DE602004011334T2

DE602004011334T2 - Rüttler-System für Zellkultur-Klimaschrank

Info

Publication number: DE602004011334T2
Application number: DE602004011334T
Authority: DE
Inventors: David S. Malinge
Original assignee: Automation Partnership Cambridge Ltd
Current assignee: Automation Partnership Cambridge Ltd
Priority date: 2004-08-13
Filing date: 2004-08-13
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2024-08-14
Also published as: US20060035368A1; EP1626082B1; EP1626082A1; DE602004011334D1

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Umrühren oder Schütteln und Rütteln von Gefässen, die beispielsweise Zellen enthalten, die in einem Inkubator eines Zellkultur-Systems, auch Zellkultur-Klimaschrank genannt, verarbeitet werden.
Es bestehen viele verschiedene Typen von Rüttler-Systemen. Beispielsweise sind sogenannte Figur-Acht-Rüttler bekannt, die ein Muster der Figur einer Acht bewegen und die in weicher Weise zwischen einer Bewegung im Uhrzeigersinn und einer Bewegung im Gegen-Uhrzeigersinn umgeschaltet werden können. Handbewegungs-Rüttler duplizieren die Auf- und Ab-Bewegung, die mit einem Handschütteln verbunden sind. Bei einem anderen Typ bewegt sich die gesamte Plattform eines orbitalen Rüttlers in einem kreisförmigen Orbit. Diese Schüttler haben viele Anwendungen in der Molekular-Biologie, umfassend die Belüftung und das Verhindern einer „Haut"-Bildung. Plattformen von reziprok arbeitenden Rüttlern machen Hin- und Zurück-Schwapp-Bewegungen, die für manche Test-Prozeduren erforderlich sind. Es ist bekannt, Schüttler mit einem orbitalen (exzentrischen) und einer reziproken Bewegung für eine zusätzliche Misch-Möglichkeit auszustatten. Plattform-Rüttler können entweder eine Sägezahn-Bewegung oder eine konsistente dreidimensionale Schaukel-Bewegung liefern. Dreh-Schüttler drehen Proben in Teströhrchen, Kolben oder Flaschen. Handgelenks-Schüttler übernehmen die mit einer Handmischung verbundene seitliche Bewegung.
EP-A-0 569 214 beschreibt einen Rüttler des Standes der Technik, bei dem Proben geschüttelt werden können und, während das Schütteln fortschreitet, gleichzeitig automatisch um eine aufrechte Achse gedreht werden.
Zum Einsatz in Inkubatoren werden oft Plattform-Rüttler eingesetzt, die einen oder mehrere Regale oder Ablagen umfassen, die unabhängig voneinander gerüttelt werden können. Solche Inkubatoren, auch wenn sie fähig sind, eine Vielzahl von Zellkultur-Gefässen zu behandeln, erfordern das manuelle Beladen oder Entladen der Gefässe, und es besteht daher ein Bedarf für ein Inkubator-Rüttelsystem, welches in robotischer Weise geladen werden kann.
Gemäss einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Inkubator geliefert, beispielsweise für ein Zellkultur-System, wobei der Inkubator so angeordnet ist, um eine Vielzahl von Gefässen zu behandeln, wobei der Inkubator umfasst: einen drehbaren Träger, der eine Vielzahl von Trageorten für Gefässe an vordefinierten Positionen um eine aufrechte Achse definiert und welcher um die aufrechte Achse drehbar ist, um die Gefässe zwischen einer Anzahl von Positionen um diese Achse zu bewegen; ein Antriebs-Übertragungs-System, zum Verbinden des Trägers mit einem Antriebs-Motor, wobei der Träger in eine gewünschte Position zum Beladen oder Entladen eines Gefässes zu oder von einem jeweiligen Trageort gedreht werden kann; und einen Antriebs-Mechanismus, der betätigbar ist, um jeden Trageort exzentrisch um eine Achse unabhängig von der Drehung des Trägers um die aufrechte Achse zu bewegen, wobei die auf dem Träger angeordneten Gefässe gerüttelt werden können.
Die Gefässe können Zellkultur-Gefässe in einem Zellkultur-System sein.
Die Trageorte sind unabhängig voneinander exzentrisch bewegbar, beispielsweise um individuelle Achsen, parallel zur aufrechten Achse, oder in einer Alternative ist der Träger in exzentrischer Weise um die aufrechte Achse des drehbaren Trägers bewegbar ist, wobei die Trageorte simultan exzentrisch bewegbar sind.
Eine Vielzahl von unabhängig drehbaren Trägern können vorgesehen sein, wobei jeder mit dem oder einem jeweiligen Antriebs-Motor verbindbar ist. Der oder jeder Träger kann ausgestaltet sein, um Gefässe in zwei Ringen substantiell koaxial mit der aufrechten Achse, einer innerhalb des anderen, aufzunehmen. Die Ringe können unabhängig voneinander drehbar sein.
Eine Vielzahl von Trägern kann übereinander angeordnet sein.
Eine robotische Betätigungs-Einrichtung ist vorzugsweise angeordnet, um Gefässe auf oder Gefässe von dem oder jedem Träger hin zu bewegen, beziehungsweise weg zu bewegen, wie erforderlich.
Solch ein Inkubator ist fähig, das erforderliche Rütteln von einer Vielzahl von Kultur-Kolben oder -Gefässen wie gewünscht durchzuführen und ein individueller Kolben kann aus dem Rüttel-Prozess durch Einsatz einer robotischen Behandlungs-Einrichtung ausgelassen werden, indem der bestimmte Kolben aus seinem Trageort während des Rüttelprozesses angehoben wird.
Ein Beispiel eines Inkubators gemäss der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschreiben. Es zeigen:
1 und 2 illustrieren einen Inkubator für ein Zellkultur-System in der Seitenansicht und der Draufsicht, beide teilweise geschnitten.
Der Inkubator 1, der in der Zeichnung dargestellt ist, umfasst ein Gehäuse 4, um fähig zu sein, eine kontrollierte Umgebung beizubehalten und einzustellen. Das Inkubator-Gehäuse 4 umfasst ein verschiebbares Zugangs-Panel oder eine Tür 41, durch welche ein Roboter-Arm 2 mit einer Greifeinheit 20 eingreifen kann, um Kultur-Gefässe (Erlenmeyer-Kolben) 50 zu laden oder zu entladen. Auf der gegenüberliegenden Seite hat das Gehäuse eine für den Benutzer zugängliche Tür 42. Der Roboter-Arm 2 ist sowohl in einer oberen 2A und einer unteren 2B Position gezeigt, um den Bereich der möglichen Vertikal-Bewegung darzustellen. Zur Vereinfachung werden weitere Details des Gehäuses des Inkubators nicht in den Zeichnungen gezeigt.
Der Inkubator 1 umfasst eine Vielzahl von drehbaren Trägern 10 in Gestalt von Paaren von drehbaren Ringen 11', 11'', definierend, um ihre gemeinsame Achse, eine Abfolge von Trageorten 12 für die Kulturgefässe oder Kolben 50, was in tatsächlicher Weise ein Karussell 3 ist. Die Gefässe oder Kolben 50 können unterschiedlicher Grösse sein, wie dies auf den unterschiedlichen Trägern 10 dargestellt ist.
Die vielfachen inneren Ringe 11' sind für eine Bewegung zusammen fixiert, wie es für die Vielzahl der äusseren Ringe 11'' vorgesehen ist. Aufrechte Rahmenelemente 31 erstrecken sich zwischen benachbarten Ringen 11', 11'', um einen über dem anderen für eine gemeinsame Bewegung zu stützen. Der unterste Träger 10 umfasst ein Lager 32, welches es dem inneren Ring 11' erlaubt, innerhalb des äusseren Ringes 11'' zu drehen, mit sich tragend die oberhalb von ihm angeordneten Ringe. Eine erste Antriebswelle 33 wird über eine Übertragung 34 durch einen Motor 35 angetrieben, um den inneren Satz von Ringen 11' des Karussells 3 für das Laden/Entladen der Kultur-Gefässe oder -Kolben 50 zu drehen. Eine zweite röhrenförmige Antriebswelle 39 umgibt die erste Antriebswelle 33 und wird über eine Übertragung 37 durch einen Motor 36 angetrieben, um den äusseren Satz von Ringen 11'' in dem Karussell 3 für das Laden/Entladen der Kultur-Gefässe oder -Kolben 50 zu drehen. Die Antriebswellen 39 und 33 werden auf jeweiligen Lagern 39', 33' auf oberen und unteren Träger-Elementen 38, beziehungsweise 38', gestützt.
Eine flexible Dichtung 43 des Balg-Typs dichtet den Boden des Gehäuses 4 ab und gestattet es den Antriebs-Mechanismen und Motoren, in einem getrennten unteren Gehäuse 5 angeordnet zu sein, welches unterhalb besteht und den Inkubator 4 stützt. Diese Trennung vereinfacht die Aufrecht-Erhaltung der erforderlichen Bedingungen innerhalb des Inkubators 1.
Um Kultur-Gefässe oder -Kolben 50, die auf den Trägern 10 in dem Karussell 3 angeordnet sind, zu rütteln oder zu vibrieren, wird ein Antriebs-Motor 60 über eine Rolle 61 und einen Antriebs-Gurt 62, der sich auch um die exzentrisch angeordneten Rollen 63, 64 erstreckt, fixiert auf der Unterseite der oberen Elemente 51 des unteren Gehäuses 5 und den jeweiligen Exzentern 65, 66, die auf dem oberen Stütz-Klammer-Element 38 befestigt sind, um die Kolben-Träger 10 für eine exzentrische Bewegung relativ zum Inkubator-Gehäuse 4 unter der Wirkung des Motors 60 zu stützen, verbunden.
Um den Zugang zu den inneren Ringen 11' zu vereinfachen, sind die äusseren Ringe 11'' vorzugsweise mit Kolben 50 in solch einer Weise geladen, das sie mindestens einen Trageort 12 unbesetzt lassen (am besten zu sehen in der 1A).
Falls die Amplitude des Gerüttels in Begriffen der Positionierung der Trageorte 12 wesentlich ist und ein Roboter-Arm (wie im Beispiel) eingesetzt wird, kann es notwendig oder wünschenswert sein, die Position der Trageorte festzustellen oder zu fixieren, wenn die Träger stationär sind, bevor ein Gefäss in einen Trageort von dem Greif-Arm des Roboter-Arms geladen oder von einem Trageort entsprechend entfernt werden kann. Das Bestimmen der Position kann erreicht werden durch das Mittel eines geeigneten Sensors, beispielsweise eines induktiven Sensors oder eines Wellen-Codierers, der mit dem Motor 60 verbunden ist, und der Roboter-Arm kann mit Daten versehen sein, die sich auf die Position des Trageortes von dem Sensor beziehen. Alternativ können die Träger beispielsweise so angeordnet sein, um in automatischer Weise unter Einsatz der Rückmeldung eines Sensors an ein Steuer-System, welches den Motor 60 betätigt, in eine vorbestimmte Stopp-Position gebracht zu werden. Eine weitere Alternative liegt darin, ein Vorspannungs-System zu liefern, um die Träger in die vorbestimmte Position aus jeglicher Position zu bewegen, in welcher sie gestoppt haben könnten.

Claims

Inkubator (1), angeordnet, um eine Vielzahl von Gefässen (50) zu behandeln, wobei der Inkubator umfasst: – einen drehbaren Träger (10), der eine Vielzahl von Trageorten (12) für Gefässe an vordefinierten Positionen um eine aufrechte Achse definiert und welcher um die aufrechte Achse drehbar ist, um die Gefässe zwischen einer Anzahl von Positionen um diese Achse zu bewegen; – ein Antriebs-Übertragungs-System (34), zum Verbinden des Trägers mit einem Antriebs-Motor (35), wobei der Träger in eine gewünschte Position zum Beladen oder Entladen eines Gefässes zu oder von einem jeweiligen Trageort gedreht werden kann; und – einen Antriebs-Mechanismus (60–66), der betätigbar ist, um jeden Trageort (12) exzentrisch um eine Achse unabhängig von der Drehung des Trägers (10) um die aufrechte Achse zu bewegen, wobei die auf dem Träger angeordneten Gefässe gerüttelt werden können.
Inkubator gemäss Anspruch 1, bei dem die Trageorte (12) unabhängig voneinander exzentrisch bewegbar sind.
Inkubator nach Anspruch 2, bei dem die Trageorte (12) unabhängig voneinander exzentrisch um individuelle Achsen, parallel zur aufrechten Achse, bewegbar sind.
Inkubator gemäss Anspruch 1, bei dem der Träger (10) in exzentrischer Weise um die aufrechte Achse des drehbaren Trägers bewegbar ist, wobei die Trageorte (12) simultan exzentrisch bewegbar sind.
Inkubator gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4, umfassend eine Vielzahl von unabhängig drehbaren Trägern (10, 11, 11'), wobei jeder mit dem oder einem jeweiligen Antriebs-Motor (35, 36) verbindbar ist.
Inkubator gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der oder jeder Träger (10) ausgestaltet ist, um Gefässe in zwei Ringen (11, 11') substantiell koaxial mit der aufrechten Achse, einer innerhalb des anderen, aufzunehmen.
Inkubator gemäss Anspruch 6, bei dem die Ringe (11, 11') unabhängig voneinander drehbar sind.
Inkubator gemäss einem der Ansprüche 1 bis 7, umfassend eine Vielzahl von Trägern (10), die übereinander angeordnet sind.
Inkubator gemäss einem der Ansprüche 1 bis 8, weiterhin umfassend eine robotische Betätigungs-Einrichtung (2, 20), die angeordnet ist, um Gefässe (50) auf oder Gefässe von dem oder jedem Träger (10) hin zu bewegen, beziehungsweise weg zu bewegen, wie erforderlich.
Inkubator gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin umfassend einen Sensor zum Feststellen der Position eines drehbaren Trägers, wenn dieser stationär ist.
Inkubator gemäss einem der Ansprüche 1 bis 9, weiterhin umfassend Mittel zum Bewirken, das eine drehbare Stütze eine vorbestimmte Position einnimmt, wenn der Rüttel-Antriebs-Mechanismus beim Einsatz gestoppt ist.
Zellkultur-System, umfassend einen Inkubator (1) gemäss einem der Ansprüche 1 bis 11.
Zellkultur-System gemäss Anspruch 12, umfassend eine Vielzahl von Zellkultur-Gefässen (50).