DE202019104528U1

DE202019104528U1 - Vorrichtung zum Transferieren von Probenröhrchen

Info

Publication number: DE202019104528U1
Application number: DE202019104528.0U
Authority: DE
Original assignee: ASKION GmbH
Current assignee: ASKION GmbH
Priority date: 2019-08-16
Filing date: 2019-08-16
Publication date: 2019-09-03
Anticipated expiration: 2029-08-17

Abstract

Vorrichtung zum Transferieren von in Lagergestellen (11) aufbewahrten Probenröhrchen (13) in andere Lagergestelle, enthaltend
einen rechteckigen Boden (1),
vier Seitenwände (2), die eine Öffnung (5) zur Aufnahme der Probenröhrchen (13) ausbildend orthogonal am Umfang des Bodens (1) angeordnet sind, wobei die Öffnung (5) parallel und mit einer Tiefe (t) zu einer Innenoberfläche (4) des Bodens (1) angeordnet ist,
Positionierstäbe (7) zur Positionssicherung der Probenröhrchen (13) in der Öffnung (5), wobei die Positionierstäbe (7) ein freies Ende (9) mit einer Spitze und ein festes, mit dem Boden verbundenes Ende (8) aufweisen und in einem Raster innerhalb der Öffnung (5) und orthogonal zum Boden (1) angeordnet sind,
Führungen (6) zum Ausrichten der Lagergestelle (11) gegenüber der Öffnung (5), wobei die Führungen (6) jeweils an beiden Enden der Seitenwände (2) orthogonal zum Boden (1) und mit einer freien Führungslänge (f) über die Öffnung (5) hinausragend angeordnet sind und sich parallel gegenüberliegende Führungen (6) einen Abstand (d_a/d_b) zueinander aufweisen, wobei der Abstand (d_a) größer als eine Länge (a) und der Abstand (d_b) größer als eine Breite (b) der Lagergestelle (11) ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Transferieren einer Vielzahl von Probenröhrchen zwischen Lagergestellen (Racks) für Probenröhrchen.
Bei einer Langzeitlagerung von biologischen Proben oder Zellkulturen werden diese häufig tiefgekühlt in speziellen Kühleinrichtungen gelagert. Die Proben befinden sich dabei in Probenröhrchen, die wiederum in geeigneten Lagergestellen aufbewahrt sind. Derartige Lagergestelle gibt es in unterschiedlichsten Ausführungen und Größen, die hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Eine weite Verbreitung haben Lagergestelle, welche die nach ANSI/SLAS Microplate Standards genormten Abmessungen der sogenannten Mikrotiterplatten / Microwell plates aufweisen. Diese Lagergestelle sind zu den meisten Roboter-Handhabungssystemen kompatibel und können eine bestimmte Anzahl von Probenröhrchen, z.B. von 12 × 8 = 96 Probenröhrchen aufnehmen.
Für das Tiefkühlen kommen in der Regel Kryo-Banken zum Einsatz, in denen die Proben in einer bis zu -196 °C kalten Dampfphase von Flüssigstickstoff eingelagert werden. Durch die tiefen Temperaturen werden besondere Anforderungen an das Material und die Konstruktion der Probenröhrchen und der Lagergestelle gestellt. Nicht jedes Lagergestell ist für die tiefen Temperaturen und für Temperaturwechsel über einen großen Temperaturbereich geeignet. Häufig werden innerhalb der Kryo-Bank auch spezielle Lagergestelle verwendet, die ein besonders gleichmäßiges und schnelles Temperieren der aufgenommenen Proben gewährleisten.
Vor dem Einlagern von Proben in der Kryo-Bank kann es deshalb erforderlich sein, die Probenröhrchen von den im normalen Laborbetrieb genutzten Lagergestellen in die für die Kryo-Lagerung geeigneten Lagergestelle zu transferieren. Das Transferieren erfolgt vorzugsweise in einer Schleuse der Kryo-Bank, mit der die Kryo-Bank gegenüber den Temperaturen und der Luftfeuchte der Umgebung isoliert wird.
Das Transferieren könnte mittels eines automatisch arbeitenden Roboter-Handhabungssystems erfolgen. Roboter-Handhabungssysteme sind jedoch sehr teuer, insbesondere wenn diese für das Arbeiten im Tieftemperaturbereich ausgelegt sind. Ein Einsatz lohnt sich nur, wenn der Probendurchsatz entsprechend hoch ist.
Für ein geringeres Probenaufkommen ist das Transferieren von Hand ausreichend. Zum manuellen Handhaben von Gegenständen innerhalb der Schleuse sind in der Regel fest eingebaute und isolierte Handschuhe vorgesehen, durch die ein Bediener in die Schleuse eingreifen kann.
Die Handhabung der kleinen Probenröhrchen in der Schleuse wird durch die Handschuhe jedoch deutlich erschwert. Abgesehen davon, dass das Transferieren von z.B. 96 einzelnen Probenröhrchen eines Lagergestells von Hand eine gewisse Zeit in Anspruch nehmen würde, kommt erschwerend hinzu, dass im Lagergestell jedem Probenröhrchen eine feste Position zugewiesen ist, die beim Transferieren nicht vertauscht werden darf.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu schaffen, gleichzeitig alle in einem Lagergestell aufbewahrten Probenröhrchen auf einfache Weise und unter Beibehaltung ihrer Position in ein anderes Lagergestell zu transferieren.
Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

1 einen prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zum Transferieren von Probenröhrchen,
2 den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zum Transferieren von Probenröhrchen in der Anwendung mit einem Lagergestell,
3 den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zum Transferieren von Probenröhrchen in einer zweiten Ausführung und
4 den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zum Transferieren von Probenröhrchen in einer dritten Ausführung.

Die Vorrichtung zum Transferieren von in Lagergestellen 11 aufbewahrten Probenröhrchen 13 in andere Lagergestelle, enthält, wie in 1 dargestellt, einen rechteckigen Boden 1. An einem Umfang des Bodens 1 sind orthogonal zum Boden 1 vier Seitenwände 2 angeordnet. Die Seitenwände 2 bilden eine Öffnung 5 zur Aufnahme der Probenröhrchen 13 aus, wobei die Öffnung 5 in einer Tiefe t parallel zu einer Innenoberfläche 4 des Bodens 1 angeordnet ist.
Der Boden 1 und die Seitenwände 2 sind ein monolithisches Bauteil aus Aluminium, das durch Fräsen hergestellt wird. Die Grundfläche des Bodens 1 inklusive der Seitenwände 2 ist mit einem Aufmaß von vorzugsweise ca. 1 mm größer als die Grundfläche des Lagergestells 11 zur Aufnahme von 96 Probenröhrchen 13, das ebenfalls in 1 dargestellt ist. Damit ist ein gewisses Spiel zwischen Lagergestell 11 und der Vorrichtung zum Transferieren im zusammengesetzten Zustand vorhanden, damit ein Klemmen beim Aufschieben möglichst vermieden wird. Entsprechend dem ANSI/SLAS Microplate Standards weist das Lagergestell 11 eine Länge a von 127,76 mm und eine Breite b von 85,48 mm auf.
Die zwischen den Seitenwänden 2 ausgebildete Öffnung 5 ist rechteckig und weist eine Tiefe t bis zur Innenoberfläche 4 des Bodens 1 auf. Die Tiefe t ist abhängig wie weit die Probenröhren 13 über die Oberfläche des Lagergestells 11 noch hinausragen. Die Vorrichtung zum Transferieren muss auf die Oberfläche des Lagergestells 11 aufsetzen. Dabei müssen die Positionierstäbe 7 bereits zwischen die Probenröhrchen 13 sicher eingefädelt haben, andererseits dürfen die Positionierstäbe 7 mit ihren Spitzen noch nicht auf der inneren Gitterstruktur des Lagergestells 11 aufsitzen. Zweite Bedingung ist eine bestimmte „Absturzhöhe“ der Probenröhrchen 13 in die Vorrichtung zum Transferieren, so dass nach Umdrehen alle Probenröhrchen 13 auch optisch sichtbar in der Vorrichtung zum Transferieren sind. Eventuell klemmende Probenröhrchen 13 sind dann einfach zu erkennen und händisch oder durch hartes Aufsetzen in die Vorrichtung zum Transferieren zu bewegen. Weitere Randbedingung ist noch, dass der zylindrische Teil der Probenröhrchen 13 eine sichere Führung der Probenröhrchen 13 gewährleistet. Die Größe der Öffnung 5 entspricht mindestens einem äußeren Umfang U, der eine maximal im Lagergestell 11 aufnehmbare Anzahl von Probenröhrchen 13 umgibt. Zur Öffnung 5 hin weisen die Seitenwände 2 eine Fase 3 auf, die ein Einführen der Proberöhrchen 13 in die Öffnung 5 erleichtert.
Zur Sicherung der Position von in der Öffnung 5 aufgenommenen Probenröhrchen 13 sind innerhalb der Öffnung 5 zylindrische Positionierstäbe 7 orthogonal zum Boden 1 angeordnet. Sie weisen ein freies Ende 9 und ein festes Ende 8 auf (nur in 2 dargestellt). Mit dem festen Ende 8 sind die Positionierstäbe 7 (durch Einpressen/Kleben/Schrauben) fest mit dem Boden 1 verbunden. Das freie Ende 9 weist eine Spitze auf, um das Einführen der Proberöhrchen 13 in die Öffnung 5 zu erleichtern. Eine Länge der Positionierstäbe 7, gemessen von der Innenoberfläche 4 des Bodens 1, entspricht etwa der Tiefe t der Öffnung 5. Die Positionierstäbe 7 sind in einem Raster angeordnet, wobei die Anzahl der Positionierstäbe 7 und ein Rasterabstand r des Rasters entsprechend dem Lagergestell 11 angepasst ist. Bei dem Lagergestell 11 für 96 Proben werden 11 × 7 = 77 Positionierstäbe 7 verwendet, die mit einem Rasterabstand r von 9 mm zueinander angeordnet sind. Ein Durchmesser der Positionierstäbe 7 ist entsprechend den im Lagergestell 11 aufzunehmenden Probenröhrchen 13 dimensioniert. Wie in 1 an zehn beispielhaft in die Vorrichtung und in das Lagergestell 11 eingesetzten Probenröhrchen 13 gezeigt, verbleibt zwischen vier im Karree angeordneten Probenröhrchen 13 eine Lücke G. Der Durchmesser der Positionierstäbe 7 füllt diese Lücke G bis auf ein verbleibendes Spiel fast vollständig aus.
Zum Ausrichten der Lagergestelle 11 gegenüber der Öffnung 5 sind Führungen 6 vorgesehen. Die Führungen 6 sind Winkelprofile aus Aluminium, die jeweils an beiden Enden der Seitenwände 2 angeordnet sind. Die Führungen 6 sind orthogonal zum Boden 1 orientiert und mit Außenflächen der Seitenwände 2 fest verbunden. Das Winkelprofil der Führungen 6 schließt dabei die Ecken, an denen jeweils zwei Seitenwände 2 aufeinandertreffen ein. Die Führungen 6 verlängern die Außenflächen der Seitenwände 2 auf der Seite der Öffnung 5 und erstrecken sich mit einer freien Führungslänge f über die Öffnung 5 hinaus. Die freie Führungslänge f der Führungen 6 entspricht mindestens einer Höhe h der Lagergestelle 11. In einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung entspricht die Höhe h einer maximal möglichen Höhe der verwendeten Lagergestelle 11. Dadurch ist gewährleistet, dass die Vorrichtung für alle Lagergestelle (nicht dargestellt) verwendet werden kann, deren Höhe h kleiner als die maximale Höhe ist.
Sich parallel gegenüberliegende Führungen 6 weisen einen Abstand d_a oder einen Abstand d_b zueinander auf. Die Abstände d_a /d_b entsprechen den oben genannten Abmessungen des Bodens 1, wobei der Abstand d_a um ca. 1 mm größer als die Länge a und der Abstand d_b um ca. 1 mm größer als die Breite b der Lagergestelle 11 ist. Durch die um ca. 1 mm größeren Abstände d_a /d_b wird unter Beachtung aller möglichen Toleranzen ein ausreichendes Spiel zwischen dem Lagergestell 11 und den Führungen 6 realisiert, sodass sich die Lagergestelle 11 stets leichtgängig entlang der Führungen 6 in Richtung der Öffnung 5 verschieben lassen und die Probenröhrchen 13 mit ausreichender Genauigkeit in die Öffnung 5 eingeführt werden können.
Eine der Führungen 6 weist eine gut sichtbare Markierung 10 auf. In 1 ist die hinterste der vier dargestellten Führungen 6 schwarz eloxiert, sodass sie sich von den restlichen, farblos eloxierten Führungen 6 deutlich unterscheidet. Gleichzeitig weisen die Lagergestelle 11 in der Regel eine abgeschrägte Ecke 12 auf, die auf eine bestimmte Position des Lagergestells 11 hinweist. In 1 weist die abgeschrägte Ecke 12 nach vorn und kennzeichnet die Position A-1 des Lagergestells 11. Mit der markierten Führung 6 und der angeschrägten Ecke 12 kann die Vorrichtung in immer gleicher Weise zu den Lagergestellen 11 ausgerichtet werden, sodass ein Verdrehen der Positionen der Probenröhrchen 13 um 180° während des Transferierens in ein anderes Lagergestell (nicht gezeigt) leicht erkannt werden kann. Neben der optischen Markierung ist es auch möglich, die abgeschrägte Ecke 12 der Lagerstelle 11 zu nutzen und die Führung 6 mit der Markierung 10 derart auszubilden, dass eine formschlüssige Verbindung zwischen den Führungen 6 und dem Lagergestell 11 im zusammengefügten Zustand zustande kommt. Auch damit wäre eine ungewollte Verdrehung um 180° ausgeschlossen.
In 2 ist die Vorrichtung in einem Teilschnitt gezeigt. Weiterhin ist ein mit 96 Probenröhrchen 13 vollständig gefülltes Lagergestell 11 dargestellt, aus dem die Probenröhrchen 13 in ein anderes Lagergestell (nicht gezeigt) transferiert werden sollen.
Die Vorrichtung ist über dem Lagergestell 11 abgestellt, wobei sich das Lagergestell 11 innerhalb der Führungen 6 befindet. Die Vorrichtung ist gegenüber dem Lagergestell 11 korrekt ausgerichtet, wenn die Führung 6 mit der Markierung 10 (durch den Teilschnitt nur teilweise dargestellt) an der abgeschrägten Ecke 12 des Lagergestells 11 angeordnet ist. Die Öffnung 5 weist nach unten, sodass sie den im Lagergestell 11 aufgenommenen Probenröhrchen 13 gegenüberliegend angeordnet ist.
Da der Boden 1 mit den Seitenwänden 2 größer als die Grundfläche des Lagergestells 11 ist und die Führungen 6 die Außenflächen der Seitenwände 2 verlängern, lässt sich das Lagergestell 11 leichtgängig und mit ausreichendem Spiel entlang der Führungen 6 verschieben. Zum Transferieren der Probenröhrchen 13 wird das Lagergestell 11 in den Führungen 6 nach oben in eine Transferposition (nicht dargestellt) verschoben. Das Verschieben erfolgt mit parallel zur Öffnung 5 ausgerichtetem Lagergestell 11. Die Transferposition ist erreicht, wenn entweder das Lagergestell 11 mit den Seitenwänden 2 in Kontakt steht oder wenn die Probenröhrchen 13 an der Innenoberfläche 4 des Bodens 1 anschlagen. Beim Passieren der Öffnung 5 werden die Probenröhrchen 13 mittels der Fase 3 zur Öffnung 5 ausgerichtet. Gleichzeitig tauchen die Positionierstäbe 7 in die Lücken G zwischen den Probenröhrchen 13 ein, sodass jedes Probenröhrchen 13 an mindestens drei Punkten seines Umfangs in Position gehalten wird.
Nach Erreichen der Transferposition wird die Vorrichtung zusammen mit dem Lagergestell 11 gewendet. Die Vorrichtung nimmt dann die in 1 gezeigte Position ein, in der die Probenröhrchen 13 in der Vorrichtung abgestellt sind. Das Lagergestell 11 kann nach oben entnommen werden und gegen ein anderes Lagergestell (nicht dargestellt) ausgetauscht werden. Das andere Lagergestell wird mit der abgeschrägten Ecke 12 zur markierten Führung 6 ausgerichtet und entlang der Führungen 6 in die Transferposition bewegt. Zusammen mit dem anderen Lagergestell wird die Vorrichtung wieder gewendet und das andere Lagergestell entlang der Führungen 6 nach unten bewegt und abgesetzt. Das Transferieren der Probenröhrchen 13 ist damit abgeschlossen.
In einer zweiten, in 3 gezeigten Ausführung der Vorrichtung sind die Führungen 6 Zylinderstäbe, die orthogonal zum Boden 1 in die Seitenwände 2 eingesetzt sind. Zur Aufnahme der Führungen 6 sind die Seitenwände 2 in einer entsprechenden Dicke ausgeführt. Die Markierung 10 zum Überprüfen der Ausrichtung der Vorrichtung zum Lagergestell 11 ist an einer Ecke der Seitenwände 2 gut sichtbar angebracht.
In einer dritten in 4 gezeigten Ausführung der Vorrichtung bilden die Führungen 6 ein tragendes Gerüst, an dem der Boden 1 befestigt ist. Die Seitenwände 2 werden durch ein dünnwandiges Blech gebildet, das außen umlaufend am Boden 1 befestigt ist. Die Markierung 10 ist an zwei, zu einer Ecke der Seitenwände 2 benachbarten Führungen 6 angebracht.
In weiteren Ausführungen ist es möglich, die Vorrichtung an beliebige andere Lagergestelle anzupassen. Die Lagergestelle könne sich in der Form und Größe der Grundfläche, der Anzahl, Größe und Form von aufzunehmenden Probenröhrchen oder der Anordnung des Rasters unterscheiden. Insbesondere ist eine Anpassung an standardisierte Lagergestelle mit 4×6 oder 6×8 Aufnahmen für Probenröhrchen möglich. Entsprechend diesen Lagergestellen müssen die Grundfläche des Bodens, die Seitenwände und die Führungen in Form, Größe und Anordnung dimensioniert werden, wobei auch Kombinationen aus zuvor genannten Ausführungsbeispielen möglich sind. Insbesondere sind bei der Form der Grundfläche andere Geometrien, wie z.B. Dreiecke, Sechsecke oder Kreise, denkbar. Entsprechend der Form und Größe der aufbewahrten Probenröhrchen sowie dem Raster, in dem die Probenröhrchen angeordnet sind, ist die Öffnung zu dimensionieren und ist die Anordnung und der Querschnitt der Positionierstäbe anzupassen. Entsprechend einem Durchmesser-Längen-Verhältnis der Probenröhrchen ist es möglich, die Tiefe der Öffnung anzupassen. Bei Probenröhrchen, die einen kleinen Durchmesser bei einer großen Länge aufweisen, ist eine Vergrößerung der Tiefe und bei Probenröhrchen mit großem Durchmesser bei geringer Länge eine Verkleinerung der Tiefe sinnvoll.
Bezugszeichenliste

1: Boden
2: Seitenwand
3: Fase
4: Innenoberfläche
5: Öffnung
6: Führung
7: Positionierstab
8: festes Ende
9: freies Ende
10: Markierung
11: Lagergestell
12: abgeschrägte Ecke des Lagergestells 11
13: Probenröhrchen
a: Länge des Lagergestells 11
b: Breite des Lagergestells 11
h: Höhe des Lagergestells 11
d_a: Abstand über die Länge
d_b: Abstand über die Breite
f: Führungslänge
G: Lücke (zwischen Probenröhrchen 13)
r: Rasterabstand
t: Tiefe (der Öffnung 5)
U: Umfang um die Probenröhrchen 13

Claims

Vorrichtung zum Transferieren von in Lagergestellen (11) aufbewahrten Probenröhrchen (13) in andere Lagergestelle, enthaltend einen rechteckigen Boden (1), vier Seitenwände (2), die eine Öffnung (5) zur Aufnahme der Probenröhrchen (13) ausbildend orthogonal am Umfang des Bodens (1) angeordnet sind, wobei die Öffnung (5) parallel und mit einer Tiefe (t) zu einer Innenoberfläche (4) des Bodens (1) angeordnet ist, Positionierstäbe (7) zur Positionssicherung der Probenröhrchen (13) in der Öffnung (5), wobei die Positionierstäbe (7) ein freies Ende (9) mit einer Spitze und ein festes, mit dem Boden verbundenes Ende (8) aufweisen und in einem Raster innerhalb der Öffnung (5) und orthogonal zum Boden (1) angeordnet sind, Führungen (6) zum Ausrichten der Lagergestelle (11) gegenüber der Öffnung (5), wobei die Führungen (6) jeweils an beiden Enden der Seitenwände (2) orthogonal zum Boden (1) und mit einer freien Führungslänge (f) über die Öffnung (5) hinausragend angeordnet sind und sich parallel gegenüberliegende Führungen (6) einen Abstand (d_a/d_b) zueinander aufweisen, wobei der Abstand (d_a) größer als eine Länge (a) und der Abstand (d_b) größer als eine Breite (b) der Lagergestelle (11) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (5) mindestens eine einem Umfang (U) um eine maximal im Lagergestell (11) aufnehmbare Anzahl von Probenröhrchen (13) entsprechende Größe aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Raster der Positionierstäbe (7) einen den im Lagergestell (11) aufgenommenen Probenröhrchen (13) entsprechenden Rasterabstand (r) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierstäbe (7) einen Querschnitt aufweisen, der kleiner als eine zwischen vier im Karree benachbarten Probenröhrchen (13) verbleibende Lücke (G) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Führungen (6) eine deutlich wahrnehmbare Markierung (10) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ecke der Seitenwände (2) eine deutlich wahrnehmbare Markierung (10) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung und die Lagergestelle (11) formschlüssig zusammenfügbar ausgebildet sind.