DE1157744T1 - Automatisierte Polymerase-Kettenreaktion - Google Patents

Automatisierte Polymerase-Kettenreaktion

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DE1157744T1 DE1157744T DE01203230T DE1157744T1 DE 1157744 T1 DE1157744 T1 DE 1157744T1 DE 1157744 T DE1157744 T DE 1157744T DE 01203230 T DE01203230 T DE 01203230T DE 1157744 T1 DE1157744 T1 DE 1157744T1
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Marcel Margulies
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Timothy M. Woudenberg
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Claims (1)

  1. a DE/F.P 1 1 57 744T1
    98 595 p7/kl
    Automatisierte Durchführung der Polymerase-Kettenreaktion
    Ansprüche
    1. Thermocyclervorrichtung für das automatische Durchführen der Polymerase-Kettenreaktion, umfassend:
    (a) einen eine obere Hauptfläche und eine untere Hauptfläche aufweisenden, metallischen Probenblock,
    (b) ein Array aus beabstandeten, in der oberen Hauptfläche ausgebildeten Probenwells,
    (c) eine auf den Prob.enblock kontinuierlich mit einer ausreichenden Rate aufgebrachte Vorkühlung, um außer bei Wärmezuführung von außen das gleichmäßige Abkühlen des Blocks mit einer Rate von zumindest ungefähr 0,10C pro Sekunde zu bewirken, falls dieser bei einer Temperatur in dem Bereich von 35 bis 1000C ist, und
    (d) eine auf das Computersystem ansprechende, computersteuerbare Heizeinrichtung, die zum gleichmäßigen Erhöhen der Temperatur des Blocks mit einer die Vorkühlrate übersteigenden Rate geeignet ist, wobei die Thermocyclervorrichtung geeignet ist, um unter der Steuerung eines Computers das Array Probenwells auf einer konstanten Temperatur im Bereich von 35 bis 1000C in einem Toleranzbereich von +/- etwa 0,50C zu halten.
    • ·
    DE/EP 1 157 74 4 T1
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Array ein rechteckiges Array mit Reihen beabstandeter Probenwells umfasst und wahlweise
    (a) das Array ein rechteckiges 8x12 Array mit einem Mitte zu Mitte Probenwell abstand aufweist, der s;u einem Mikrotiter-Plattenformat gemäß Industriestandard kompatibel ist, und bei dem der Probenblock bevorzugt eine Blockwärmekapazität von ungefähr 500-600 Wattsekunden pro 0C aufweist, und/oder
    (b) der Probenblock mehrere quer durch den Block parallel zur oberen Fläche sowie parallel zu und beabstandet von den Wellreihen verlaufende Vorkühlungskanäle enthält, und bei dem die Vorkühlung durch Pumpen einer Kühlflüssigkeit durch die bevorzugt isolierten Vorkühlungskanäle aufgebracht wird.
    3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der
    (a) die computersteuerbare Heizeinrichtung eine Vielzahl unabhängig steuerbare Heizzonen für den Block umfasst, wobei die Zonen zumindest eine erste Zone für die das Probenwellarray enthaltende Blockregion und zumindest eine zweite Zone für die Randregion des Blocks außerhalb des Arrays umfassen, und die computersteuerba.re Heizeinrichtung bevorzugt ein mehrzoniges Filmheizgerät in thermischem Kontakt mit der unteren Hauptfläche umfasst, oder
    (b) der Probenblock um seinen Rand ein Schutzband mit Wärmeeigenschaften aufweist, die der das Array enthaltenden Blockregion ähnlich sind, und bei dem
    DE/EP 1 15.7 744Tl
    das Schutzband vorgekühlt und gesteuert heizbar ist, wobei bevorzugt
    (i) das Schutzband eine in seiner oberen Fläche
    ausgebildete, sich im Wesentlichen rund um das Array erstreckende Nut umfasst, die die Wärmeleitfähigkeit zwischen der das Array . enthaltenden Blockregion und dem Schutzband senkt, und/oder
    (ii) die wärmesteuerbare Heizeinrichtung eine
    Vielzahl unabhängig steuerbare Heizzonen für den Block umfasst, und die Zonen zumindest eine erste Zone für die das Probenwellarray enthaltende Blockregion und zumindest eine zweite Zone für die Randregion des Blocks außerhalb des Arrays umfassen, und die computersteuerbare Heizeinrichtung bevorzugt ein mehrzoniges Filmheizgerät in thermischem Kontakt mit der unteren Hauptfläche umfasse.
    4. Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin eine computersteuerbare Rampenkühlungseinrichtung umfassend, die geeignet ist, die Blocktemperatur von 1000C aus mit einer Rate von zumindest ungefähr 40C pro Sekunde und von 4O0C aus von zumindest ungefähr 2°C pro Sekunde zu senken, und wahlweise
    (A) das Array ein Reihen von beabstandeten Probenwells umfassendes, rechteckiges Array umfasst, wobei der Probenblock mehrere sich mit einer Vielzahl von quer verlaufenden Rampenkühlungskanälen abwechselnde, quer verlaufende Vorkühlungskanäle enthält, und die Vorkühlung und die Rampenkühlung durch Pumpen von Kühlflüssigkeit durch die Rampenkühlungskanäle und die Vorkühlungskanäle aufgebracht wird, wobei die Vorrichtung wahlweise
    DE/EP 1 1 57 744T1
    des Weiteren eine Einrichtung zum Fördern von Kühlflüssigkeit zu einander gegenüberliegenden Enden aufeinander folgender Rampenkühlungskanale umfasst, oder
    (B) die computersteuerbare Heizeinrichtung zum Rampenheizen geeignet ist,
    wobei die computersteuerbare Heizeinrichtung bevorzugt eine Vielzahl unabhängig steuerbarer Heizzonen für den Block umfasst, und die Heizzonen zumindest eine erste Heizzone für die das Array Probenwells enthaltende Blockregion und zumindest eine zweite Zone für die Blockregion außerhalb des Arrays enthält, und die computersteuerbare Heizeinrichtung weiterhin bevorzugt ein mehrzonr'.ges Filmheizgerät in thermischem Kontakt mit der unteren Hauptfläche umfasst.
    Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einer Einrichtung zum Einsetzen von Probenröhrchen nicht gleicher Höhe in die Wells in dem Array mit einer ausreichenden Einsetzkraft auf jedes Probengläschen, um zwischen der Oberfläche des Röhrchens und der Oberfläche des Wells eine enge, bündige Passung zu bewirken, bei der die Einsetzeinrichtung bevorzugt verformbare, nachgiebige, gasdichte Kappen für die Probengläschen, eine vertikal versetzbare Platte, und zum Absenken der Platte unter Kraft eine steuerbare Einrichtung umfasst, um die Absetzkraft auf den Deckel für jedes Röhrchen aufrecht zu erhalten,
    wobei die Platte wahlweise auf einer Heiztemperatur in dem Bereich von 94 bis 1100C, bevorzugt im Bereich von 100 bis 1100C gehalten ist.
    6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,. weiterhin ein Computersystem zum Steuern der Heizeinrichtung umfassend, das bevorzugt die Rampenkühleinrichtung steuert.
    7. Thermocyclervorrichtung zum automatischen, schnellen Durchführen der Polymerase-Kettenreaktion, umfassend:
    (a) Einen Probenblock aus thermisch homogenem Metall niedriger Wärmeträgheit mit einer oberen Hauptfläche und einer unteren Hauptfläche, wobei der Block in einer Zentralregion seiner oberen Fläche ein rechteckiges Array von Probenwells mit einer zu einem Mikrotiterplattenformat gemäß Industriestandard kompatiblen Mitte zu Mitte Abstand aufweist, und der Block ebenfalls eine das Array umgebende Randregion enthält,, die ein Schutzband mit zu den Wärmeeigenschaften der Zentralregion ähnlichen Wärmeeigenschaften aufweist,
    (b) ein Vorkühlsystem zum konstanten Kühlen des Probenblocks, das ausreichend ist, um den Block außer bei Wärmezuführung von außen mit einer Rate von zumindest ungefähr 0,10C pro Sekunde gleichmäßig zu kühlen, falls dieser bei einer Temperatur im Bereich von 35 bis 1000C ist,
    (c) ein Computersystem zum Empfangen und Speichern von Benutzerdaten, die eine Vielzahl von Reaktionszyklen definierenden Zeiten und Temperaturen betreffen,
    (d) ein durch das Computersystem gesteuertes Rampenkühlsystem zum wahlweisen Kühlen des Probenblocks mit einer Rampenkühlrate von zumindest
    ungefähr 40C pro Sekunde von 1000C aus und zumindest ungefähr 20C pro Sekunde von 4O0C aus,
    (e) ein durch das Computersystem gesteuertes Mehrzonenheizsystem, das eine Heizzone für die Zentralregion des Blocks und eine Heizzone für das Schutzband aufweist und geeignet ist, die zum Halten des Probenblocks bei einer konstanten Temperatur .im Bereich von 35 bis 1000C erforderliche Wärme bereitzustellen, und den Block mit Rampenheizen zu beaufschlagen,
    (f) eine über dem Probenblock vertikal versetzbare Pressabdeckung und
    (g) eine Abdeckungsversetzeinrichtung zum Anheben der Abdeckung sowie zum Absenken der Abdeckung, und zum Erhalten ihrer vertikalen Position gegen eine Widerstandskraft von zumindest ungefähr 3000 Gramm, wobei die Thermocyclervorrichtung geeignet ist, das Probenwellarray bei einer konstanten Temperatur im Bereich von 35 bis 1000C in einem Toleranzbereich von +/- 0,50C zu halten.
    8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Pressabdeckung eine auf einer Temperatur im Bereich von 94 bis 1000C haltbare, beheizte Platte umfasst.
    9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, bei der:
    (A) das Mehrzonenheizsystem ein Filmheizgerät in thermischem Kontakt mit der unteren Fläche des Probenblocks umfasst, und/oder
    (B) das Vorkühlsystem eine Reihe von durch den Block parallel zur oberen Fläche und parallel zu und beabstandet von den Wellreihen verlaufende
    Vorkühlungskanäle sowie eine Pumpeinrichtung zum Pumpen von Kühlflüssigkeit durch die Vorkühlungskanäle aufweist, wobei das Rampenkühlsystem bevorzugt eine Reihe von durch den Block parallel zu den Vorkühlungskanälen und von ihnen und von den Wellreihen beabstandet verlaufende Rampenkühlungskanäle sowie eine Pumpeinrichtung zum Pumpen von Kühlflüssigkeit durch die Rampenkühlungskanäle umfasst, die bei einander gegenüberliegenden Enden aufeinander folgender Rarnpenkühlungskanäle eintritt, und weiterhin bevorzugt sich genau ein Vorkühlungskanal und genau ein Rampenkühlungskanal nahe jeder Reihe von Probenwells befindet, und/oder
    (C) die Vorrichtung weiterhin einen zweiteiligen Kunststoffhalter zum losen Halten von Mikrotiterprobenröhrchen einer vorgewählten Konstruktion umfasst, von denen jedes Röhrchen einen an seinem oberen Ende offenen, zylindrisch geformten oberen Abschnitt und einen sich von diesem nach unten erstreckenden, geschlossenen, sich verjüngenden unteren Abschnitt umfasst, jedes Röhrchen einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und in einer Lage auf dem oberen Abschnitt unter seinem offenen Ende eine sich von dem oberen Abschnitt nach außen erstreckende Umfangsschulter aufweist, umfassend:
    (a) ein einstückiges Trägerelement, mit
    (i) einem flachen, horizontalen
    Plattenabschnitt mit Löchern in einem zum Mikrotiterplattenformat gemäß Industriestandard kompatiblen Array, wobei die Löcher geringfügig größer e der Außendurchmesser der oberen
    - « « * · &lgr; ■.;■-■■ . « t«t · * * ■ ■■■-
    DE/EP i 1 57 74 4 T1
    Abschnitte der Röhrchen aber kleiner als der Außendurchmesser der Schulter sind,
    (ii) einem ersten, vertikalen Trägerseitenwandabschnitt vollständig rund um die Platte, der sich um eine Höhe nach oben erstreckt, die größer als die Höhe eines in einem der Löcher ruhenden Röhrchens ist,
    (iii) einem zweiten, vertikalen Trägerseitenwandabschnitt rund um die; Platte, der sich bis annähernd zum unteren Ende des oberen Abschnitts eines in einem der Löcher ruhenden Röhrchens nach unten erstreckt,
    (b) eine einstückige, lösbar innerhalb des Trägers über jedes in dem Träger ruhende Probenröhrchen in Eingriff bringbare Halterung, mit
    (i) einem flachen, horizontalen Plattenabschnitt mit Löchern in einem zum Mikrotiterplattenformat gemäß Industriestandard kompatiblen Array, wobei die Löcher geringfügig größer als der Außendurchmesser der oberen Abschnitte der Röhrchen aber kleiner als der Außendurchmesser der Schulter.sind,
    (ii) einem vertikalen
    Halterungsseitenwandabschnitt rund um den sich nach oben von der Platte weg erstreckenden Halteruncfsplattenabschnitt,
    DE/EP 1 1 57 74 4T1
    wobei bei sich innerhalb des.Trägers im Eingriff befindlicher Halterung der Halterungsplattenabschnit't geringfügig über der Schulter eines in dem Träger ruhenden Röhrchens liegt, und der erste Trägerseitenwandabschnitt ungefähr sei hoch wie der
    Halterungsseitenwandabschnitt ist, wodurch in dem Träger ruhende Röhrchen sowohl vertikal als auch seitlich lose gehalten sind,
    der Halter sich in dem metallischen Probenblock befindet, und die oberen Enden der verformbarer. Kappen geringfügig über eine oberste Kante des zweiteiligen Kunststoffhalters vorstehen, das abwärtige Versetzen der Abdeckung bevorzug die oberen Enden der Kappen nach unten, verformt, bis das Versetzen durch die oberste Kante des zweiteiligen Kunststoffhalters gestoppt wird, und weiter bevorzugt die oberste Kante des zweiteiligen Kunststoffhalters die Unterseite der Abdeckung rund um den gesamten Rand der Kante berührt und somit eine gasdichte Dichtung bildet, und/oder
    (D) die Vorrichtung zumindest zwei Heizzonen für das Schutzband umfasst.
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