DE202014102945U1 - Heiz- und Magnetmodul für eine Vorrichtung zur Aufreinigung von Nukleinsäuren - Google Patents

Heiz- und Magnetmodul für eine Vorrichtung zur Aufreinigung von Nukleinsäuren Download PDF

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Abstract

Heiz- und Magnetmodul für eine Vorrichtung zur Aufreinigung von Nukleinsäuren mit einer Gefäßanordnung 3, bestehend aus einer Gefäßträgerplatte 3.2, in der eine Vielzahl von Gefäßen 3.1 mit einem Rasterabstand r zeilen- oder matrixförmig angeordnet sind, einer Heizplatte 1, auf der die Gefäßanordnung 3 aufgelegt ist, und einer Vielzahl von Magneten 2.1, die von der Anzahl der Gefäße 3.1 bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetträgerplatte 2 vorhanden ist, in der je nach Anordnung der Gefäße 3.1 die Magneten 2.1 so angeordnet sind, dass jedem Gefäß 3.1 in einer gleichen Relativlage ein Magnet 2.1 zugeordnet ist, die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2, gemeinsam eine Plattenbaugruppe bildend, übereinander horizontal angeordnet sind, wobei in die Heizplatte 1 wenigstens zwei Führungsbohrungen 1.3 eingebracht sind und die Magnetträgerplatte 2 in den Führungsbohrungen 1.3 geführte Führungsstangen 2.2 aufweist, auf denen jeweils zwischen der Heizplatte 1 und der Magnetträgerplatte 2 eine Spiralfeder 2.3 sitzt, sodass die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 zueinander relativ vertikal zwischen einer ersten Endlage bei entspannten Spiralfedern 2.3 und einer zweiten Endlage bei gespannten Spiralfedern 2.3 führbar sind.

Description

  • Vorrichtungen zur automatischen Aufreinigung von Nukleinsäuren in biologischen Proben innerhalb von Mikrotiterplatten ermöglichen grundsätzlich nachfolgend genannte, nicht an die Reihenfolge der Aufzählung gebundene technische Schritte:
    • • synchrones Befüllen der Gefäße einer zeilen- oder matrixförmigen Gefäßanordnung mit einer Reagenzien- oder Probenflüssigkeit, einem Lysat, einem Eluat oder Magnetpartikeln in wässriger Lösung (nachfolgend jeweils Probenflüssigkeit genannt),
    • • Beheizen der Gefäße zur Erwärmung der Probenflüssigkeit in den Gefäßen zur Bildung eines Lysates, zur Unterstützung der Elution oder zum Trocknen der Magnetpartikel,
    • • Zugabe bzw. Entnahme, Mischen und Beheizen von Probenflüssigkeit,
    • • Anlagern der Magnetpartikel an die Gefäßhüllen durch Einwirken eines Magnetfeldes,
    • • Waschen der Magnetpartikel in wässriger Lösung oder Reagenzienflüssigkeit durch Mischen mit anschließender Reinigung durch Absaugen des wässrigen Überstandes sowie Zugabe einer Waschlösung und
    • • Halten der Gefäßanordnung, z. B. einer Mikrotiterplatte, auf einem Transportschlitten, um ein Abheben der Mikrotiterplatte vom Transportschlitten beim Herausfahren von Spitzen eines Pipettierautomaten aus den gegebenenfalls mit einer Folie abgedeckten und durch ein scharfkantiges Hilfsmittel vorgelochten Gefäßöffnungen, hier Wells, zu vermeiden.
  • Häufig ist eine zu diesen Schritten geeignete Vorrichtung auch dazu ausgelegt, unverbrauchte und verbrauchte Gefäßanordnungen vertikal in Lagern (Stackern) abzulegen, aus Lagern zu entnehmen und die Gefäßanordnungen zwischen Lagern und einzelnen Arbeitsplätzen zu transportieren. Dabei werden die Gefäßanordnungen horizontal, z. B. über Transportschlitten, und vertikal, z. B. mittels Aushebern, bewegt.
  • Aus den durchzuführenden technischen Schritten, die in ihrer Abfolge und in den Prozessparametern variieren können, ergeben sich die technischen Merkmale, die eine solche Vorrichtung aufweisen muss.
  • Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist aus der DE 10 2008 061 714 A1 bekannt. Ausgelegt auf die Verwendung der Vorrichtung in Verbindung mit mehreren Gefäßen (dort Probengefäße) weist eine dort offenbarte Vorrichtung folgende Merkmale auf:
    • • eine Ablage für die Gefäße,
    • • eine temperierbare Einrichtung mit Aufnahmen für die Gefäße,
    • • eine Gefäßträgerplatte (dort Probengefäßhalterung) mit ringförmigen Magneten, in deren Innerem die Gefäße aufgenommen werden können,
    • • eine Einrichtung zum Transport der Gefäßträgerplatte von der Ablage zu der temperierbaren Einrichtung,
    • • eine Einrichtung zum Transfer von Flüssigkeit aus den Gefäßen in andere Gefäße oder einen Entsorgungsbehälter und
    • • eine Steuerung zum Steuern der Einrichtung zum Transport, der Einrichtung zum Transfer von Flüssigkeit und zum Steuern der Temperatur der temperierbaren Einrichtung.
  • Es wird in der vorgenannten DE 10 2008 061 714 A1 auch ausgeführt, dass gemäß dem Stand der Technik eine Halterung anstelle von ringförmigen Magneten stabförmige Magneten aufweist, die ein einseitig wirkendes Magnetfeld ausbilden.
  • Aus den nur wenigen Angaben zur Vorrichtung gemäß der vorgenannten DE 10 2008 061 714 A1 lässt sich zweifelsfrei ableiten, dass eine mit Gefäßen bestückte Gefäßträgerplatte zum Beheizen der Gefäße mit der temperierbaren Einrichtung so in Verbindung gebracht wird, dass die Gefäße von der Aufnahme der temperierbaren Einrichtung aufgenommen werden, womit sich die Gefäßträgerplatte und damit die in ihr integrierten Magneten im unmittelbaren Kontakt zur temperierbaren Einrichtung befinden und bei Aufheizung der Gefäße mit erwärmt werden.
  • Dies hat zum Nachteil, dass über die gesamte Dauer, während die Gefäße in der Gefäßträgerplatte gehalten werden, also auch während einer Erwärmung der Probenflüssigkeit in den Gefäßen zum Beispiel auf Temperaturen bis zu 50 °C zum Lysieren oder zum Eluieren oder auf Temperaturen bis zu 40 °C zum Trocknen der sich im Probengefäß befindenden Magnetpartikel, die Gefäße jeweils von einem Magnetfeld durchsetzt werden und die Magnete mit erwärmt werden. Dabei ist die an der Heizplatte anliegende Temperatur entsprechend dem dynamisch gefahrenen Heizprofil zeitweise mehr als 40 °C höher gegenüber der Temperatur im Gefäßinneren.
  • Es ist nicht bekannt, ob ein Magnetfeld eine das Lysieren beeinflussende Wirkung hat. Es ist allerdings bekannt, dass eine Vielzahl von magnetischen Werkstoffen beim Erhitzen ihre magnetischen Eigenschaften ändern, weshalb für eine Lösung gemäß der vorbenannten DE 10 2008 061 714 A1 nur ausgewählte Magnetwerkstoffe mit einer hohen Curie-Temperatur verwendet werden können, deren Eigenschaften sich bei diesen Temperaturen nicht ändern. Um schon geringe Entmagnetisierungen zu vermeiden, wird bevorzugt die maximale Einsatztemperatur ein ganzes Stück unterhalb der Curie-Temperatur angesetzt. Weitere eingrenzende Parameter werden gesetzt durch die begrenzte Baugröße der Magnete in dem Heiz-Magnet-Modul und der jeweils benötigten Beschichtung, welche eine gründliche Reinigung und Dekontamination erlauben muss, bei der in der Industrie eine Einschränkung aus Kostengründen besteht.
  • Ein wesentlicher Nachteil einer Gefäßträgerplatte (dort Probengefäßhalterung) gemäß der vorgenannten DE 10 2008 061 714 A1 ist die magnetische Wirkung auf die Gefäße und damit auf die Magnetpartikel auch während des Trocknens der Magnetpartikel. Durch die Einwirkung des Magnetfeldes sind die Magnetpartikel aneinander haftend an den Gefäßhüllen angelagert, womit die Magnetpartikel über einen längeren Zeitraum getrocknet werden müssen, als wenn sie frei in der Gefäßhülle liegen. Des Weiteren führt die Einwirkung des Magnetfeldes zusammen mit dem Verdampfen der Flüssigkeit zu einer starken Agglutination der Magnetpartikel, sodass diese sich bei nachfolgender Zugabe einer wässrigen Lösung weitaus schwieriger in Lösung homogenisieren lassen.
  • Aus der Praxis sind auch Vorrichtungen bekannt, bei denen das Beheizen von Gefäßanordnungen und deren Einbringen in Magnetfelder an voneinander getrennten Arbeitsplätzen stattfindet. Hierbei kann insbesondere der erhöhte Platzbedarf für zwei örtlich getrennte Arbeitsplätze von Nachteil sein.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Modul für eine Vorrichtung zur Aufreinigung von Nukleinsäuren zu schaffen, mit dem an nur einem Arbeitsplatz eine Beheizung der Gefäße einer zeilen- oder matrixförmigen Gefäßanordnung und die Einwirkung von Magnetfeldern auf die Gefäße voneinander unbeeinflusst erfolgen kann.
  • Diese Aufgabe wird für ein Heiz- und Magnetmodul für eine Vorrichtung zur Aufreinigung von Nukleinsäuren mit einer Gefäßanordnung, bestehend aus einer Gefäßträgerplatte, in der eine Vielzahl von Gefäßen mit einem Rasterabstand zeilen- oder matrixförmig angeordnet sind, einer Heizplatte, auf der die Gefäßanordnung aufgelegt ist, und einer Vielzahl von Magneten, die von der Anzahl der Gefäße bestimmt ist, gelöst. Es ist eine Magnetträgerplatte vorhanden, in der je nach Anordnung der Gefäße die Magneten so angeordnet sind, dass jedem Gefäß in einer gleichen Relativlage ein Magnet zugeordnet ist. Die Heizplatte und die Magnetträgerplatte bilden gemeinsam eine Plattenbaugruppe. Dabei sind die Heizplatte und die Magnetträgerplatte übereinander horizontal angeordnet, wobei in die Heizplatte wenigstens zwei Führungsbohrungen eingebracht sind und die Magnetträgerplatte in den Führungsbohrungen geführte Führungsstangen aufweist, auf denen jeweils zwischen der Heizplatte und der Magnetträgerplatte eine Spiralfeder sitzt, sodass die Heizplatte und die Magnetträgerplatte zueinander relativ vertikal zwischen einer ersten Endlage bei entspannten Spiralfedern und einer zweiten Endlage bei gespannten Spiralfedern führbar sind.
  • Vorteilhaft ist eine gestellfeste Führungsschiene vertikal angeordnet vorhanden, an der mittels eines Linearantriebes die Plattenbaugruppe vertikal bewegbar sowie die Heizplatte und die Magnetträgerplatte zueinander vertikal bewegbar sind. Dabei ist oberhalb der Plattenbaugruppe ein zur Führungsschiene fest angeordneter Anschlag vorhanden und die Gefäßanordnung ist in der zweiten Endlage der Plattenbaugruppe an den Anschlag angelegt.
  • Es ist von Vorteil, wenn die Magneten Stabmagnete sind, die in einem gleichen Rasterabstand zeilen- oder matrixförmig angeordnet sind, wie die Gefäße in der Gefäßanordnung, sodass jedem der Gefäße eineindeutig einer der Stabmagneten zugeordnet ist.
  • Alternativ kann die Heizplatte jeweils zwischen benachbarten Gefäßen mit einem doppelten Rasterabstand zeilen- oder matrixförmig angeordnete Bohrlöcher aufweisen, wobei die Magneten als Stabmagneten ausgeführt sind und in der Magnetträgerplatte jeweils mit einem ihrer Enden in einer gleichen Anzahl, wie in der Heizplatte Bohrlöcher vorhanden sind, eingebettet sind. Mit ihren jeweils freien Enden sind sie dann in die Bohrlöcher einführbar.
  • Die Magneten können auch vorteilhaft als Ringmagnete ausgeführt sein, in einem gleichen Rasterabstand zeilen- oder matrixförmig angeordnet, wie die Gefäße in der Gefäßanordnung, sodass jedem der Gefäße eineindeutig einer der Ringmagneten zugeordnet ist.
  • Die Heizplatte kann vorteilhaft um die Gefäße ringförmige Bohrlöcher aufweisen, in die jeweils einer der Ringmagneten einführbar ist.
  • Um eine besonders gute Wärmeleitung zu erreichen, ist es günstig, wenn die Oberflächenform der Oberseite der Heizplatte an die Bodenfläche der Gefäßanordnung angepasst ist.
  • Für die Herstellung ist es von Vorteil, wenn die Bohrlöcher Durchgangslöcher sind, durch die Stabmagnete hindurchragen können.
  • Um eine definierte Anordnung des Heiz- und Magnetmoduls zu einem Pipettierautomaten zu schaffen, ist es vorteilhaft, wenn die Führungsschiene und der Anschlag mit einem Pipettierautomaten in fester Verbindung stehen.
  • Günstig ist, wenn die Führungsbohrungen über eine Tiefe gleich der Länge der maximal zusammengedrückten Spiralfedern einen Innendurchmesser größer dem Außendurchmesser der Spiralfedern aufweisen, sodass die Magnetträgerplatte unmittelbar an die Heizplatte anlegbar ist.
  • Ein erfindungsgemäßes Modul, nachfolgend auch Heiz- und Magnetmodul genannt, stellt eine geschlossene Funktionseinheit und austauschbare Teilvorrichtung innerhalb einer Vorrichtung zur Aufreinigung von Nukleinsäuren dar, die über das Modul hinaus wenigstens einen Pipettierautomaten aufweist. Der Pipettierautomat verfügt über einen Pipettierkopf mit einer matrixförmigen Anordnung von Pipettenspitzen, über die Probenflüssigkeiten aufgenommen, abgegeben und in den Wells gemischt werden können. Der Pipettierautomat ist ortsfest aufgestellt, wobei der Pipettierkopf wenigstens vertikal beweglich ist, um die Pipettenspitzen über oder in die Gefäße einer gegebenenfalls darunter positionierten Gefäßanordnung absenken zu können. Die Vorrichtung weist des Weiteren vorteilhaft eine Transporteinrichtung für die Gefäßanordnung auf, um diese horizontal unterhalb des Pipettierkopfes zu positionieren.
  • Bei einer Gefäßanordnung kann es sich um eine monolithische Anordnung von zeilen- oder matrixförmig innerhalb einer Gefäßträgerplatte ausgebildeten Gefäßen handeln. Typisch hierfür sind Mikrotitrationsplatten, bei denen die Gefäße als Wells, genauer noch als Deep Wells oder Shallow Wells bezeichnet werden.
  • Die Gefäßanordnung kann auch diskret zusammengefügt aus einer Gefäßträgerplatte bestehen, in der in zeilen- oder matrixförmig angeordneten Löchern oder Sacklöchern Einzelgefäße hängen oder stehen.
  • Sowohl in einer monolithischen als auch in einer diskreten Ausführung einer Gefäßanordnung kann dessen Bodenfläche sowohl plan sein als auch durch die Form der Gefäße (Gefäßhülle) bestimmt sein. Bei Letztgenannten ragen die Gefäßhüllen wenigstens teilweise durch die Gefäßträgerplatte. Gefäßhüllen können z. B. zylindrisch sein, mit einer planen, einer kegelförmigen oder einer konvexen Bodenfläche. Ebenso können die Gefäße in Gänze z. B. kugelsegmentförmig, kegelförmig oder kegelstumpfförmig sein.
  • Ein erfindungsgemäßes Heiz- und Magnetmodul wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und Zeichnungen näher erläutert. Hierzu zeigen:
  • 1 eine Plattenbaugruppe eines ersten Ausführungsbeispiels eines Heiz- und Magnetmoduls in einer perspektivischen Ansicht,
  • 2a eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines Heiz- und Magnetmoduls in der ersten Endlage,
  • 2b eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines Heiz- und Magnetmoduls in der Zwischenlage,
  • 2c eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels eines Heiz- und Magnetmoduls in der zweiten Endlage und
  • 3 eine Plattenbaugruppe eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Heiz- und Magnetmoduls in einer perspektivischen Ansicht.
  • Das Heiz- und Magnetmodul weist im Wesentlichen eine Plattenbaugruppe mit einer Heizplatte 1 und einer dazu parallel angeordneten Magnetträgerplatte 2 auf, wobei die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 entgegen einer Federkraft von Spiralfedern 2.3 zwischen zwei Endlagen verstellbar sind.
  • Zur Beschreibung der Gestaltung der Plattenbaugruppe und der Funktionsweise des Heiz- und Magnetmoduls ist eine Gefäßanordnung 3 erforderlich, die zur bestimmungsgemäßen Funktion des Heiz- und Magnetmoduls auf die Heizplatte 1 definiert aufgesetzt ist, weshalb diese als zum Heiz- und Magnetmodul zugehörig beschrieben wird.
  • Das definierte Aufsetzen der Gefäßanordnung 3 kann dadurch erfolgen, dass an der Heizplatte 1 den Umfang der Gefäßanordnung 3 begrenzende Erhebungen vorgesehen sind, zwischen die die Gefäßanordnung 3 aufgesetzt wird. Bevorzugt erfolgt jedoch das definierte Aufsetzen dadurch, dass die Heizplatte 1 eine an eine Bodenfläche der Gefäßanordnung 3 angepasste Oberflächenform aufweist und die Gefäßanordnung 3 in diese Oberflächenform eingesetzt wird. Vorteilhaft wird damit auch ein höherer Flächenkontakt zwischen der Gefäßanordnung 3 und der Heizplatte 1 geschaffen.
  • Ein erfindungsgemäßes Heiz- und Magnetmodul befindet sich in einer ersten Endlage, welche einer Ruheposition entspricht, wenn die Spiralfedern 2.3 entspannt sind und die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 einen maximal möglichen Abstand zueinander haben; das Eigengewicht der aufgelegten befüllten Gefäßanordnung 3, welches praktisch schon zu einer geringen Vorspannung der Spiralfedern 2.3 führt, soll hier vernachlässigt werden.
  • Zum Beheizen von Gefäßen 3.1 der Gefäßanordnung 3 wird die Heizplatte 1 an die Gefäßanordnung 3 gedrückt, wobei der Abstand zwischen der Magnetträgerplatte 2 und der Heizplatte 1 möglichst groß bleiben soll. Dazu wird entweder die Heizplatte 1 mit einer vorbestimmten Kraft auf die dann ortsfeste Magnetträgerplatte 2 zu bewegt oder die Magnetträgerplatte 2 wird mit einer vorbestimmten Kraft auf die dann ortsfeste Heizplatte 1 zu bewegt. Die Spiralfedern 2.3 werden definiert vorgespannt und die damit erzeugte Rückstellkraft der Spiralfedern 2.3 wirkt als Andruckkraft zwischen der Gefäßanordnung 3 und der Heizplatte 1. Die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 befinden sich jetzt in einer Zwischenlage, welche der Heizposition entspricht.
  • Um eine Magnetfeldwirkung auf die Gefäße 3.1 zu erreichen, wird der Abstand zwischen der Heizplatte 1 und der Magnetträgerplatte 2 auf ein Minimum reduziert. Dazu wird erneut entweder die Heizplatte 1 auf die dann ortsfeste Magnetträgerplatte 2 zu bewegt oder die Magnetträgerplatte 2 wird auf die dann ortsfeste Heizplatte 1 zu bewegt. Die Spiralfedern 2.3 werden maximal gespannt, womit der Abstand zwischen der Heizplatte 1 und der Magnetträgerplatte 2 minimal wird. Die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 befinden sich jetzt in einer zweiten Endlage, welche der Separationsposition entspricht.
  • Als Gefäßanordnungen 3 werden bevorzugt Mikrotiterplatten verwendet. Sie haben normierte Außenmasse und unterscheiden sich durch die Anzahl der Wells und damit die Rasterabstände zwischen zwei benachbarten Wells. Typisch für die Verwendung mit einer Vorrichtung zum Aufreinigen von Nukleinsäuren sind Mikrotiterplatten mit 24 und 96 Wells.
  • Nachfolgend soll ein erfindungsgemäßes Heiz- und Magnetmodul an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erläutert werden.
  • Zusätzlich zu der bereits genannten Plattenbaugruppe mit aufgelegter Gefäßanordnung 3, die hier eine Mikrotiterplatte sein soll, weist das Heiz- und Magnetmodul eine vertikal angeordnete gestellfeste Führungsschiene 4, einen Linearantrieb 5 zum Bewegen der Plattenbaugruppe entlang der Führungsschiene 4 und einen zur Führungsschiene 4 fest angeordneten Anschlag 6 auf, an dem die Plattenbaugruppe angelegt werden kann.
  • Die in 1 gezeigte Plattenbaugruppe ist beispielhaft für eine Verwendung in Verbindung mit einer sogenannten 96er Mikrotiterplatte ausgelegt, die in Zeilenrichtung zwölf und in Spaltenrichtung acht Wells aufweist. Jeweils zwischen einer Vierergruppe von benachbarten Wells ist unterhalb der Mikrotiterplatte in einer Magnetträgerplatte 2, zu der an späterer Stelle genauer ausgeführt wird, ein Magnet 2.1, hier als Stabmagnet 2.1.1 ausgeführt, eingefügt, sodass in dieser Ausführung vierundzwanzig Stabmagnete 2.1.1 vorhanden sind. Das heißt, jedem Well ist genau ein Stabmagnet 2.1.1 zugeordnet und den Stabmagneten 2.1.1 sind in einem Randbereich zwei und in einem inneren Bereich vier Wells zugeordnet. Die Relativlage der Stabmagneten 2.1.1 jeweils zu einem Well ist gleich.
  • So wie die Anzahl und Anordnung der Pipettenspitzen des Pipettierautomaten und die Verwendung einer Mikrotiterplatte mit einer entsprechend gleichen Anzahl und Anordnung von Wells aufeinander abgestimmt sind, so ist auch das Heiz- und Magnetmodul in seiner Dimensionierung und der Anzahl von Stabmagneten 2.1.1 entsprechend angepasst.
  • Die Heizplatte 1 ist eine beheizbare Planplatte mit einer an die äußeren Abmaße der Mikrotiterplatte angepassten Umfangsgröße und Oberflächenform. Sie ist wenigstens so groß, dass die aufgelegte Mikrotiterplatte nicht über die Heizplatte 1 hinausragt. Die Oberflächenform der Oberseite der Heizplatte 1 ist an die Bodenfläche der Mikrotiterplatte angepasst, so dass die einzelnen Wells einen möglichst großen Flächenkontakt zur Heizplatte 1 haben. Bevorzugt entspricht die Oberflächenform der Oberseite der Heizplatte 1 dem Negativ der Mikrotiterplatte, so dass die Wells in der Heizplatte 1 eingebettet sind. Die Oberseite der Heizplatte 1 weist somit eine matrixförmige Anordnung von in Spalten und Zeilen ausgebildeten Vertiefungen 1.1 entsprechend den Wells der Mikrotiterplatte auf.
  • Die Heizplatte 1 ist aus einem gut wärmeleitfähigen, nicht magnetischen oder magnetisierbaren und bevorzugt gut bearbeitbaren Material, z. B. aus Aluminium.
  • Zur Beheizung der Heizplatte 1 sind in dieser z. B. elektrische Heizwendel integriert oder sie weist eine an der Unterseite angebrachte Heizfolie auf. Als erfindungswesentlich weist die Heizplatte 1 eine Anordnung von Bohrlöchern 1.2 auf, wobei sich jeweils ein Loch zwischen vier benachbarten Vertiefungen 1.1 befindet. Die Bohrlöcher 1.2 sind bevorzugt Durchgangslöcher. Sie dienen der zeitweisen Aufnahme von Stabmagneten 2.1.1 der Magnetträgerplatte 2, die bevorzugt durch die Bohrlöcher 1.2 hindurch ragen können. Darüber hinaus sind in der Heizplatte 1 bevorzugt vier, aber minimal zwei Führungsbohrungen 1.3 vorgesehen, die in Zusammenwirkung mit Führungsstangen 2.2 eine geführte Relativbewegung der Heizplatte 1 und der Magnetträgerplatte 2 zueinander mit einem translatorischen Freiheitsgrad erlauben.
  • Die Magnetträgerplatte 2 ist ebenfalls eine Planplatte, bevorzugt mit einer gleichen Umfangskontur und Umfangsgröße wie die Heizplatte 1. In der Magnetträgerplatte 2 sind Stabmagnete 2.1.1 jeweils mit einem ihrer Enden in einem gleichen Raster, wie in der Heizplatte 1 Bohrlöcher 1.2 vorhanden sind, eingelassen. Die Anzahl der Bohrlöcher 1.2 entspricht der Anzahl der mit Magneten zu bedienenden Wells der zur Verwendung vorgesehenen Mikrotiterplatte. Über die Bohrlöcher 1.2 hinaus sind in der Magnetträgerplatte 2 vier Führungsstangen 2.2 angeordnet, die in vier Führungsbohrungen 1.3 der über der Magnetträgerplatte 2 angeordneten Heizplatte 1 eingreifen. Die Achsen der Führungsstangen 2.2 und der Führungsbohrungen 1.3 verlaufen senkrecht zu den Oberflächen der Heizplatte 1 und der Magnetträgerplatte 2, sodass diese in Richtung ihrer Flächennormalen geführt aufeinander zu und voneinander weg bewegbar sind. Auf den Führungsstangen 2.2 sitzen koaxial zu diesen angeordnet gleich dimensionierte Spiralfedern 2.3, die jeweils eine in Richtung der Achsen der Führungsstangen 2.2 wirkende Federkraft, auch Rückstellkraft genannt, erzeugen können.
  • Zum Betreiben des Heiz- und Magnetmoduls ist die Führungsschiene 4 vertikal stehend angeordnet, womit die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 horizontal ausgerichtet sind und zueinander ebenfalls vertikal bewegbar sind. Die Plattenbaugruppe ist über die Magnetträgerplatte 2 an der Führungsschiene 4 vertikal verschiebbar montiert, wobei die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 zueinander zwischen der ersten und der zweiten Endlage bewegbar sind
  • In der ersten Endlage befindet sich das Modul in Ruheposition (2a).
  • Die Spiralfedern 2.3 befinden sich in einem nur durch die Gewichtskraft der Heizplatte 1 und der Mikrotiterplatte bewirkten Spannungszustand, der für nachfolgende Betrachtungen vernachlässigt wird. Die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 haben einen größtmöglichen ersten Abstand a1 zueinander und die Magnetträgerplatte 2 befindet sich zu dem Anschlag 6 in einer ersten Entfernung x1, die größer als die Summe des ersten Abstandes a1 sowie der Dicke der Heizplatte 1 und der Höhe der Mikrotiterplatte ist.
  • Mittels des Linearantriebes 5 wird die Plattenbaugruppe entlang der Führungsschiene 4 angehoben. Bis die Mikrotiterplatte zur Anlage am Anschlag 6 kommt, bleibt der erste Abstand a1 erhalten. Mit einem weiteren Anheben der Plattenbaugruppe verharrt die Mikrotiterplatte am Anschlag 6 und die Spiralfedern 2.3 werden zunehmend zusammengedrückt und damit gespannt, wobei sich der erste Abstand a1 auf einen zweiten Abstand a2, bei dem die Spiralfedern 2.3 vorgespannt sind, verringert. Die Vorspannung bewirkt in den Spiralfedern 2.3 jeweils eine Federkraft, die als Andruckkraft zwischen der Heizplatte 1 und der Mikrotiterplatte wirkt. Das Heiz- und Magnetmodul befindet sich jetzt in einer Zwischenposition, die eine erste Arbeitsposition darstellt und der Heizposition entspricht (siehe 2b).
  • Im Vergleich zu gattungsgleichen Vorrichtungen, bei denen eine Mikrotiterplatte zum Beheizen nur mit ihrem Eigengewicht auf einer Heizplatte aufliegt, wird hier durch die kraftschlüssige Anlage, die gegebenenfalls bei einem Formschluss zur Beseitigung eines Spiels führt, die Wärmeleitung und damit die Energieeffizienz der Heizplatte verbessert.
  • Die Magnetträgerplatte 2 befindet sich in der Heizposition in einer zweiten Entfernung x2 zum Anschlag 6, die gleich der Summe des zweiten Abstandes a2 sowie der Dicke der Heizplatte 1 und der Höhe der Mikrotiterplatte entspricht. Der zweite Abstand a2 ist ausreichend groß, so dass sich die Stabmagneten 2.1.1 noch vollständig außerhalb der Heizplatte 1 befinden. Sie werden damit weder durch die Heizplatte 1 erwärmt noch wirken die jeweils um die Stabmagnete 2.1.1 wirkenden Magnetfelder auf die Mikrotiterplatte.
  • In der Heizpositon kann nun die Heizplatte 1 eingeschaltet und die Mikrotiterplatte und die in ihr befindliche Probenflüssigkeit erwärmt werden. Außerdem kann in der Heizposition bei bevorzugt ausgeschalteter Heizplatte 1, oder auch in der Ruheposition, die Mikrotiterplatte zum einen gehalten werden, um so der Kraft der herausfahrenden Spitzen eines Pipettierautomaten entgegenzuwirken, die bei Kontakt mit den Rändern der Sealingöffnungen (Öffnungen, die in einer zur Abdeckung der Wells dienenden Folie mit einem scharfkantigen Hilfsmittel eingebracht werden) resultieren und welche sonst bei lockerer Positionierung der Mikrotiterplatte auf dem horizontalen Transportschlitten zu einem leichten Anheben der Mikrotiterplatte führen, und zum anderen befüllt oder entleert werden. Die Probenflüssigkeit kann auch in den Wells jeweils gemischt werden, indem ein oberhalb der Mikrotiterplatte angeordneter Pipettierkopf angehoben und abgesenkt wird. Das Beheizen der Mikrotiterplatte erfolgt z. B. zur Bildung eines Lysates aus den biologischen Proben, zur Unterstützung der Elution bei Erzeugung des Eluats oder zum Trocken von sich in den Wells befindenden Magnetpartikeln, die gegebenenfalls außerhalb einer Magnetfeldwirkung der Magnetstäbe locker in den Wells liegen.
  • Eine zweite Endlage (siehe 2c), die eine zweite Arbeitsposition darstellt und der Separationsposition entspricht, nimmt das Heiz- und Magnetmodul ein, nachdem die Magnetträgerplatte 2 mittels des Linearantriebes 5 weiter nach oben an der Führungsschiene 4 bewegt wurde, soweit bis die Spiralfedern 2.3 bevorzugt vollständig zusammengedrückt sind, womit die Stabmagnete 2.1.1 maximal in die Heizplatte 1 eingeführt sind. Die Magnetträgerplatte 2 weist jetzt zur Heizplatte 1 einen kleinst möglichen dritten Abstand a3 auf, welcher maximal der Länge der zusammengedrückten Spiralfedern 2.3 entspricht. Er kann bis zu Null werden, wenn die Führungsbohrungen 1.3 über eine Tiefe gleich der Länge der zusammengedrückten Spiralfedern 2.3 aufgeweitet sind, sodass diese vollständig in die Führungsbohrungen 1.3 gedrückt werden können. Die Magnetträgerplatte 2 weist dann eine dritte Entfernung x3 zum Anschlag auf, der nur durch die Dicke der Heizplatte 1, die Höhe der Mikrotiterplatte und maximal die Länge der vollständig zusammengedrückten Spiralfedern 2.3 bestimmt ist. Die Magnetfelder der Stabmagneten 2.1.1 wirken jetzt in vollem Umfang auf die Mikrotiterplatte und somit auf gegebenenfalls in den Wells befindliche Magnetpartikel. Die Magnetpartikel werden von den Stabmagneten 2.1.1 angezogen und lagern sich an den Wellwänden der Wells an. Mittels eines oberhalb der Mikrotiterplatte angeordneten Pipettierkopfes kann in einem sogenannten Separationsschritt die wässrige Lösung aus den Wells abgesaugt werden, ohne dass die Pipettenspitzen des Pipettierkopfes die Magnetpartikel mit überführen. Die Heizplatte 1 bleibt bei diesem Bearbeitungsschritt ausgeschaltet.
  • Ein wesentlicher Vorteil eines erfindungsgemäßen Heiz- und Magnetmoduls besteht darin, dass mit der Positionierung des Heiz- und Magnetmoduls unterhalb eines Pipettierkopfes die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 an einem gleichen Arbeitplatz angeordnet sind und die Arbeitsschritte Beheizen und Separieren durchführbar sind, ohne dass die zum Separieren notwendigen Magnetfelder während des Beheizens der Mikrotiterplatte auf diese wirken.
  • In der Heizposition befinden sich die Stabmagneten 2.1.1 außerhalb und entfernt von der Heizplatte 1 und werden somit bei einer Beheizung der Heizplatte 1 und damit bei Beheizung einer aufliegenden Mikrotiterplatte nicht mit beheizt.
  • In der Separationsposition befinden sich die Stabmagneten 2.1.1 innerhalb der Heizplatte 1 und bilden damit ihre Magnetfelder um die Wells. Durch die Wahl eines geringen Wärmeleitfähigkeitskoeffizienten der Heizplatte 1 ergibt sich nur eine geringe vorherrschende Restwärme derselben nach einem Temperierschritt. Diese zeigt somit keinen nennenswerten Einfluss auf die Stabmagnete 2.1.1.
  • Vorteilhaft kommt das Heiz- und Magnetmodul mit nur einem Linearantrieb 5 aus.
  • Ein Heiz- und Magnetmodul wird sinnvoll in einer festen Anordnung zu einem Pipettierautomaten verwendet, wobei die Führungsschiene 4 und der Anschlag 6 Bestandteile des Pipettierautomaten sein können.
  • Der Anschlag 6 kann als Rahmen ausgebildet oder von Bolzen gebildet sein, an dem sich die Mikrotiterplatte entlang eines an ihrem Umfang angrenzenden Randes anlegt. Die Mikrotiterplatte kann auch nach dem Auflegen auf die Heizplatte 1 zur Führungsschiene 4 fixierbar sein und dann selbst eine Anschlagfläche bieten, womit der zusätzliche Anschlag 6 entfallen kann.
  • Ein zweites Ausführungsbeispiel, gezeigt in 3, unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel nur dadurch, dass die Magneten 2.1 nicht als Stabmagneten 2.1.1 sondern als Ringmagneten 2.1.2 ausgeführt sind. In diesem Fall sind die Bohrlöcher 1.2 ringförmige Sacklöcher, jeweils um ein Gefäß 3.1 angeordnet, sodass jedem Gefäß 3.1 ein Ringmagnet 2.1.2 und jedem Ringmagnet 2.1.2 ein Gefäß 3.1 zugeordnet ist. Eine solche Zuordnung wird als eineindeutige Zuordnung bezeichnet. Vorteilhaft lagern sich in diesem Ausführungsbeispiel die Magnetpartikel ringförmig verteilt an der Gefäßhülle der Gefäße 3.1 an. Es kann auch nur jedem zweiten der Gefäße 3.1 ein Ringmagnet 2.1.2 zugeordnet sein.
  • In einem dritten, vierten und fünften Ausführungsbeispiel (nicht gezeigt) sind in der Heizplatte 1 keine Bohrlöcher 1.2 vorhanden, in die die Stabmagnete 2.1.1 bzw. die Ringmagnete 2.1.2 eingeführt werden. Die Ringmagnete 2.1.2 bzw. die Stabmagnete 2.1.1, die in diesem Falle auch in einer gleichen zeilen- oder matrixförmigen Anordnung und mit einem gleichen Rasterabstand r wie die Gefäße 3.1 angeordnet sein können, dringen dann nicht in die Heizplatte 1 ein sondern werden nur an die Heizplatte 1 herangeführt. Bei entsprechend stärkeren Magneten 2.1 kann das ausreichend sein und reduziert den fertigungstechnischen Aufwand. Diese Ausführungsbeispiele sind besonders dann vorteilhaft, wenn die Gefäßanordnung 3 eine ebene Bodenfläche aufweist. Die Magneten 2.1 können vollständig in der Magnetträgerplatte 2 eingebettet sein oder aber wie in den beiden ersten Ausführungsbeispielen auf dieser hinausragen.
  • Weitere Ausführungsbeispiele sollen sich von den vorgenannten Ausführungsbeispielen dadurch unterscheiden, dass die Magnetträgerplatte 2 gestellfest angeordnet ist und Mittel vorhanden sind, um die Heizplatte 1 auf die Magnetträgerplatte 2 abzusenken. Hier können, ebenso wie in den vorgenannten Ausführungsbeispielen, Bohrlöcher 1.2 in der Heizplatte 1 vorhanden sein, um die Magneten 2.1 einzuführen, oder aber keine vorhanden sein.
  • Das Mittel zum Absenken der Heizplatte 1 auf die Magnetträgerplatte 2 entgegen der Federkräfte der Spiralfedern 2.3 kann ebenfalls ein Linearantrieb 5 sein, welcher einen Anschlag 6 gegen die Gefäßanordnung 3 führt und dann die Gefäßanordnung 3, die Heizplatte 1 mitnehmend, zur Magnetträgerplatte 2 führt. Der Anschlag 6 kann an einer vertikal angeordneten Führungsschiene 4 geführt sein.
  • Das Mittel zum Absenken kann auch eine separate Einheit einer Vorrichtung sein, z. B. ein Ausheber, der ansonsten genutzt wird, um Gefäßanordnungen 3, insbesondere Mikrotiterplatten, auf Transporteinrichtungen abzusenken oder in Lager abzulegen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Heizplatte
    1.1
    Vertiefung
    1.2
    Bohrlöcher
    1.3
    Führungsbohrungen
    2
    Magnetträgerplatte
    2.1
    Magnet
    2.1.1
    Stabmagnet
    2.1.2
    Ringmagnet
    2.2
    Führungsstange
    2.3
    Spiralfeder
    3
    Gefäßanordnung
    3.1
    Gefäß
    3.2
    Gefäßträgerplatte
    4
    Führungsschiene
    5
    Linerantrieb
    6
    Anschlag
    r
    Rasterabstand
    a1
    erster Abstand
    a2
    zweiter Abstand
    a3
    dritter Abstand
    x1
    erste Entfernung
    x2
    zweite Entfernung
    x3
    dritte Entfernung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102008061714 A1 [0004, 0005, 0006, 0008, 0009]

Claims (10)

  1. Heiz- und Magnetmodul für eine Vorrichtung zur Aufreinigung von Nukleinsäuren mit einer Gefäßanordnung 3, bestehend aus einer Gefäßträgerplatte 3.2, in der eine Vielzahl von Gefäßen 3.1 mit einem Rasterabstand r zeilen- oder matrixförmig angeordnet sind, einer Heizplatte 1, auf der die Gefäßanordnung 3 aufgelegt ist, und einer Vielzahl von Magneten 2.1, die von der Anzahl der Gefäße 3.1 bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Magnetträgerplatte 2 vorhanden ist, in der je nach Anordnung der Gefäße 3.1 die Magneten 2.1 so angeordnet sind, dass jedem Gefäß 3.1 in einer gleichen Relativlage ein Magnet 2.1 zugeordnet ist, die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2, gemeinsam eine Plattenbaugruppe bildend, übereinander horizontal angeordnet sind, wobei in die Heizplatte 1 wenigstens zwei Führungsbohrungen 1.3 eingebracht sind und die Magnetträgerplatte 2 in den Führungsbohrungen 1.3 geführte Führungsstangen 2.2 aufweist, auf denen jeweils zwischen der Heizplatte 1 und der Magnetträgerplatte 2 eine Spiralfeder 2.3 sitzt, sodass die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 zueinander relativ vertikal zwischen einer ersten Endlage bei entspannten Spiralfedern 2.3 und einer zweiten Endlage bei gespannten Spiralfedern 2.3 führbar sind.
  2. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine gestellfeste Führungsschiene 4 vertikal angeordnet ist, an der mittels eines Linearantriebes 5 die Plattenbaugruppe vertikal bewegbar sowie die Heizplatte 1 und die Magnetträgerplatte 2 zueinander vertikal bewegbar sind, sowie ein zur Führungsschiene 4 oberhalb der Plattenbaugruppe fest angeordneter Anschlag 6 vorhanden ist und die Gefäßanordnung 3 in der zweiten Endlage der Plattenbaugruppe an den Anschlag 6 angelegt ist.
  3. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten 2.1 Stabmagnete 2.1.1 sind, die in einem gleichen Rasterabstand r zeilen- oder matrixförmig angeordnet sind, wie die Gefäße 3.1 in der Gefäßanordnung 3, sodass jedem der Gefäße 3.1 eineindeutig einer der Stabmagneten 2.1.1 zugeordnet ist.
  4. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizplatte 1 jeweils zwischen benachbarten Gefäßen 3.1 mit einem doppelten Rasterabstand r zeilen- oder matrixförmig angeordnete Bohrlöcher 1.2 aufweist und die Magneten 2.1 Stabmagneten 2.1.1 sind, die in der Magnetträgerplatte 2 jeweils mit einem ihrer Enden in einer gleichen Anzahl, wie in der Heizplatte 1 Bohrlöcher 1.2 vorhanden sind, eingebettet und mit ihren jeweils freien Enden in die Bohrlöcher 1.2 einführbar sind.
  5. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten 2.1 Ringmagnete 2.1.2 sind, die in einem gleichen Rasterabstand r zeilen- oder matrixförmig angeordnet sind, wie die Gefäße 3.1 in der Gefäßanordnung 3, sodass jedem der Gefäße 3.1 eineindeutig einer der Ringmagneten 2.1.2 zugeordnet ist.
  6. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magneten 2.1 Ringmagnete 2.1.2 sind, die in einem gleichen Rasterabstand r zeilen- oder matrixförmig angeordnet sind, wie die Gefäße 3.1, sodass jedem der Gefäße 3.1 eineindeutig einer der Ringmagneten 2.1.2 zugeordnet ist, und dass die Heizplatte 1 um die Gefäße 3.1 ringförmige Bohrlöcher 1.2 aufweist, in die jeweils einer der Ringmagneten 2.1.2 einführbar ist.
  7. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenform einer Oberseite der Heizplatte 1 an eine Bodenfläche der Gefäßanordnung 3 angepasst ist.
  8. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrlöcher 1.2 Durchgangslöcher sind, durch die Stabmagnete 2.1.1 hindurchragen können.
  9. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene 4 und der Anschlag 6 mit einem Pipettierautomaten in fester Verbindung stehen.
  10. Heiz- und Magnetmodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsbohrungen 1.3 über eine Tiefe gleich der Länge der maximal zusammengedrückten Spiralfedern 2.3 einen Innendurchmesser größer dem Außendurchmesser der Spiralfedern 2.3 aufweisen, sodass die Magnetträgerplatte 2 unmittelbar an die Heizplatte 1 anlegbar ist.
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