DE60026834T2

DE60026834T2 - Heizblock für schnelle thermische zyklen

Info

Publication number: DE60026834T2
Application number: DE60026834T
Authority: DE
Inventors: Alexandre Tretiakov; Hans-Peter Saluz
Original assignee: Analytik Jena GmbH Analysenmessgeraete und Laboreinrichtungen
Current assignee: Analytik Jena AG
Priority date: 1999-04-08
Filing date: 2000-04-05
Publication date: 2006-11-02
Anticipated expiration: 2020-04-06
Also published as: JP3867889B2; WO2000061797A1; US6556940B1; DE60026834D1; EP1090141B1; CA2334619A1; ATE321148T1; JP2002542445A; EP1045038A1; EP1090141A1

Description

Die Erfindung betrifft Thermocycler für eine automatisierte Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR), insbesondere schnelle Thermocycler. Spezieller betrifft die Erfindung schnelle Heizblock-Thermocycler zur Parallelverarbeitung vieler kleinvolumiger Proben.
Die vorliegende Erfindung ist besonders nützlich für schnelle, preisgünstige und komfortable PCR-basierte DNS-Diagnose-Prüfungen mit hohem Durchsatz.
Seit der 1985 zuerst veröffentlichten Beschreibung ist die Polymerase-Kettenreaktion in eine Vielzahl von Methoden und diagnostischen Untersuchungen umgesetzt worden. Temperaturwechsel der Proben sind das zentrale Moment bei PCR. In den zurückliegenden Jahren sind verschiedene Thermocycler entwickelt worden, um das Problem der langsamen Prozessgeschwindigkeit und großer Probenmengen konventioneller Heizblock-Thermocycler zu begegnen. Diese schnellen Thermocycler können in zwei grobe Klassen eingeteilt werden.

1. Kapillar-Thermocycler halten die Proben in Glaskapillaren und versorgen die Aussenseite der Kapillare konvektiv oder wärmeleitend mit Wärme. Zur Beschreibung siehe: Wittwer, C. T., et al., Anal. Biochem. 186: p328–331 (1990); Friedman, N. A., Meldrum, D. R. Anal. Chem., 70: 2997–3002 (1998) und U.S. Patent No 5,455,175.
2. Mikrofabrizierte Thermocycler sind Thermocycler, die aus mikrofabrizierten Komponenten aufgebaut sind; im allgemeinen sind das geätzte Strukturen in Glas oder Silizium, wobei Wärme mittels integraler Widerstandsheizung zugeführt wird und passiv (oder aktiv) durch die Struktur an die Umgebung abgegeben wird. Jedoch werden auch andere Thermocycling-Systeme, wie Continuous-Flow-Thermocycling für Proben benutzt. Für die Beschreibung siehe: Northrup, M. A.. et al., Transducers 1993: 924–926 (1993); Taylor, T. B., et al, Nucleid Acid Res., 25: pp 3164–3168 (1997); Kopp, M. U. et al., Science, 280: 1046–1048 (1998); U.S. Patent No 5,674,742; U.S. Patent No 5,716,842.

Beide Klassen schneller Thermocycler setzen das erhöhte Verhältnis der Oberfläche zum Volumen der Reaktoren ein, um den Durchsatz der Wärmeübertragung zu kleinen Proben (1 μl bis 20 μl zu erhöhen. Die Gesamtzeit für die DNS-Vervielfältigung verringert sich auf 10 bis 30 Minuten. Herkömmliche Heizblock-Thermocycler benötigen gewöhnlich 1 bis 3 Stunden um das zyklische Temperieren von Proben mit 20 μl bis 100 μl auszuführen. Allerdings treten mit diesen Vorteilen auch einige Nachteile auf. Die vergrößerte Oberfläche zwischen Reagenzien und Reaktor bewirkt einen Rückgang der Enzymaktivität. Außerdem kann DNS irreversibel auf der Quarzoberfläche der Reaktoren angelagert werden, insbesondere unter Mitwirkung von Magnesiumionen und Reinigungsmitteln, die Standardkomponenten von PCR-Mischungen sind. Deshalb erfordert eine PCR in Glas-Silizium-Reaktoren den Zusatz eines Trägerproteins (z.B. bovines Albuminserum) und eine strenge Optimierung der Zusammensetzung der Reaktionsmischung.
Ein weiterer Nachteil dieser Reaktoren ist die sehr komplizierte Art und Weise des Beschickens und Entnehmens der Proben. Außerdem ist die Standard-Pipettierausrüstung nicht mit solchen Reaktoren kompatibel. Diese unbequemen und mühsamen Prozeduren sind zudem zeitraubend und arbeitsaufwändig und begrenzen so den Durchsatz der Thermocycler. Schließlich, auch wenn die Kosten für die Reagenzien sinken, wenn das Volumen auf 1 bis 10 μl reduziert wird, sind die Endkosten infolge der hohen Kosten der Kapillaren und insbesondere der mikrofabrizierten Reaktoren relativ hoch.
Es ist deshalb überraschend, dass nur wenig Forschung durchgeführt wurde, um die grundsätzliche Leistungsfähigkeit hinsichtlich Probengröße und Geschwindigkeit der weit verbreiteten, herkömmlichen Heizblock-Temperaturwechselzyklen von Proben, die in Kunststoffröhrchen oder Mehrfachmuldenplatten aufgenommen werden, zu verbessern. Eine bekannte Verbesserung von Heizblock-Temperaturwechselzyklen an in Kunststoffröhrchen enthaltenen Proben wurde von Half et al. Beschrieben (Biotechniques, 10, 106–112, [1991] und U.S. Patent 5,475,610). Sie beschreiben ein spezielles, einteiliges Mikrozentrifugen-Röhrchen aus Kunststoff, d.h. ein dünnwandiges PCR-Röhrchen. Das Röhrchen hat einen zylindrisch geformten, oberen Wandungsabschnitt und einen relativ dünnen (d.h. etwa 0,3 mm) konisch geformten, unteren Wandungsabschnitt und einen kuppelförmigen Boden. Die Proben, die eine Größe von 20 μl aufweisen, werden in die Röhrchen eingebracht, die ihrerseits mit verformbaren, gasdichten Kappen verschlossen und in ähnlich geformte Mulden im Körper des Heizblocks positioniert werden. Die beheizte Abdeckung komprimiert jede Kappe und drückt jedes Röhrchen fest in seine Mulde hinein. Die beheizte Platte (d.h. der beheizte Deckel) dient mehreren Zwecken zugleich, indem sie den entsprechenden Druck auf die Kappen der Röhrchen ausübt: Sie hält die konisch geformten Mulden in engem thermischen Kontakt mit dem Körper des Heizblocks; sie verhindert das Öffnen der Kappen durch erhöhten Luftdruck, der bei steigenden Temperaturen innerhalb der Röhrchen entsteht. Zusätzlich hält sie die Teile der Röhrchen, die über die obere Oberfläche des Heizblocks hinausragen, auf 95°C bis 100°C, um die Kondensation von Wasserdampf und Probenverluste während der Temperaturwechselzyklen zu verhindern. Auf diese Weise ist es möglich, auf den Einsatz von Mineralöl oder Glyzerin in den Mulden des Heizblocks, um die Wärmeübertragung auf die Röhrchen zu verbessern, und auf den Überzug der Proben mit Mineralöl, das Verdampfung verhinderte, aber auch zusätzliche thermische Masse lieferte, zu verzichten. Außerdem können die PCR-Röhrchen in einen zweiteiligen Halter (U.S. Patent 5,710,381) mit einer Mikroplatte des Formats 8 × 12, also mit 96 Mulden, platziert werden, der genutzt werden kann, um die Forderung nach hohem Probendurchsatz mit jeder denkbaren Menge zwischen 1 und 96 einzelnen Reaktionsröhrchen zu erfüllen. Im Vergleich mit herkömmlichen Mikrozentrifugenröhrchen ermöglichte der Einsatz dünnwandiger 0.2-ml-PCR-Röhrchen die Verkürzung der Reaktionszeit von 6 bis 10 Stunden auf 2 bis 4 Stunden oder weniger. Gleichzeitig wurde in der DE 4022792 gezeigt, dass der Einsatz dünnwandiger Polykarbonat-Mikroplatten ermöglicht, die Reaktionszeit auf weniger als 4 Stunden zu verringern. Neueste Verbesserungen bezüglich der Temperaturanstiegsrate (z.B. 3 bis 4°C/Sekunde) kommerzieller thermoelektrischer (Peltier-Effekt) Heizblock-Thermocycler beeinflussten die Gesamtreaktionszeit nicht wesentlich. Darüber hinaus wurde geschlussfolgert, dass ein weiterer Anstieg der Temperaturanstiegsraten infolge der begrenzten Wärmeübergangsrate zu den Proben in dünnwandigen PCR-Röhrchen keinen praktischen Nutzen haben wird (siehe WO 98/43740).
Die vorliegende Erfindung zeigt etwas Ähnlichkeit zu herkömmlichen thermoelektrischen Heizblock-Thermocyclern, da sie die PCR in Kunststoff-Mikroplatten ausführt (vergl. WO 98/43740 und DE 4022792 ). Allerdings stellt sie, im Gegensatz zu herkömmlichen Heizblock-Thermocyclern, die Mittel zur Verfügung, die PCR, z.B. 30 Zyklen, in Proben mit 1 bis 20 μl in 10 bis 30 Minuten durchzuführen. Insbesondere stellt sie einen schnellen Heizblock-Thermocycler für bequeme, preiswerte, ölfreie Temperaturzyklen mehrerer kleinvolumiger Proben mit hohem Durchsatz bereit.
Demgemäß betrifft die Erfindung einen Heizblock-Thermocycler zum schnellen zyklischen Temperieren mehrerer Proben entsprechend dem Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen zu finden.
Besonders verständlich erschließt sich die Erfindung anhand der beiliegenden Figuren:
Darin zeigen:
1 die schematische Darstellung der ultradünnwandigen Mehrfachmuldenplatte,
2 die schematische Darstellung des schnellen Heizblock-Thermocyclers und
3 ein Temperatur/Zeit-Profil des Probenblocks.
Der erste Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft den Gebrauch ultradünnwandigen Niederquerschnitts-Mehrfachmuldenplatten (1) mit hoher Probendichte und erheblich verbessertem Wärmeübergang (z.B. zehnfach im Vergleich mit U.S. Patent No 5,475,610 und DE 4022792 ) auf kleine biologische Proben (5) (z.B. 1 bis 20 μl) mit niedriger thermischer Masse. Solche Platten können beispielsweise aus dünnen thermoplastischen Filmen mittels verschiedener thermischer Umformverfahren hergestellt werden.
Solche thermoplastischen Filme sind beispielsweise Polyolefin-Filme, wie z.B. Metallocen-katalysierte Polyolefin-Filme und/oder Copolymer-Filme. Gewöhnlich wird die Mehrfachmuldenplatte aus gegossenem, nicht ausgerichtetem Polypropylen-, Polypropylen-Polyethylen-Copolymer- oder metallocen-katalysiertem Polypropylen-Film vakuumgeformt. Der Film wird in eine negative („weibliche") Gussform (engl. mould) mit einer Vielzahl beabstandeter, konisch geformter Mulden, welche in den Körper einer Gussform in der Anordnung eines rechteckigen oder quadratischen Feldes eingearbeitet sind, hineingeformt. Die Dicke des Filmes zum Vakuumformen konisch geformter Mulden wird gemäß der üblichen Maßgaben beim Thermoformen gewählt, d.h. Dicke des Filmes = Ziehverhältnis der Mulde × Wandungsdicke der Mulde.
Beispielsweise resultieren vakuumgeformte Mulden mit einem Ziehverhältnis von zwei und einer durchschnittlichen Wandungsdicke von 30 μm in einer Filmdicke von 60 μm. Für eine mittlere optimale Wandungsdicke wurde der Bereich von 20 μm bis 40 μm bestimmt. Die Dicke des Films ist gewöhnlich 50 bis 80 μm. Mit Hilfe der Wärmeleitungsgleichung, wie sie in der DE 4022792 beschrieben ist, kann gezeigt werden, dass die Wärmeübertragung ungefähr zehnfach erhöht im Vergleich mit U.S. Patent No 5,475,610 und DE 4022792 ist. Das Volumen der Mulden ist gewöhnlich nicht größer als 40 μl, vorzugsweise 16 μl oder 25 μl, die Höhe der Mulden ist nicht größer als 3.8 mm, der Öffnungsdurchmesser der Mulden ist nicht größer als 4 mm und der Abstand zwischen den Mulden entspricht normalerweise dem Industriestandard von z.B. 4.5 mm. Gewöhnlich werden die Platten in den Formaten mit 36 (6 × 6), 64 (8 × 8) oder 96 (8 x 12) Mulden vakuumgeformt. Wie in 1 gezeigt ist, wird die Handhabung der mit einer Vielzahl von Mulden (2) versehenen Platte (1) mittels eines starren 0.5 bis 1 mm dicken Plastikrahmens (3) erleichtert, der an die Platte heißgeklebt ist. Bei den kleinformatigen Platten (36 und 64 Mulden) wird die Platte mit dem Rahmen allerdings gewöhnlich einteilig vakuumgeformt. Der Formvorgang ist gewöhnlich von sehr kurzer Dauer, d.h. 15 bis 20 Sekunden. Dies ermöglicht sogar eine manuelle Herstellung von etwa 1000 Platten pro Person in acht Stunden unter Benutzung einer einzigen Vakuumform-Vorrichtung. Die Temperatur kleiner Proben (3 bis 10 μl), die in ultradünnwandigen Platten gehalten werden gleicht sich der Temperatur des Probenblocks (4) in 1 bis 3 Sekunden an. Verglichen damit dauert es 15 bis 20 Sekunden, die Temperatur einer Probe mit beispielsweise 25 μl der Temperatur des Probenblocks anzugleichen, wenn die Proben in gewöhnlichen dünnwandigen PCR-Röhrchen enthalten sind. Der andere Hauptvorteil des Gebrauchs von Niederquerschnitts-Platten mit relativ großen Muldenöffnungen (d.h. Durchmesser 4 mm) ist, dass kleine Proben schnell und genau mittels konventioneller Pipettierausrüstung in die Mulden eingebracht werden kann. In diesem Fall sind im Gegensatz zum zeit- und arbeitsaufwändigen Befüllen der Kapillaren von Mikroreaktoren keine Spezialkenntnisse nötig.
Der zweite Aspekt der Erfindung betrifft den Gebrauch von Niederquerschnitts-Probenblöcken mit niedriger thermischer Kapazität, beispielsweise von Industriestandard-Probenblöcken aus Silber zum Halten der Mehrfachmuldenplatten. Der Probenblock (4) hat eine Hauptoberseite und eine Hauptunterseite. Ein Feld voneinander beabstandeter Probenmulden ist in die Oberseite des Blocks geformt. Gewöhnlich ist die Höhe des Blocks nicht größer als 4 mm. Die Wärmekapazität des Blocks zur Aufnahme von Platten mit 36 bis 96 Mulden liegt im Bereich von 4.5 bis 12 Joule/K. Die Blöcke stellen an 1 cm² der Oberfläche des thermoelektrischen Moduls (12) eine mittlere thermische Massenlast von 0.5 bis 0.6 Joule/K zur Verfügung. Bei Benutzung von dem Industriestandard entsprechenden einstufigen thermoelektrischen Hochtemperatur-Modulen mit maximaler Wärmepumpleistung von 5 bis 6 Watt pro cm² der Oberfläche des Moduls kann die Temperatur des Probenblocks mit einem Temperaturanstieg von 5 bis 10°C/Sekunde geändert werden (3). Gewöhnlich werden einzelne, dem Industriestandard entsprechende thermoelektrische Module, d.h. 30 mm × 30 mm und 40 mm × 40 mm, zum entsprechenden zyklischen Temperieren von Platten mit 36 und 64 Mulden benutzt. Ein einziges thermoelektrisches Modul zum Heizen und Kühlen hat den Vorteil eines verbesserten thermischen Kontakts zwischen dem Modul (12) und dem Probenblock (4) und dem Modul und dem luftgekühlten Kühlkörper (13) verglichen mit dem Einsatz mehrerer Module wegen der Höhendifferenz zwischen den Modulen. Das Thermoelement (14) mit einer Ansprechzeit von nicht mehr als 0.01 Sekunden wird zum Messen der Temperatur des Probenblocks (4) benutzt. Die thermische Masse des Kupferkühlkörpers (13) liegt gewöhnlich im Bereich von 500 bis 700 Joule/K. Die verglichen mit der thermischen Masse des Probenblocks (4) relativ große thermische Masse des Kühlkörpers (13) kompensiert den erhöhten mittleren Wärmeanfall am Kühlkörper (13) während des schnellen zyklischen Temperierens. Der programmierbare Controller (10) dient einer präzisen Zeit- und Temperatursteuerung des Probenblocks (4).
Der dritte Aspekt der Erfindung ist, dass, um einen effizienten und reproduzierbaren Verschluss kleiner Proben (5) durch Nutzung von beheizten Deckeln sicherzustellen, die Höhe der konischen Mulden (2) nicht größer ist als die Höhe der ebenso geformten Mulden, die in den Körper des Probenblocks (4) des Thermocyclers eingearbeitet sind. Wegen der kleine Oberfläche des Bodens der Mulde der Platte entfällt die Notwendigkeit eines engen thermischen Kontakts zwischen dem Boden der Mulde und dem Körper des Probenblocks. Im Gegensatz dazu steht die DE 4022792 , bei der eine genaue Anpassung eines großen sphärischen Bodens für einen effizienten Wärmeübergang notwendig ist. Damit erlaubt die Geometrie der Mulden die Positionierung der gesamten Mehrfachmuldenplatte (1) in den Probenblock (4), wie in 2 gezeigt ist. In diesem Fall wird der von einem Schraubmechanismus (6) des beheizten Deckels verursachte Druck sogar zu solchen Teilen der Mehrfachmuldenplatte geleitet, die von der Oberseite des Probenblocks (4) gestützt sind und nicht zu den dünnen Wandungen der Mulden der Platte, wie es bei den PCR-Röhrchen oder konventionellen PCR-Platten (vergl. US Patent No 5475610) der Fall ist. Dieser Vorteil ermöglicht es, den Druck für die Abdichtung des beheizten Deckels um ein vielfaches (d.h fünf- bis zehnfach) im Vergleich mit dem üblicherweise benutzten Druck von 30 bis 50 g pro Mulde zu erhöhen, ohne die konischen Wandungen zu zerbrechen. Im Gegensatz zu dem beheizten Deckel mit hohem Druck, der in US Patent No 5,508,197 beschrieben ist, dichtet der hier beschriebene Deckel einzelne Mulden ab und nicht nur die Kanten der Platte. Daher kann sogar eine einzelne Probe pro Mehrfachmuldenplatte ohne Probenverlust vervielfältigt werden. Der enge thermische Kontakt zwischen den extrem dünnen Wandungen der Mulden und dem Körper des Blocks (4) wird durch den erhöhten Luftdruck, der bei erhöhten Temperaturen in den Mulden auftritt, automatisch erreicht. Der beheizte Hochdruckdeckel umfasst einen Schraubmechanismus (6), eine beheizte Metallplatte (7) und eine wärmeisolierende Dichtung (8), die den Probenblock (4) von der Metallplatte (7) isoliert. Gewöhnlich wird die Metallplatte (7) durch Widerstandsheizen erwärmt, ihre Temperatur wird durch einen Thermistor (9) gemessen und durch einen programmierbaren Controller (10) gesteuert. Die Dichtung (8) ist gewöhnlich eine 1.5 bis 2 mm dicke Silikonkautschuk-Dichtung. Sie dient einem dichten Andruck des Dichtungsfilms (11) an die Oberseite der Mehrfachmuldenplatte (1) und der thermischen Isolierung des Probenblocks (4) von der Metallplatte (7). Der Dichtungsfilm (11) ist gewöhnlich ein etwa 50 μm dicker Polypropylen-Film. Überraschenderweise können mit den genannten Mitteln zum Abdichten der Platten kleinvolumige Proben von z.B. 0.5 μl problemlos vervielfacht werden ohne die Effizienz der PCR zu verringern.
Zum Vergleich, herkömmliche beheizte Niederdruckdeckel (US Patent No 5475610) und beheizte Hochdruckdeckel (US Patent No 5,508,197) können zuverlässig für ölfreies zyklisches Temperieren von Proben eines Volumens von mindestens 15 bis 20 μl benutzt werden. Allerdings ist es klar, dass der Einsatz ultradünnwandiger Mikroplatten mit elastischen Wandungen in Industriestandardformaten und die Methode zum Abdichten, wie sie in 2 beschrieben ist, auch die Leistungsfähigkeit konventioneller Heizblock-Thermocycler bezüglich Kapazität und Geschwindigkeit verbessert. Um eine ausreichende Steifigkeit zu erreichen, können die Platten beispielsweise aus verstärkten Plastikfolien gebildet sein, beispielsweise mittels angepasster Prägeformung, Formgummiumformung, Hydroformen oder anderen Technologien. Außerdem können solche Platten als zwei Teile ausgebildet sein, wobei der Rahmen (3) nicht nur die Kanten der Platte sondern auch einzelne Mulden (2) stützt. In diesem Fall muss die Höhe der Mulden von der Unterseite des Rahmens aus gemessen werden. Solche Rahmen können als für Roboteranwendung geeignete Rahmen mit Randleiste gefertigt sein.
Ein erfindungsgemäßer schneller Heizblock-Thermocycler (2) wurde experimentell zur Vervielfältigung eines Fragments der DNS des menschlichen Papilloma-Virus aus 455 Basenpaaren getestet. Das Probenvolumen war 3 μl. Das Temperatur/Zeit-Profil für das zyklische Temperieren ist in 3 gezeigt. Die Proben (d.h. standardisierte PCR-Mischungen ohne Trägermoleküle) wurden mittels herkömmlicher Pipettierausrüstung in die Mulden der Platte eingebracht. Die Platte wurde mit Dichtungsfilm (11) abgedeckt, in den Heizblock des Thermocyclers eingesetz und mit dem beheizten Deckel dicht verschlossen, wie in 2 gezeigt ist. Nach dem Abdichten wurden innerhalb von 10 Minuten eine Reihe von 30 PCR-Zyklen durchgeführt, wobei das Temperatur/Zeit-Profil aus 3 benutzt wurde. Die Heizrate war 10°C pro Sekunde, die Kühlrate 6°C pro Sekunde. Das PCR-Produkt wurde mittels herkömmlicher Agarose-Elektrophorese analysiert. Das DNS-Fragment Mit 455 Basenpaaren war mit hoher Spezifität bei den angegebenen Temperaturanstiegsraten (supra) vervielfältigt worden.
Alles in allem hat diese Erfindung viele Vorteile verglichen mit kapillaren oder mikrofabrizierten schnellen Thermocyclern. Eine Vielzahl von kleinvolumigen Proben kann auf einfache Weise mittels herkömmlicher Pippetierausrüstung in die Mulden der ultradünnwandigen Vielfachmuldenplatte eingebracht werden. Außerdem können sie durch Einsatz eines beheizten Hochdruckdeckels schnell und effizient abgedichtet werden. Nach der Vervielfältigung können die Proben auf einfache Weise zum Zwecke der Produktanalyse durch Elektrophorese oder Hybridisierung entnommen werden, so dass eine Vervielfältigung mit hohem Durchsatz möglich ist. Schließlich können standardisierte PCR-Mischungen zum schnellen zyklischen Temperieren ohne Zusatz von Trägern, wie BSA benutzt werden. Zu guter Letzt ermöglicht der Gebrauch von preiswerten, ultradünnwandigen Einwegplatten eine erhebliche Reduzierung der Gesamtkosten. Es ist offensichtlich, dass der erfindungsgemäße schnelle Heizblock-Thermocycler in verschiedenen Ausführungen gefertigt sein kann, z.B. Multiblock-Thermocycler, wechselbare Block-Thermocycler, Temperaturgradienten-Thermocycler und andere. Außerdem versteht sich von selbst, dass er so ausgeführt sein kann, dass er Reaktionen in Platten mit hoher Probendichte ausführen kann, z.B. Platten mit 384 Mulden und andere.
Das folgende Beispiel dient der Veranschaulichung der Erfindung, soll aber nicht als Einschränkung darauf verstanden werden.
Beispiel:
Ein Heizblock-Thermocycler, mit dem eine Vielzahl von Proben dem erfindungsgemäßen schnellen zyklischen Temperieren unterzogen werden kann ist in 2 dargestellt, wobei

1) eine Platte mit 36 Mulden
2) eine Mulde mit 16 μl
3) ein 0.5 mm dicker Plastikrahmen
4) ein Probenblock der Größe 3 cm × 3 cm (mit einer thermischen Masse von 4.5 Joule/K)
5) eine Probe mit 3 μl
6) ein Schraubmechanismus eines beheizten Deckels
7) eine beheizte Bronzeplatte (Dicke: 5 mm)
8) eine wärmeisolierende, 1.5 mm dicke Silikonkautschuk-Dichtung
9) der Termistor
10) der programmierbare Controller
11) der 50 μm dicke Polypropylen-Dichtfilm
12) das thermoelektrische Modul mit 57 Watt (3 cm × 3 cm; Peltierelement)
13) der luftgekühlte Kupferkühlkörper (540 Joule/K)
14) das Thermoelement mit einer Ansprechzeit von etwa 0.01 Sekunden.

Claims

Heizblock-Thermocycler, um eine Vielzahl von Proben (5) schnellen thermischen Zyklen auszusetzen, aufweisend: – Mittel zum Aufnehmen der Vielzahl von Proben (5), aufweisend eine ultradünnwandige Mehrfachmuldenplatte (1) mit einem Feld von konisch geformten Mulden (2), wobei die Mehrfachmuldenplatte (1) eine Wandstärke von nicht mehr als 100 μm aufweist und wobei die Wände der Mulden (2) elastisch sind, und – einen Probenblock (4) mit einem Feld von ähnlich geformten Mulden, wobei die Höhe der Mulden (2) der Mehrfachmuldenplatte (1) nicht mehr beträgt als die Höhe der Mulden des Probenblocks (4) und wobei die thermische Masse des Probenblocks (4) niedrig ist im Vergleich zu der thermischen Masse eines Kühlkörpers (13), – Mittel zum Heizen und Kühlen des Probenblocks (4), aufweisend mindestens ein thermoelektrisches Modul (12), – Mittel zum Verschließen der Vielzahl von Proben (5), aufweisend einen beheizten Hochdruckdeckel, – ein programmierbares Steuergerät (10) für präzise Zeit- und Temperatursteuerung.
Eine Mehrfachmuldenplatte (1) aus Anspruch 1, wobei die ultradünnwandige Mehrfachmuldenplatte (1) eine Wandstärke von nicht mehr als 50 μm aufweist.
Eine Mehrfachmuldenplatte (1) aus Anspruch 1, wobei die ultradünnwandige Mehrfachmuldenplatte (1) eine Wandstärke von nicht mehr als 30 μm aufweist.
Ein Heizblock-Thermocycler nach Anspruch 1, wobei der Probenblock (4) eine Hauptoberseite und eine Hauptunterseite aufweist.
Ein Probenblock (4) nach Anspruch 4, aufweisend das Feld von voneinander beabstandeten, konisch geformten Mulden (2) in der Oberseite des Blocks (4).
Ein Probenblock (4) nach Anspruch 4, wobei der Block (4) eine Wärmekapazität im Bereich von 4,5–12 J/K aufweist.
Ein Probenblock (4) nach Anspruch 4, wobei der Block (4) eine thermische Massenlast von nicht mehr als 0,6 J/K pro cm² pro Unterseitenfläche aufweist.
Heizblock-Thermocycler nach Anspruch 1, wobei das thermoelektrische Modul (12) eine maximale Wärmepumpleistung von nicht weniger als 6,5 Watt pro cm² der Moduloberfläche aufweist.
Thermoelektrisches Modul (12) nach Anspruch 8, wobei das thermoelektrische Modul (12) eine maximale Wärmepumpleistung von nicht weniger als 5 Watt pro cm² der Moduloberfläche aufweist.
Thermoelektrisches Modul (12) nach Anspruch 8, wobei das thermoelektrische Modul (12) eine maximale Wärmepumpleistung von nicht weniger als 3 Watt pro cm² der Moduloberfläche aufweist.
Heizblock-Thermocycler nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Blocks (4) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 10°C pro Sekunde beziehungsweise 6°C pro Sekunde schnell erhöht beziehungsweise verringert werden kann.
Heizblock-Thermocycler nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Blocks (4) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 8°C pro Sekunde beziehungsweise 5°C pro Sekunde schnell erhöht beziehungsweise verringert werden kann.
Heizblock-Thermocycler nach Anspruch 1, wobei die Temperatur des Blocks (4) mit einer Geschwindigkeit von mindestens 6°C pro Sekunde beziehungsweise 4°C pro Sekunde schnell erhöht beziehungsweise verringert werden kann.
Heizblock-Thermocycler nach Anspruch 1, wobei der beheizte Hochdruckdeckel eine thermoisolierende Dichtung (8) aufweist.
Beheizter Deckel nach Anspruch 14, wobei die thermoisolierende Dichtung (8) eine Silikon-Gummi-Dichtung ist.