DE20006546U1 - Abdeckmatte - Google Patents

Abdeckmatte

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Description

Reinhardt Söllner Ganahl
PATENTANWÄLTE
Patentanwälte Reinhardt Söllner Ganahl ■ P.O. Box 1226 ■ D-85542 Kirchheim b. München
07/04/2000 Deutsches Gebrauchsmuster
MWG-BIOTECH AG
DE-2290/MWG-17
Abdeckmatte
Die Erfindung betrifft eine Abdeckmatte zum Abdecken mehrerer in einem platten- ~
förmigen Körper ausgebildeter, nach oben offener Reaktionsgefäße, die zum Ausführen chemischer und/oder mikrobiologischer Reaktionen, wie z.B. dem PCR-Verfahren, vorgesehen sind.
Die Erfindung stellt eine Weiterentwicklung zu einer internen Vorentwicklung dar, die in der noch nicht veröffentlichten europäischen Patentanmeldung 99125152.1 beschrieben ist. Diese Patentanmeldung betrifft eine Thermocyclervorrichtung zur Durchführung chemischer und biologischer Reaktionen, in welche ein plattenförmiger Körper aufgenommen werden kann, der nach oben offene Reaktionsgefäße aufweist. Diese Thermocyclervorrichtung besitzt einen Deckel und einen Schließmechanismus zum Fixieren des Deckels. Es ist ein elektrisch ansteuerbares Stellglied derart vorgesehen, das nach dem Fixieren des Deckel einen Druck auf die Reaktionsgefäße ausgüben kann. Zum Abdichten der Reaktionsgefäße wird vorgeschlagen, eine Gummimatte zwischen dem nach oben offenen Reaktionsgefäß und dem Deckel anzuordnen, so dass die Reaktionsgefäße durch die Gummimatte, die vom Deckel gegen die Reaktionsgefäße gedrückt wird, abgedichtet werden.
European Patent and Hausen 5b RO. Box 12 26
Trademark Attorneys D-85551 Kirchheim b. München D-85542 Kirchheim b. München
Dipl.-Ing. Markus Reinhardt j II.. Patnjefl® : :**: :**::" ·"* · . &Tgr;&sfgr;&idiagr;|+49 (8$ 9(?48«(fo81
Dipl.-Ing. Udo Söllner !..**... wiiailänfdfeijatrfieniorri J I I **:*f|x+J9 (8?) 9(}485083 (G3)
Dipl.-Phys. Bernhard Ganahl Tnternet'www.patmen.com Fax"}-49 (89)*9048Off84 (G4)
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Herkömmlicherweise werden die Reaktionsgefäße durch eine Öl- oder Wachsschicht versiegelt. Diese Öl- oder Wachsschicht wird auf das in die Reaktionsgefäße eingebrachte Chemikaliengemisch aufgebracht und soll sicherstellen, dass zwischen den benachbarten Reaktionsgefäßen keine Übertragung von Chemikalienteilmengen möglich ist. Bei chemischen oder biologischen Reaktionen, die ohne nennenswerte Temperaturerhöhung stattfinden, ist das Aufbringen einer derartigen Öl- oder Wachsschicht zweckmäßig. Treten jedoch hohe Reaktionstemperaturen auf oder werden die Chemikaliengemische erhitzt, wie es z.B. beim PCR-Verfahren der Fall ist, so wird die Öl- oder Wachsschicht dünnflüssig und stellt keinen geeigneten Schutz gegen eine Kontamination durch Chemikalien eines benachbarten Reaktionsgefäßes dar. Insbesondere wenn das Chemikaliengemisch siedet, bietet die Öl- oder Wachsschicht keinerlei wirksamen Schutz gegen eine Kontamination.
Zur Durchführung chemischer oder biologischer Reaktionen, die kontaminationsfrei erfolgen müssen, werden deshalb die Reaktionsgefäße mit einer dünnen Kunststofffolie verschweißt, so dass jedes einzelne Reaktionsgefäß verschlossen ist. Die Reaktionsgefäße sind üblicherweise in standardisierten Mikrotiterplatten ausgebildet. Die Folie wird derart auf die Mikrotiterplatten aufgeschweißt, dass um jedes Reaktionsgefäß eine ringförmige Schweißnaht ausgebildet ist.
Das Vorsehen einer derartigen auf die Reaktionsgefäße geschweißten Folie erlaubt eine kontaminationsfreie Durchführung von chemischen und biologischen Reaktionen. Jedoch muss vor dem Durchführen der chemischen oder biologischen Reaktionen die Folie manuell auf die Reaktionsgefäße geschweißt und nach dem Ausführen der chemischen oder biologischen Reaktionen wieder von Hand abgezogen werden. Es ist deshalb kaum möglich, das Aufschweißen einer derartigen Kunststofffolie in ein vollautomatisches Verfahren zum Ausführen chemischer oder biologischer Reaktionen zu integrieren.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Abdeckmatte zu schaffen, mit der in einem plattenförmigen Körper ausgebildete, noch oben offene Reaktions-
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gefäße sicher abgedichtet werden können, die einfach in einem automatisierbaren Verfahren und wiederholt eingesetzt werden kann.
Die Erfindung wird durch eine Abdeckmatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Abdeckmatte zeichnet sich dadurch aus, dass sie aus einer unteren Abdeckschicht und einer oberen Ausgleichsschicht ausgebildet ist, wobei die Abdeckschicht aus einer porenfreien glatten Kunststoffschicht ausgebildet ist, deren Shore-Härte vorzugsweise nicht größer als 40° ist und die Ausgleichsschicht aus einer gegenüber der Abdeckschicht weicheren Schicht ausgebildet ist, deren Shore-Härte vorzugsweise nicht größer als 15° ist und eine Dicke von zumindest 1,5 mm besitzt, und
dass die Abdeckschicht und die Ausgleichschicht zu einem Verbundwirkstoff miteinander verbunden sind.
Zum Auffinden dieser Lösung sind umfangreiche Testreihen mit unterschiedlichsten Arten von Abdeckmatten durchgeführt worden. Diese Testreihen ergaben folgende Ergebnisse:
Die Verwendung alleine einer poren- und riefenfreien glatten Kunststofffolie als Abdeckmatte ist nur bedingt geeignet, da mit einer solchen Folie keine Unebenheiten an den die Reaktionsgefäße aufweisenden plattenförmigen Körper ausgeglichen werden können und mit dieser Folie auch keine Anpassungen unterschiedlich starker plattenförmiger Körper möglich ist. Andererseits hat sich gezeigt, dass bei Reaktionen, bei welchen in den einzelnen Reaktionsgefäßen Unterdruck entsteht, eine alleine aus einem Kunststoffschaum mit glatter Oberfläche bestehende Abdeckmatte in die Reaktionsgefäße gesaugt wird und sich hierbei dauerhaft plastisch verformt. Derart verformte Abdeckmatten sind deshalb für den weiteren Gebrauch nicht geeignet.
Werden stärkere und damit steifere Lagen aus einem porenfreien glatten Kunststoffmaterial verwendet, so besteht keine Gefahr einer dauerhaften plastischen Verformung. Jedoch sind derartige Kunststoff lagen so steif, dass sie sich nicht immer exakt
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an die Ränder der Reaktionsgefäße anschmiegen und diese sicher abdichten. Bei der Verwendung von zu steifen Abdeckmatten besteht somit eine Kontaminationsgefahr und es besteht die Gefahr, dass der Inhalt einzelner Probengefäße vollständig verdampft.
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Durch die oben angegebene erfindungsgemäße Lösung wird eine Abdeckmatte aus zumindest zwei Schichten, der Abdeckschicht und der Ausgleichsschicht, geschaffen. Die Abdeckschicht besteht aus einem glatten Kunststoff material, das bei einer Anlage an den Randbereich der Reaktionsgefäße diese sicher abdichtet. Die Ausgleichsschicht ist aus einem gegenüber der Abdeckschicht weicherem Material ausgebildet, und weist eine Dicke von zumindest 1,5 mm auf. Die Ausgleichsschicht erlaubt somit einen Ausgleich von Unebenheiten des die Reaktionsgefäße aufweisenden plattenförmigen Körper und bewirkt somit ein exaktes Anschmiegen der Abdeckschicht an den Rändern der Reaktionsgefäße, so dass die einzelnen Reaktionsgefäße sicher abgedichtet werden.
Da die Abdeckschicht und die Ausgleichsschicht zu einem Verbundwerkstoff miteinander verbunden sind, ist die Festigkeit der gesamten Abdeckmatte ausreichend groß, um eine dauerhafte plastische Deformation zu verhindern, selbst wenn die Abdeckschicht aus einer dünnen Folie mit einer Stärke von weniger als 1 mm ausgebildet ist.
Die erfindungsgemäße Abdeckmatte kann deshalb nach einem Versuchsdurchgang gereinigt und in einem weiteren Versuchsdurchgang erneut verwendet werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abdeckmatte mit einer Trägerplatte versehen, wobei die Ausgleichsschicht mit der von der Abdeckschicht abgewandten Seite mit der Trägerplatte verbunden ist, und die Trägerplatte derart gekrümmt ist, dass sie bei einer Druckbelastung durch einen ebenflächigen Druckkörper sich an diesen anschmiegt und eine entsprechend krümmungsfreie Form einnimmt.
Diese Krümmung der Trägerplatte bewirkt, dass sich die Abdeckmatte nach dem Durchführen der chemischen und/oder mikrobiologischen Reaktionen von dem die
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Reaktionsgefäße aufweisenden plattenförmigen Körper bereichsweise abhebt, sobald ein Druck, mit welchem die Abdeckplatte während der chemischen und/oder mikrobiologischen Reaktion gegen den plattenförmigen Körper gedrückt wird, aufgehoben wird. Die Trägerplatte ist aus einem derart steifen Material, dass sich die Abdeckmatte selbst bei Reaktionen, bei welchen ein Unterdruck in den einzelnen Reaktionsgefäßen entsteht, bereichsweise von dem plattenförmigen Körper abhebt. Hierdurch wird sichergestellt, dass keine hohen Kräfte zum Abheben der Abdeckmatte von dem plattenförmigen Körper notwendig sind, selbst wenn in den einzelnen Reaktionsgefäßen ein Unterdruck erzeugt wird. Da nach dem Durchführen der Reaktionen die Trägerplatte wieder ihre ursprüngliche Krümmung einnimmt, wird die Abdeckmatte bereits von einem Großteil der Reaktionsgefäße gelöst und nur durch wenige Reaktionsgefäße, die in Bereichen angeordnet sind, an welchen die gekrümmte Abdeckmatte aufliegt, durch den darin bestehenden Unterdruck gehalten.· Die hieraus resultierende Haltekraft ist jedoch so gering, dass sie beim Anhaben durch eine Handhabungseinrichtung sicher vom plattenförmigen Körper abgehoben wird.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Ausgleichsschicht eine Dicke von zumindest 3 mm. Eine solche Dicke der Ausgleichsschicht erlaubt die Verwendung unterschiedlich starker die Reaktionsgefäße aufweisende plattenförmige Körper. Diese plattenförmigen Körper sind in der Regel Mikrotiterplatten, die es für unterschiedliche Anwendung in unterschiedlichsten Ausprägungen gibt, weshalb eine dicke Ausgleichsschicht die Verwendung unterschiedlichster Mikrotiterplatten ohne weitere Anpassung erlaubt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den beigefügten Zeichnungen beispielhaft dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abdeckmatte in einer perspektivischen Darstellung,
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Fig. 2 einen Schnitt durch die Abdeckmatte aus Fig. 1 entlang der Linie A-A,
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Rg. 3 eine Thermocyclervorrichtung, bei der die erfindungsgemäße Abdeckmatte verwendet wird,
Fig. 4 eine Vorrichtung zum automatischen Durchführen von chemischen und/oder mikrobiologischen Reaktionen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Abdeckmatte, und
Fig. 5 eine Niederhalteeinrichtung der in Fig. 4 gezeigten Vorrichtung zum Halten von Mikrotiterplatten.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Abdeckmatte in einer perspektivischen Ansicht mit Blickrichtung auf die Unterseite der Abdeckmatte 1. In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Abdeckmatte aus Fig. 1 entlang der Linie A - A gezeigt.
Die Unterseite der Abdeckmatte 1 wird von einer Abdeckschicht 2 gebildet, die aus einem poren- und riefenfreien glatten Kunststoffmaterial ausgebildet ist. Experimente haben gezeigt, dass Silikon aufgrund seiner glatten Oberflächenbeschaffenheit ein sehr geeignetes Material für die Abdeckschicht ist. Das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsbeispiel weist eine Abdeckschicht aus Silikon mit einer Dicke von ca. 1 mm auf.
Die Abdeckschicht 2 ist mit einer darüber angeordneten Ausgleichsschicht 3 verbunden. Die Abdeckschicht 2 und die Ausgleichsschicht 3 bilden somit einen Verbundwerkstoff.
Die Ausgleichsschicht 3 des dargestellten Ausführungsbeispiels weist eine Dicke von 3 mm auf. Die Ausgleichsschicht besteht aus einem weicheren Material als die Abdeckschicht 2. Die Shore-Härte der Ausgleichsschicht 3 sollte nicht größer als 15° sein. Die Abdeckschicht kann hingegen eine Shore-Härte bis zu 50° aufweisen. Zweckmäßigerweise beträgt die Shore-Härte der Abdeckschicht 2 etwa 20° bis 40°.
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Die Ausgleichsschicht ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Silikonschaum ausgebildet. Sie kann jedoch auch aus einem anderen, ähnlich elastischen Kunststoff schaum, wie z. B. Moosgummi, Neoprenschaum oder dergleichen, ausgebildet sein.
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Die Abdeckschicht 2 und die Ausgleichsschicht 3 sind durch Vulkanisieren oder einem sogenannten Kaltverbund flächig miteinander verbunden.
Die Ausgleichsschicht 3 besteht vorzugsweise aus einem weichelastischem Kunststoffschaummaterial, das es erlaubt, dass die Abdeckmatte 1 bei Druckbelastung erheblich zusammengedrückt wird.
Die Ausgleichsschicht 3 ist beispielsweise durch Verkleben an einer Trägerplatte 4 befestigt. Die Trägerplatte 4 ist aus einem dünnen Aluminiumblech ausgebildet.
Die Abdeckmatte weist in der Draufsicht eine etwa rechteckige Form auf. Die Länge der kurzen Seitenkante der Abdeckschicht 2 und der Ausgleichsschicht 3 beträgt etwa 7,5 cm und die Länge der langen Seitenkante etwa 11,5 cm. Die Trägerplatte 4 steht an den langen Seitenkanten der Abdeckschicht und der Ausgleichsschicht 3 ein Stück vor. Die Trägerplatte 4 weist somit gegenüber der Abdeckschicht 2 und der Ausgleichsschicht 3 vorstehende Leisten 5 auf. An den kurzen Seitenkanten der Abdeckmatte 1 sind angrenzend an den Ecken nach unten abgewinkelte, einen Haken 6 bildende Stege angeformt. Der nach unten abgewinkelte Abschnitt der Haken 6 ist länger als die gesamte Dicke der Abdeckschicht 2 und der Ausgleichsschicht 3. Hierdurch wird sichergestellt, dass beim Auflegen der Abdeckmatte 1 auf eine glatte Stellfläche die Abdeckschicht 2 nicht die Stellfläche berührt. Hierdurch wird eine Kontamination der Abdeckschicht 2 vermieden.
Die Trägerplatte 4 ist derart gekrümmt, dass sie sich bei einer auf die gesamte Fläehe der Trägerplatte mit einem ebenflächigen Druckkörper aufgebrachten Belastung von zumindest 50 N elastisch an den ebenflächigen Druckkörper anschmiegt und eine entsprechend ebenflächige, krümmungsfreie Form einnimmt. Vorzugsweise
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sollte die Belastung zur Herbeiführung der ebenflächigen Form der Abdeckmatte 1 zumindest 80 bis 100 N betragen.
Bei dem in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Krümmung der Trägerplatte 4 derart ausgebildet, dass die Trägerplatte 4 eine nach oben gerichtete Wölbung besitzt, deren Scheitelpunkt etwa im mittigen Bereich der Abdeckmatte 1 liegt. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch möglich andere Krümmungsformen vorzusehen. Zum Beispiel können die Randbereiche der Abdeckmatte 1 gegenüber dem mittigen Bereich ein Stück nach oben gebogen sein. 10
Nachfolgend wird die Funktion der erfindungsgemäßen Abdeckmatte anhand der in Fig. 3 gezeigten Thermocyclervorrichtung näher erläutert.
Diese in der europäischen Patentanmeldung EP 99 125 152.1 beschriebene Thermocyclervorrichtung 7 weist ein als Basiskörper dienendes Gehäuse 8 auf, das quaderförmig ausgebildet ist. Die obere Begrenzungsfläche des Gehäuses 8 dient als Aufnahmebereich 9 zum Aufnehmen eines plattenförmigen Körpers 10, an dem mehrere nach oben offene Reaktionsgefäße 11 ausgebildet sind. In der Regel ist der plattenförmige Körper 10 eine Pipetierplatte 10 beziehungsweise eine Mikrotiterplatte 10. Derartige Platten sind dünnwandige Kunststoffteile, an denen die Reaktionsgefäße 11 ausgeformt und in Reihen und Spalten angeordnet sind. Typischerweise weist eine Mikrotiterplatte 24, 48, 96 oder 384 Reaktionsgefäße auf. Es gibt Mikrotiterplatten mit größeren oder kleineren Reaktionsgefäßen, die je nach Bedarf eingesetzt werden. Dementsprechend unterscheidet sich auch die Höhe der einzelnen Mikrotiterplatten. Der Aufnahmebereich 9 ist mit nach oben offenen, sacklochförmigen Ausnehmungen versehen, in die die jeweiligen Reaktionsgefäße 11 der Mikrotiterplatte 10 eingesetzt werden.
Am Aufnahmebereich 9 kann ein Heiz- und/oder Kühlelement, wie z.B. ein Peltierelement zum Heizen und Kühlen der Reaktionsgefäße 11 vorgesehen sein. Oberhalb des Aufnahmebereichs 9 ist ein Deckel 12 angeordnet, der mit einem Scharniergelenk 13 schwenkbar am Gehäuse 8 befestigt ist.
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Der Deckel ist aus einem Deckelgrundkörper 14 und einem Deckelsegment 15 ausgebildet. Das Deckelsegment 15 bildet vorzugsweise eine Heizplatte, die auf eine Temperatur erhitzt werden kann, die geringfügig oberhalb der maximalen Reaktionstemperatur liegt, die von dem im Aufnahmebereich 9 angeordneten Heiz- und/oder Kühlelement erzeugt wird. Das Heiz- und/oder Kühlelement kann beispielsweise ein Temperaturprofil im Bereich von O0C bis 95°C abfahren, wobei dann das Deckelsegment 15 beispielsweise auf 1000C erhitzt wird. Hierdurch wird eine Kondensation am Deckelsegment vermieden.
Das Deckelsegment 15 ist im Deckelgrundkörper 14 entlang seiner Normalen verschiebbar angeordnet. Zwischen der oberen Oberfläche des Deckelsegments 15 und dem Deckelgrundkörper 14 sind Federelemente 16 angeordnet, die das Deckelsegment 15 gegen einen Anschlag 17 des Deckelgrundkörpers 14 drücken. Die Federelemente 16 sind beispielsweise mit einer Federkraft von insgesamt etwa 20 N vorgespannt.
Im mittigen Bereich zwischen dem Deckelsegment 15 und dem Deckelgrundkörper 14 ist ein elektrochemischer Linearmotor 19 angeordnet. Derartige elektrochemische Linearmotoren werden auch als elektrochemische Aktoren bezeichnet. Sie sind z.B.
in F & M, Feinwerktechnik, Mikrotechnik, Mikroelektronik, Zeitschrift für Elektronik, Optik - und Mikrosysteme, 1998, Seiten 527 bis 530 beschrieben und bei der Firma FRIWO Silberkraft Gesellschaft für Batterietechnik mbH, Meiderichstr. 6-8, D-47058 Duisburg unter der Artikelbezeichnung SK 5/300-AF erhältlich. Dieser elektrochemische Linearmotor weist ein Faltenbalggehäuse auf, das gasdicht abgeschlossen und mit zwei elektrischen Zuleitungen versehen ist, so dass im Faltenbalggehäuse eine irreversible elektrochemische Reaktion gesteuert ablaufen kann.
Durch Zuführen von Strom, das heißt durch Laden des elektrochemischen Motors wird im Faltenbalg Wasserstoff freigesetzt, wodurch der Faltenbalg gestreckt wird und eine Linearbewegung ausführt. Wird der Faltenbalg über einen elektrischen Widerstand entladen, so wird das Wasserstoff gas chemisch gebunden, wodurch sich das Gasvolumen vermindert und der Faltenbalg zusammengezogen wird. In seinem mechanischen Verhalten entspricht der elektrochemische Linearmotor einem pneu-
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matischen Element, das jedoch keine externe Druckluftversorgung benötigt, sondern elektrisch angesteuert werden kann, wobei es drei Steuerzustände Laden, Halten und Entladen gibt.
Der elektrochemische Linearmotor 19 ist mit einem Ende am Deckelsegment 15 befestigt, während sein gegenüberliegendes Ende 20 frei beweglich ist. Bei Betätigung des elektrochemischen Linearmotors, das heißt bei Streckung, stützt sich der elektrochemische Linearmotor 19 am Deckelgrundkörper 14 ab und drückt hierdurch das Deckelsegment 15 nach unten in Richtung zum Aufnahmebereich 9 des Gehäuses 8.
In den Aufnahmebereich 9 ist eine Mikrotiterplatte 10 eingesetzt, in deren Reaktionsgefäße 11 Gemische von chemischen Reagenzien enthalten sind. Auf der Mikrotiterplatte 10 liegt die erfindungsgemäße Abdeckmatte 1 mit ihrer Abdeckschicht 2 nach unten weisend auf. Das Deckelsegment 15 wird vom elektrochemischen Linearmotor 19 derart stark nach unten gedrückt, dass die Abdeckmatte 1 eine ebenflächige Form annimmt.
Die Abdeckschicht 2 wird hierbei gegen die Randbereiche der nach oben offenen Reaktionsgefäße 11 gedrückt, so dass jedes einzelne Reaktionsgefäß 11 sicher abgedichtet wird. Dadurch wird eine Kontamination der einzelnen Reaktionsgemische durch Reagenzien benachbarter Reaktionsgefäße 11 sicher vermieden, selbst wenn die Reaktionsgemische zu sieden beginnen sollten.
Durch die Ausbildung der Abdeckschicht 2 und der Ausgleichsschicht 3 als Verbundwerkstoff besitzt die Abdeckmatte 1 eine ausreichende Festigkeit, so dass sie selbst beim Entstehen eines Unterdruckes in den Reaktionsgefäßen 11 nicht dauerhaft plastisch verformt wird, sondern nach dem Lösen der Abdeckmatte 1 von der Mikrotiterplatte 10 wieder ihre ursprüngliche Form annimmt.
Nach Beendigung der Durchführung der chemischen Reaktionen in der Thermocyclervorrichtung 7 wird der elektrochemische Linearmotor 19 entladen, so dass er sich zusammenzieht und der während der Durchführung der chemischen Reaktionen auf die Abdeckmatte 1 ausgeübte Druck abgebaut wird. Danach wird der Deckel 12 der
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Thermocyclervorrichtung 7 geöffnet. Aufgrund der Krümmung der Abdeckmatte 1 hebt sich die Abdeckmatte 1 an ihrem nach oben gewölbten Bereich von der Mikrotiterplatte 10 ab. Da die Trägerplatte 4 derart steif ausgebildet ist, dass zumindest eine Kraft von 50 N, vorzugsweise mehr als 80 N bis 100 N zum flächigen Andrücken an die Mikrotiterplatte 10 notwendig ist, hebt sie sich mit der entsprechenden Kraft von der Mikrotiterplatte ab. Hierdurch kann die Abdeckmatte 1 auch von Probengefäßen 11 gelöst und abgehoben werden, in welchen ein Unterdruck erzeugt worden ist. Die Abdeckmatte 1 wird somit nur noch an den Bereichen der Mikrotiterplatte 10 durch die Wirkung des Unterdrucks gehalten, auf welchen sie unmittelbar aufliegt. Die gesamten resultierenden Haftkräfte zwischen der Abdeckmatte 1 und der Mikrotiterplatte 10 sind deshalb deutlich geringer als wenn die Abdeckmatte 1 mit ihrer gesamten Fläche auf der Mikrotiterplatte 10 aufliegen würde. Es hat sich gezeigt, dass selbst wenn bei den chemischen Reaktionen Unterdruck erzeugt wird, die gekrümmte Abdeckmatte 1 von der Mikrotiterplatte 10 abgehoben werden kann, ohne dass hierbei die Mikrotiterplatte 10 mit angehoben wird. Hierdurch ist es möglich, dass die erfindungsgemäße Abdeckmatte 1 vollautomatisch gehandhabt werden kann, da beim Abheben der Abdeckmatte 1 von der Mikrotiterplatte 10 keine Gefahr besteht, dass die Mikrotiterplatte mit angehoben wird.
Die erfindungsgemäße Abdeckmatte kann somit zum Verschließen von Mikrotiterplatten in Vorrichtungen zum automatischen Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren verwendet werden. Eine derartige Vorrichtung ist in Fig. 4 schematisch dargestellt. Eine entsprechende Vorrichtung ist in der WO 99/26070 beschrieben.
Eine solche Vorrichtung zum automatischen Ausführen chemischer und biologischer Reaktionen weist eine rechteckförmige Grundplatte 22 mit zwei Stirnkanten 23 und einer vorderen und hinteren Längskante 24 auf. Auf der Grundplatte 2 ist an der hinteren Längskante 24 eine Rückenwandung 25 angeordnet. Am oberen Randbereich ist in der Rückenwandung 25 eine horizontale, zur hinteren Längskante 24 der Grundplatte 22 parallele Schiene 26 vorgesehen, auf welcher zwei Roboterarme 27 in Längsrichtung der Schiene 26 (Doppelpfeil 28, X-Richtung) verfahrbar angeordnet sind.
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Die Roboterarme 27 sind jeweils geradlinige, steife Arme, die parallel zu den Stirnkanten 23 der Grundplatte 22 angeordnet sind. Sie stehen somit senkrecht auf der Ebene der Rückwandung 25. An den Roboterarmen 27 ist jeweils ein Längsschlitz eingebracht, wobei sich durch die Längsschlitze 29 jeweils ein vertikal zur Grundplatte 22 angeordneter Betätigungsarm 30 erstreckt. Die Betätigungsarme 30 sind jeweils entlang einer in Längsrichtung (Y-Richtung) der Roboterarme 27 verlaufenden Schiene (nicht dargestellt) verfahrbar. Zusätzlich sind die Betätigungsarme auch in vertikaler Richtung (Z-Richtung) verfahrbar. An einem der beiden Betätigungsarme 30 ist eine Pipettenspitzenanordnung 31 mit acht Pipettenspitzen und am anderen Betätigungsarm 30 ist eine gabelförmige Greifeinrichtung 32 befestigt. Mit der Greifeinrichtung 32 können sowohl Mikrotiterpiatten als auch Abdeckmatten 1 aufgenommen und versetzt werden. Die Greifeinrichtung besitzt zwei Greifarme mit jeweils nach innen vorstehenden Vorsprüngen, mit welchen die Leisten 5 der Abdeckmatte hintergriffen werden können.
Auf der Grundplatte 22 sind vier Thermocyclervorrichtungen 7 angeordnet, die mit ihrem Aufnahmebereich 9 und ihren Deckeln 12 im aufgeklappten Zustand dargestellt sind. Auf der Grundplatte 22 sind ferner ein Probenhalter 33 und zwei Pipetierhalter 34 angeordnet. Der Probenhalter 33 und die Pipetierhalter 34 sind im wesentlichen identisch ausgebildete Halterungen, auf welchen Mikrotiterpiatten aufgesetzt werden können. Die auf die Halterungen 33, 34 aufgesetzten Mikrotiterpiatten sind durch die Halterungen 33, 34 exakt bezüglich der Grundplatte 22 ausgerichtet, so dass der Ort der einzelnen an den Mikrotiterpiatten ausgebildeten Gefäßen exakt festgelegt ist und diese von den Roboterarmen genau angesteuert werden können. Die Pipetierhalter 34 legen Pipetierstationen fest, an welchen das Pipetieren mittels der Pipettenspitzenanordnung 31 ausgeführt wird. Einer der Pipetierhalter 34 ist mit einer Niederhaltereinrichtung versehen, die in Fig. 5 im Detail dargestellt ist.
Die Niederhaltereinrichtung 35 weist zwei schwenkbare an der Grundplatte 22 angelenkte Halteteile 36 auf. Die beiden Halteteile 36 sind benachbart zu den Längskanten des Pipetierhalters 34 angeordnet und besitzen an ihren Enden zwei nach oben vorstehende hakenförmige Verriegelungsarme 37. Die Halteteile sind federbeauf-
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schlagt, so dass sie gegen jeweils einen zwischen den Halteteilen 36 und dem Pipetierhalter 34 angeordneten Anschlag 38 gedrückt werden, wobei die Verriegelungsarme 37 den Randbereich einer auf den Pipetierhalter 34 angeordneten Mikrotiterplatte 10 übergreifen und die Mikrotiterplatte 10 auf den Pipetierhalter 34 verriegeln. An den Halteteilen 36 sind nach oben weisende und nach außen abgebogene Öffnungsbügel 39 angebracht. Beim Zuführen oder Abnehmen einer Mikrotiterplatte 10 zu oder von dem Pipetierhalter 34 werden die Öffnungsbügel 39 von der Greifeinrichtung 32 nach außen geschwenkt, so dass die Halteteile 36 nach außen schwenken und die Verriegelungsarme 37 aus der eine Mikrotiterplatte 10 verriegelnden Position weggeschwenkt werden. Sind die Halteteile 36 nach außen weggeschwenkt, so kann eine Mikrotiterplatte auf den Pipetierhalter 34 aufgesetzt bzw. von diesem abgenommen werden.
Auf der Grundplatte 22 sind weiterhin ein Schacht 40 mit unbenutzten Abdeckmatten und ein Schacht 41 zum Ablegen der benutzten Abdeckmatten 1 vorgesehen.
Die Vorrichtung weist femer ein Chemikalienreservoir 42 mit mehreren nach oben offenen Gefäßen mit diversen Chemikalien und eine Stapeleinrichtung 43 zum Aufnehmen von mehreren Mikrotiterplatten auf. Die Stapeleinrichtung 43 ist durch senkrecht von der Rückenwandung 25 vorstehenden Stege 44 ausgebildet.
Nachfolgend wird die Verwendung der erfindungsgemäßen Abdeckmatte 1 in einer derart automatisierten Vorrichtung näher erläutert. Ein Benutzer stellt auf den Probenhalter 33 eine Mikrotiterplatte 10, in deren Probengefäße Probensubstanzen enthalten sind. Diese Probensubstanzen werden entweder unmittelbar auf dieser Mikrotiterplatte oder auf weiteren Mikrotiterplatten auf den Pipetierhaltern mit weiteren Reagenzien aus dem Chemikalienreservoir 42 versetzt und in einer der Thermocyclervorrichtungen 7 chemischen und/oder biologischen Reaktionen, wie z.B. dem PCR-Verfahren unterzogen. Hierzu werden die einzelnen Mikrotiterplatten mit in der Greifeinrichtung 32 von dem Probenhalter 33 bzw. von den Pipetierhaltern 34 abgenommen und in die Thermocyclervorrichtung 7 eingesetzt. Auf die jeweilige in einer Thermocyclervorrichtung 7 befindliche Mikrotiterplatte 10 wird eine Abdeckmatte 1 aufgelegt, die von dem Stapel der unbenutzten Abdeckmatten abgenommen wird.
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Das Aufnehmen und Absetzen der Abdeckmatten 1 führt wiederum die Greifeinrichtung 32 aus. Sind in einer Thermocyclervorrichtung 7 jeweils eine Mikrotiterplatte und eine Abdeckmatte 1 eingebracht, so werden die motorgetriebenen Deckel 12 der jeweiligen Thermocyclervorrichtung 7 automatisch geschlossen und das entsprechende Verfahren kann beginnen. Ist das chemische oder biologische Verfahren beendet, so öffnen sich die Deckel 12 wiederum selbsttätig, die jeweilige Abdeckmatte wird von der Greifeinrichtung 32 aufgenommen und am Stapel 41 der benutzten Abdeckmatten abgelegt.
Werden Abdeckmatten ohne die oben erläuterte Krümmung verwendet, so dass bei chemischen Reaktionen, die einen Unterdruck in den einzelnen Probengefäßen erzeugen, die Abdeckmatten an den Mikrotiterplatten haften, wird mit der Abdeckmatte 1 auch die darunter haftende Mikrotiterplatte aus der Thermocyclervorrichtung 7 gehoben. Diese Mikrotiterplatte 10 wird zusammen mit der Abdeckmatte 1 in die Niederhaltereinrichtung 35 eingesetzt, bis die Verriegelungsarme 37 die Mikrotiterplatte 10 übergreifen und diese auf dem entsprechenden Pipetierhalter 34 fixieren. Anschließend kann die Abdeckmatte 1 von der Greifeinrichtung 32 abgehoben werden, wobei die Mikrotiterplatte durch die Niederhaltereinrichtung 35 auf den Pipetierhalter 34 gehalten wird. Diese benutzte Abdeckmatte 1 wird wiederum auf dem Stapel 41 für benutzte Abdeckmatten abgelegt.
Durch das Vorsehen der erfindungsgemäßen Abdeckmatten 1 kann diese Vorrichtung vollautomatisch arbeiten, ohne dass hierbei die einzelnen Reaktionsgefäße von Hand, beispielsweise durch Verschweißen mit einer Folie, manuell abgedichtet werden müssen. Die benutzten im Stapel 41 abgelegten Abdeckmatten 1 werden lediglich von Zeit zu Zeit abgenommen und der Stapel 40 mit gereinigten Abdeckmatten 1 versehen. Vorzugsweise werden die oben beschriebenen gekrümmten Abdeckmatten verwendet, da sie sich nach dem Durchführen der Reaktionen von den Mikrotiterplatten abheben lassen, selbst wenn ein Unterdruck in einzelnen Reagenzgefäßen entstehen sollte. Bei Verwendung dieser Abdeckmatten kann die Niederhaltereinrichtung 35 weggelassen werden.
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Die Erfindung ist oben anhand von Ausführungsbeispielen erläutert worden. Sie ist selbstverständlich nicht auf die konkrete Ausführungsform der Ausführungsbeispiele beschränkt. So kann zum Beispiel die Abdeckschicht aus einem anderen Material als Silikon ausgebildet sein, sofern dieses Material zu Abdichtung der Reaktionsgefäße ausreichend glatt ist. Die Ausgleichsschicht muss nicht aus einem Kunststoffschaum bestehen, sofern sie die notwendige Nachgiebigkeit besitzt.
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Patentanwälte Reinhardt - Söllner - Ganahl DE-2290/MWG-17 Ausgleichsschicht
Bezugszeichenliste Trägerplatte
1 vorstehende Leisten
2 Haken
5 3 Thermocyclervorrichtung
4 Gehäuse
5 Aufnahmebereich
6 plattenförmiger Körper
7 Reaktionsgefäß
10 8 Deckel
9 Scharniergelenk
10 Deckelgrundkörper
11 Deckelsegment
12 Federelement
15 13 Anschlag
14
15 elektrochemischer Linearmotor
16 freies Ende des Linearmotors
17
20 18 Grundplatte
19 Stirnkante
20 Längskante
21 Rückenwandung
22 Schiene
25 23 Roboterarm
24 Doppelpfeil
25 Längsschlitz
26 Betätigungsarm
27 Pipettenspitzenanordnung
30 28
29
30
31
• · ♦
Greifeinrichtung
Probenhalter
Patentanwälte Reinhardt - Söllner - Ganahl DE-2290/MWG-17 Pipetierhalter
32 Niederhaltereinrichtung
33 Halteteil
34 Verriegelungsarm
35 Anschlag
5 36 Öffnungsbügel
37 Stapel für unbenutzte Abdeckmatten
38 Stapel für benutzte Abdeckmatten
39 Chemikalienreservoir
40 Stapeleinrichtung
10 41 Stege
42
43
44
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Claims (16)

1. Abdeckmatte zum Abdecken mehrerer in einem plattenförmigen Körper ausgebildeter, nach oben offener Reaktionsgefäße, die zum Ausführen chemischer und/oder mikrobiologischer Reaktionen, wie z. B. dem PCR-Verfahren, vorgesehen sind, wobei die Abdeckmatte (1) aus einem elastischen Material ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckmatte (1) aus einer unteren Abdeckschicht (2) und einer oberen Ausgleichsschicht (3) ausgebildet ist, und die Abdeckschicht (2) aus einer porenfreien glatten Kunststoffschicht ausgebildet ist, und die Ausgleichsschicht (3) aus einer gegenüber der Abdeckschicht (2) weicheren Schicht ausgebildet ist, die eine Dicke von zumindest 1,5 mm besitzt, und
daß die Abdeckschicht (2) und die Ausgleichsschicht (3) zu einem Verbundwerkstoff verbunden sind.
2. Abdeckmatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Shore-Härte der Abdeckschicht (2) nicht größer als 50° ist.
3. Abdeckmatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Shore-Härte der Ausgleichsschicht (3) nicht größer als 15° ist.
4. Abdeckmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Ausgleichsschicht (3) zumindest 3 mm beträgt.
5. Abdeckmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Abdeckschicht (2) nicht größer als 1 mm ist.
6. Abdeckmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsschicht (3) aus einem Kunststoffschaum, wie z. B. Silkonschaum, Moosgummi oder Neoprenschaum, ausgebildet ist.
7. Abdeckmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckschicht (2) aus Silikon ausgebildet ist.
8. Abdeckmatte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckmatte (1) zur Versteifung mit einer Trägerplatte (4) versehen ist, wobei die Ausgleichsschicht (3) mit der von der Abdeckschicht (2) abgewandten Seite mit der Trägerplatte (4) verbunden ist.
9. Abdeckmatte nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (4) derart gekrümmt ist, daß sie bei einer auf die gesamte Fläche der Trägerplatte (4) mit einem ebenflächigen Druckkörper aufgebrachten Druckbelastung von zumindest 5 N sich elastisch an den ebenflächigen Druckkörper anschmiegt und eine entsprechend krümmungsfreie Form einnimmt.
10. Abdeckmatte nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der Trägerplatte (4) derart ausgebildet ist, daß die Trägerplatte (4) nach oben gerichtet Wölbung besitzt, deren Scheitelpunkt etwa im mittigen Bereich der Abdeckmatte (1) liegt.
11. Abdeckmatte nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (4) aus einem Aluminiumblech ausgebildet ist.
12. Vorrichtung zum Ausführen von chemischen und/oder biologischen Reaktionen, mit
einem Aufnahmebereich (9) zum Aufnehmen einer nach oben offener Reaktionsgefäße (11) aufweisenden Platte (10), und
ein Druckelement (15) zum Beaufschlagen der nach einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgebildeten und mit ihrer Abdeckschicht (2) auf der die Reaktionsgefäße (11) aufweisenden Platte (10) aufliegenden Abdeckmatte (1) mit einer vorbestimmten Kraft.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zumindest 80 N beträgt.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die die Probengefäße (11) aufweisende Platte eine Mikrotiterplatte (10) ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine Thermocyclervorrichtung (7) ist.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung Handhabungselemente (32) zum automatischen Handhaben der Abdeckmatte (1) besitzt.
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