DE2133119C3 - Inkubator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Inkubator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Inkubatoren dienen zur Durchführung thermischer Behandlung bei Anwesenheit chemischer Substanzen.

Es sind Inkubatoren bekannt, die die Form von transparenten Platten mit einer Vielzahl von Zellen aufweisen, wodurch eine schnelle und automatische Injektion, von Bakteriensuspensionen möglich ist. Dabei sind die Zellen so ausgelegt, daß wahlweise die Entwicklung von Bakterienkulturen unter aerobiosen und anaerobiosen Bedingungen möglich in. Die

ίο Einspritzung erfolgt in die Zellen, in denen bestimmte chemische Substanzen vorher eingefüllt worden sind, die bei dem Erreichen bestimmter Entwicklungszustände durch Reaktionen wie Farbumschläge, Trübungen etc. eine Indikation des entsprechenden Zustandes ermöglichen.

Die Überwachung wird dabei meist ebenfalls automatisch auf optischem Wege durchgeführt, und zwar zu festgesetzten Zeitpunkten. Auf diese Weise kann bei einer Vielzahl von Zellen die normale Entwicklung von Bakterienkulturen rasch, automatisch und ohne großen Aufwand überwacht werden.

Nachteilig erweist sich bei den bekannten Inkubatoren, daß beispielsweise die unter aerobiosen Bedingungen sich einwickelnden Bakterienkulturen, die ja

-■> gleichzeitig auf einer etwas höheren als der Umgebungstemperatur gehalten werden, zur Umgebung hin geöffnet sind, so daß °'m ständiges Verdampfen aus der Zelle erfolgt. Es ändert sich damit die Konzentration der Kultur und es können dadurch Verfälschungen während

in der Entwicklung vorkommen. Andererseits kann bei Entwicklung untei anaerobiosen Bedingungen eine Verdampfung des Lösungsmittels aus der Kultur und ein Niederschlagen an der Abdeckplatte stattfinden, wodurch wiederum eine Verfälschung der bei der

i"> automatischen Überwachung gemeldeten Werte erfolgen kann.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde einen Inkubator zu schaffen, der die Entwicklung und Überwachung von Bakterienkulturen unter allen Bedingungen ermöglicht und dabei sowohl bei offenen als auch bei geschlossenen Zellen eine Verfälschung der überwachten Werte durch Konzentrationsänderung wie durch Störung des Lichtdurchgangs durch Kondensation vermeidet.

4") Die Aufgabe wird gelöst mit einem Inkubator der eingangs genannten Gattung, der nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 ausgestaltet ist.

Es stellt sich auf diese Weise eine Zwischentemperatur der Bakterienkultur ein, die durch den Wärmeüber-

"><> gang von der oberen Platte zur die Kultur enthaltenden Zelle und durch den Wärmeübergang von dieser Zelle zur unteren Platte erreicht wird. Wie eine Analyse der Wärmeübertragung zeigt, ist dabei nur die Regelung der oberen Plattentemperatur ausreichend. In der Zelle

>■> selbst entwickelt sich ein zwar geringer, jedoch eine Kondensation an der Abdeckung der Zelle verhindernder Wärmestrom, der zur unteren, kälteren Platte hin gerichtet ist. Damit ist eine automatische Überwachung der Bakterienkulturen möglich.

ο Eine vorteilhafte Ausgestaltung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 ermöglicht die gleichzeitige Beschickung und Überwachung einer großen Vielzahl von Zellen.

Eine vorteilhafte Art der Wärmeführung in den Platten des Inkubatormantels ist durch eine vorteiähafte Weitergestaltung nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 3 möglich.
Eine Weitergestaltung der Erfindung nach den

kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 4 erweist sich besonders für die Entwicklung von Bakterienkulturen unter aerobiosen Bedingungen als vorteilhaft, da auf diese Weise ein absolutes Gleichgewicht des Feuchtigkeitsgehaltes zwischen den Kulturen und der Umgebungsatmosphäre ermöglicht ist, wobei die Abdichtung der einzelnen Inkubatoren-Fächer nach den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 5 die Schaffung von abgeschlossenen Atmosphären in den einzelnen Fächern ergibt.

Weitere, den Einsatz des Inkubators für automatische Beschickung und Überwachung besonders vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 6 und 7 enthalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines r> Ausführungsbeispiels unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert; in dieser zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Inkubators,

Fig.2 eine Ansicht eines Abteils des Inkubators von oben,

Fig.3 eine schematische Darstellung der ■temperatur- und Wärmeflußverhältnisse in einem Abteil des Inkubators.

Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Inkubator 2Ί besteht aus einer Vielzahl von Mänteln 1, deren horizontale Wände 2 und 3 jeweils aus »Heiz«-Platten aufgebaut sind. Der dargestellte Inkubator besitzt neun solcher Mantel 1, und die »Heiz«-Platten 2 und 3 bestehen beispielsweise aus einem Aluminiumblech mit m einer fluiddurchströmten Schlange. Alternativ kann eine Vielzahl von zueinander parallelen Leitungen an jeder Platte vorgesehen sein. Alle oberen Platten 2 sind parallel an einem Umlauf desselben Fluids, beispielsweise Wasser, angeschlossen, welches eine geregelte j> Temperatur aufweist. Diese Platten werden im folgenden als obere oder heiße Platten bezeichnet. Alle unteren Platten 3 sind ebenfalls parallel an einem Fluid der gleichen Art, beispielsweise Wasser, angeschlossen, das eine nichfgeregelte Temperatur aufweist, die etwas w tiefer als diejenige des Umlauffluids der oberen oder heißen Platten ist. Diese Platten werden nachfolgend als untere oder kalte Platten bezeichnet.

Der Umlaufkreis des Fluids, im folgenden wird dafür Wasser angenommen, enthält einen Wasserbehälter 4, -r, der mit einsr Heizeinrichtung ausgestattet ist. Diese kann beispielsweise aus einem elektrischen Widerstand 41 und einem Temperaturregler 42 bestehen, durch welche das in dem Behälter 4 enthaltene Wasser auf eine feste Temperatur vo:¹ beispielsweise 37°C geregelt v> wird. Eine Leitung 21, in der eine Zentrifugalpumpe 43 das Wasser umwälzt, führt zu den parallel angeschlossenen Umlaufleitungen der oberen Platten 2 und eine Rückleitung 22 verbindet diese Platten 2 wieder mit dem Wasserbehälter 4. Die Strömungsrichtung in der r> Zuleitung 21 ist durch den Pfeil 44 gekennzeichnet.

Der Umlaufkreis des Wassers für die unteren Platten 3 umfaßt gleicherweise einen Wasserbehälter 5, der mit Heizeinrichtungen ausgestattet sein kann, die das in diesem Behälter enthaltene Wasser auf eine unterhalb < >n der Wassertemperatur im Behälter 4 gelegene Temperatur bringen. Entsprechend sind eine Zulaufleitung 31 mit darin enthaltener Zentrifugalpumpe 53 und eine Rückleitung 32 für diesen weiteren Umlauf vorgesehen. Die Wassertemperatur für das im zweiten Umlauf fn befindliche Wasser ist nicht geregelt und liegt niedriger als diejenige des Wasser.¹· im ersten Umlauf. Beispielsweise beträgt sie etwa 34⁰C.

Die die Bakterien-Suspensionen mit zugefügten chemischen Substanzen enthaltenden Zellenplatten sind in Schubfächern des Inkubators angeordnet. Diese sind in Fig. 1 nicht einzeln darges'eilt und sind in den in F i g. 1 durch jeweilige obere Platten 2 und untere Platten 3 gebildete neun horizontale Zeilen verteilt. Beispielsweise sind in einem solchen Inkubator 45 Schubfächer vorgesehen, und es sind also in jeder Zeile zwischen einer oberen Platte 2 und einer unteren Platte 3 fünf Fächer vorgesehen, die in jeweilige Einzelabteile eingesetzt sind. Die Abteilwände (7 und 8 nach Fig.2) isolieren die Einzelabteile in jeder Zeile gegeneinander und durch diese Wände werden horizontale Zeilen und vertikale Spalten bzw. Säulen von Schubfachabteilen festgelegt.

Ein derartiges Schubfach 6 ist in Fig. 2 dargestellt. Die Abteilung gegen benachbarte Schubfachabteile geschieht durch isolierende Wände 7 und 8, so daß eine Störung der Temperatur benachbarter Abteilung vermieden wird, wenn in dem gerade betrachteten Abteil hantiert wird.

Das Schubfach 6 besteht aus einem Boden mit Rändern, die nur eine geringe Höhe besitzen. Auf der Inkubator-Vorderseite ist der entsprechende Rand fest mit einem Teil 61 verbunden, das vorzugsweise aus einem «'ärmeisolierenden Material besteht und sich über die gesamte Länge dieses Randes erstreckt. Die Vorderseite des Schubfachs ist aus einer Metallplatte 62 gebildet, die sich längs des Teiles 6! erstreckt und auf beiden Seiten ein wer ig übersteht. Ein an der Platte 62 angebrachter Griff 63 erleichtert die Hantierung, d. h. die Einführung und Herausnahme des Schubfachs in bzw. von dein dafür bestimmten Abteil.

An jedem Ende der Platte 62 befindet sich eine Dichtung 65 bzw. 66, die eine Abdichtung des Schubfachabteils bei geschlossenem Schubfach herstdit. Diese Dichtung besteht jeweils aus einer Schicht aus einem elastischen Material, beispielsweise Gummi, und ist an der nach innen liegenden Fläche der Platte 62. den vertikalen Wänden 7 bzw. 8 benachbart angebracht. Diese vertikalen Wände sind nach Fig. 2 mit jeweils einer Erhöhung oder erhöhten Leiste 71 bzw. 81 versehen, die in einem Einschnitt 72 bzw. 82 der vertikalen Wände 7 bzw. 8 vorgesehen ist. Die außerhalb des Einschnittes 72 bzw. 82 galegenen Teile der vertikalen Wände 7 bzw. 8 springen bei 73 bzw. 83 so weit vor. daß sie bei eingeschobenem Schubfach mit der Vorderseite des Schubfachs bündig liegen.

Damit die gute Abdichtung des Schubfachs stets gewährleistet bleibt, wird dieses ständig in der eingeschobenen Stellung durch zwei Rollen 91 und 92 gehalten, die an zwei an der Innenform der jeweiligen vertikalen Wände 7 bzw. 8 ausgebildeten Schrägflächen 74 bzw. «4 abrollen. Die Rollen 91 und 92 sind an zwei Kipphebeln 93 bzw. 94 angebracht, die mit Kippacl>sen bei 95 bzw. 96 befestigt sind und durch eine Keder 9 so vorgespannt sind, daß die Rollen 91 und 92 an den Seitenwänden 7 und 8 und insbesondere an ihren Schrägflächen 74 b.~w. 84 anliegen. Wenn das Schubfach 6 ganz eingeschoben ist, ist die Feder zusammengezogen und das Schubfach bleibt dadurch voll eingeschoben. Darüber hinaus ist als Sicherung gegen Herausfallen des Schubfachs vorgesehen, daß an den vertikalen Wänden 7 und 8 (nicht gezeigte) Nocken angebracht sind, gegen die die RoUen 91 und 92 anfahren. Damit ist ein vollständiges Herausziehen des Schubfachs bei der öffnung desselben verhindert.

Der Boden des Schubfachs ist mit einer Öffnune 69 im

vorderen Bereich des Schubfachs ausgestattet, damit das Einsetzen oder Herausnehmen der Zellenplatten aus dem Schubfach von Hand erleichtert ist.

In jedem Schubfach und/oder in jedem Abteil ist ein Luftbefeuchter vorgesehen, der eine Befeuchtung der Atmosphäre im Inneren des jeweiligen Abteils gestattet. Dazu wird ein mit Wasser getränktes Blatt aus einem absorbierenden Material, beispielsweise einem saugfähigen Papier in das Abteil eingebracht. Dieses Papier kann entweder auf dem Boden des Schubfachs oder oder an den Rändern desselben angeordnet sein. Dadurch wird die Verdampfung des Zelleninhaltes verhindert, da die Atmosphäre des Schiibfachabtcils aus der Befeuchtungseinrichtung gesättigt wird.

Das Wärmediagramm eines Abteils des Inkubators ist in F i g. 3 gezeigt. Die obere, heiße Platte 2 wird geregelt auf einer Temperatur Tn gehalten und die untere oder kalte Platte 3 befindet sich auf einer nicht geregelten der unteren Platte errechnet sich dann zu k T_n + /ι 7„
k+h

= 7

T PJpr War

mpiiKproantr /anchcn •ι und die Temperanirdifferenz /wischen der oberen und der unteren Platte ist damit

Die Wärmeströme von der oberen Platte zur unteren

Platte und von der unteren Platte nach außen sind dann ebenfalls gleich, nämlich

hk h f k " ~ "'■

Der durch die unterschiedlichen Temperaturen

pr/pjlalp Xpmnpi-atiiroraHipnt Ttuicphon rlar i-\Y\amr, ,,,*Λ

beiden Platten ist. LiIIs keine Zellenplatten eingesetzt sind, proportional ihrer Temperaturdifferenz, d. h. gleich k(T,- T). wobei k der Proportionalitätskoeffizient ist. Der Wärmestrom vom Inneren des Abteils zur l'ingebung. der vom Wärmeleitkoeffizienten und von der Abdichtung der Abteil-Seitenwände abhängig ist und Wärme von der unteren Platte abzieht, ist proportional zur Temperaturdifferenz zwischen unterer Plane und der Umgebungstemperatur T,. die als die Temperatur einer isothermen Wärmesenke IO dargestellt ist. d. h. der Wärmestrom beträgt h (T- VJ. wobei Λ der für diesen Vorgang zutreffende Proportionalitätskoeffizient ist.

Während eines beliebigen Zeitinter alls wird durch den Wärmeübergang von der oberen Platte 2 zur unteren Platte 3 die thermische Masse Λ/ der unteren Platte um dTaufgeheizt und die von der unteren Platte zur Umgebung abfließende Wärmemenge ausgeglichen. Hs stellt sich rasch aufgrund der dargestellten Wärmeübergänge oder Wärmeströmungen ein Gleichgewicht ein. Dann ist dFgleich null und die Temperatur der unteren Platte verhindert die Verdampfung in den Zellen und darüber hinaus die Kondensation von Tröpfchen auf den Zellenplatten. Die Zellenplatte wird beispielsweise aus einer Umgebungstemperatur von 20 C in ein Schubfach eingeführt, wo sich das Befeuchtungswasser zwischen den Temperaturen der oberen Platte 2 und der unteren Platte 3 befindet, beispielsweise in der Nähe von 34"C. und es schlägt sich Wasser n.uf der eingeführten Platte nieder. Ein solcher Kondensbelag wäre schädlich für nachfolgende Photometermessungen.

Da das Kondenswasser mit drr direkt unterhalb der warmen Platte befindlichen eiAgeführten Zellenplatte aufgeheizt wird, verläßt dieses Wasser die Oberseite und sammelt sich am unteren Abschnitt des Schubfachs.

Um darüber hinaus die Störung zu vermeiden, die sich unter den Zellen wegen der nicht gleichmäßigen Verteilung der thermischen Masse der Platte ansammelnde Wassertröpfchen ergeben, sind die Befeuchter vorzugsweise an den Seiten des Schubfachs und nicht am Boden unter den Platten angeordnet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Inkubator, welcher die Entwicklung von Reaktionen in Lösungen gestattet, die in Zellen enthalten sind, welche zumindest teilweise geöffnet sein können, der wenigstens einen thermischen Mantel aufweist, in den die Zellen eingeführt sind, wobei der Mantel mit horizontalen und vertikalen Wänden ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Wände jedes Mantels (1) aus zwei Heizplatten (2,3) gebildet sind, wobei die obere Platte (2) auf eine geregelte Temperatur und die untere Platte (3) auf eine geringere als die geregelte Temperatur gebracht ist.

2. Inkubator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Mantel in eine Vielzahl von Abteilen unterteilt ist, die thermisch voneinander durch untereinander auf einer Fläche jedes Mantels öffnungen begrenzende vertikale Wände (7, 8) isoliert sind, in die jeweils ein Schubfach (6) eingeführt wird, weiches zur Aufnahme der Zeilen bestimmt ist.

3. Inkubator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen Platten (2) an einem ersten Umlauf (21, 22, 44) eines Fluids mit der geregelten Temperatur paralld zueinander angeschlossen sind und daß die unteren Platten (3) an einem weiteren Umlauf (31, 32, 53) eines Fluids mit der geringeren als der geregelten Temperatur parallel zueinander angeschlossen sind.

4. Inkubator nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichne?.daß di.· Schubfächer (6) mit die Sättigung der Atmosphäre im Inneren jedes Abteils mit Feuchtigkeit gewähr': 'stenden Befeuchtern ausgestattet sind.

5. Inkubator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schubfach (6) eine die Öffnung des entsprechenden Abteils abdichtende Platte (62) aufweist und die Platte einen mit jedem der Ränder der öffnung zusammenwirkenden, einen dichten Verschluß des Schubfachs gewährleistenden Abschnitt (65, 66) aus einem flexiblen und deformierbaren Material aufweist.

6. Inkubator nach einem der Ansprüche 2 bis 5. wobei jedes Schubfach mit einem Organ zum Halten des Schubfachs in seiner in das Abteil eingesetzten Stellung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Organ aus zwei sich auf zwei festen Rampen (74,84) verlagernden Rollen (91,92) gebildet ist, jede Rolle (91, 92) von einem ersten Ende eines Stiftes (93,94) getragen ist, welcher fest in einem Punkt (95, 96) des hinteren Teils des Schubfachs (6) angebracht ist und die Stifte untereinander durch eine ihre zweiten Enden verbindende Feder (9) verbunden sind.

7. Inkubator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden jedes Schubfachs im vorderen Bereich mit einer öffnung (69) versehen ist. ι