso groß oder kleiner ist als die der in 2 dargestellten Platte 1.
2 zeigt, daß ein vorzugsweise z.B. durch Lackierung isolierter Heizdraht 4 nacheinander die beiden dargestellten Aufnahmen 2 außen umläuft, und zwar unter Ausbildung je einer Wendel 5 an jeder der Aufnahmen 2. Die Wendeln sind, wie 2 zeigt, der Außenform der Aufnahmen 2 formangepaßt und umlaufen jede der Aufnahmen 2 mit mehreren Windungen.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft der Heizdraht 4 in den Wendeln 5 im Abstand zur Außenoberfläche der Aufnahmen 2. Er ist mit nicht dargestellten Mitteln gesichert, wie beispielsweise Distanzhaltern, Klebepunkten oder dergleichen. In anderer Ausführung kann der Heizdraht 4 in den Wendeln 5 auch unmittelbar auf die Außenfläche der Aufnahmen 2 gewickelt und z.B. durch Verklebung befestigt sein.
Unterhalb der Aufnahmen 2 ist, wie 2 zeigt, ein Ventilator 6 angeordnet, der Kaltluft gegen die Aufnahmen und die Platte 1 bläst.
Der in 2 dargestellte Heizdraht 4 läuft nacheinander, also in Reihenschaltung durch beide Wendeln 5 und ist an seinen Enden in nicht dargestellter Weise an eine Stromquelle angeschlossen. Durch entsprechende Steuerung mit nicht dargestellten Steuereinrichtungen kann durch Wärmeerzeugung in dem Widerstand des Heizdrahtes 4 und durch Steuerung des Luftstromes des Ventilators 6 an den Aufnahmen 2 jede gewünschte Temperatur eingestellt werden.
Aufgrund des geringen Abstandes der Wendeln 5 zu den Aufnahmen 2 und aufgrund deren geringer Wandstärke können in die Aufnahmen eingesetzte Probegefäße 3 sehr schnell aufgeheizt und bei Abschalten der Heizung von dem Ventilator 6 sehr schnell abgekühlt werden. Bei Verwendung für die PCR sind extrem kurze Zykluszeiten erreichbar.
In 1 ist die Platte 1 in einem Eckausschnitt mit vier Aufnahmen 2 dargestellt. Die vollständige Platte 1 kann z.B. in üblicher Weise 96 Aufnahmen enthalten, die in üblicher Weise in einem Raster in Zeilen und Spalten angeordnet sind. Dabei sind die Zeilen jeweils von in Reihe geschalteten Wendeln mit einem durchgehenden Heizdraht 4, 4' (1) einzeln dassteuerbar, so daß ein Temperaturgradient in Richtung senkrecht zu den Zeilen erreichbar ist.
3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei der die Platte 1 mit den Aufnahmen 2 der Ausführungsform der 2 entspricht. Auch hierbei ist jede Aufnahme 2 von einer Wendel 5 umlaufen. Die Heizdrähte 4a und 4b der beiden dargestellten Wendeln sind jedoch an ihren Enden auf einer parallel zur Platte 1 angeordneten Leiterplatte 7 mit dort vorgesehenen Leiterbahnen kontaktiert. Die Leiterplatte 7 weist unter den Aufnahmen 2 Löcher 8 auf, durch die der Ventilator 6 Luft gezielt auf die Aufnahmen blasen kann.
Bei der Ausführungsform der 3 sind die Wendeln 5 einzeln auf der Leiterplatte 7 mit Leiterbahnen kontaktiert, die in entsprechender Anordnung z.B. alle Wendeln 5 parallel bzw. in Reihe oder in Parallel/Reihenschaltung gleichmäßig versorgen kann oder auch über Einzelverbindungen an jeweils eine eigene Stromversorgung anschließen kann, so daß alle Wendeln 5 gesondert ansteuerbar sind bzw. in gewünschten Gruppen, wie z.B. zeilenweise.
Wie 3 zeigt, kann die Leiterplatte 7 mit der Platte 1 über Stützen 9 zu einer Baueinheit verbunden sein.
Um eine Temperaturregelung an den Aufnahmen 2 zu ermöglichen, wird eine Temperaturrückmeldung benötigt. Dazu kann, wie 2 zeigt, zwischen zwei Aufnahmen 2 an der Unterseite der Platte 1 ein Temperatursensor 10 vorgesehen sein. Temperatursensoren können zur Erhöhung der Meßgenauigkeit an mehreren Stellen der Platte 1 vorgesehen sein oder auch an jeder der Aufnahmen 2, insbesondere wenn diese einzeln auf unterschiedliche Temperaturen geregelt werden sollen.
Anders als in den dargestellten Ausführungsbeispielen, müssen die Aufnahmen 2 nicht unbedingt durch eine durchgehende Platte 1 verbunden sein. Es genügt, die Aufnahmen 2 zum Beispiel mit Gitterverstrebungen untereinander zu verbinden, um eine konstruktiv handhabbare Baueinheit zu schaffen. Die in den Figuren dargestellte Platte 1 ergibt jedoch, wie die 2 und 3 zeigen, den Vorteil, daß sie die darunterliegende elektrische Anordnung vor Flüssigkeit schützt, die zum Beispiel bei ungeschickter Handhabung des in 2 dargestellten Probengefäßes 3 verschüttet werden kann.

Claims

Labortemperiervorrichtung mit in einer Ebene angeordneten gefäßförmigen, zu einer Baueinheit verbundenen Aufnahmen (2), sowie mit diese beaufschlagenden Heiz- und Kühleinrichtungen (5, 6), dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (2) dünnwandig ausgebildet sind und die Heizeinrichtung strombeaufschlagbare Heizdrähte (4, 4a, 4b) aufweist, die die Aufnahmen (2) als Wendeln (5) umlaufend angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (5) der Außenform der Aufnahmen (2) formangepaßt ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit in Reihen in der Ebene angeordneten Aufnahmen (2) dadurch gekennzeichnet, daß die Wendeln (5) in den Reihen hintereinandergeschaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (2) im Bereich ihres Öffnungsrandes miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmen (2) als Eindrückungen in einer geschlossenen Platte (1) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung als die Außenseite der Aufnahmen (2) beaufschlagendes Luftgebläse (6) ausgebildet ist.