DE69230405T2

DE69230405T2 - Lagervorrichtung, insbesondere mit automatischem ein- sowie auslagern

Info

Publication number: DE69230405T2
Application number: DE69230405T
Authority: DE
Inventors: Hermann Knippscheer; Michael Murphy; Daniel Richard; Stanley Rosenberg; John Vickery
Original assignee: Cryo Cell International Inc
Current assignee: Cryo Cell International Inc
Priority date: 1991-08-15
Filing date: 1992-08-17
Publication date: 2000-05-11
Anticipated expiration: 2012-08-18
Also published as: EP0603235B1; US5233844A; IL102821A0; IL102821A; ATE187411T1; EP0603235A4; AU660190B2; AU2499592A; EP0603235A1; CA2114949A1; DE69230405D1; WO1993003891A1; JPH06509782A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Lagerungseinrichtung. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Einrichtung mit einer automatischen Einbringung und Entnahme von Proben in bzw. aus einem Lagerungsbehälter. Insbesondere betrifft diese Erfindung eine Einrichtung für die Aufbewahrung von biologischen Proben bei verschiedenen Temperaturen einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff.
Ein Speicher- und Entnahmesystem mit wahlfreiem Zugriff gemäß dem vorkennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 ist in US- A-3,456,817 offenbart.
Bei geeigneter Behandlung können biologische Proben bei Temperaturen, welche sich denen von flüssigem Stickstoff annähern, nahezu unbegrenzt gelagert werden, solange dieses Temperatur beibehalten wird. Sobald jedoch die Temperatur einer Probe ansteigt, insbesondere auf einen Wert, bei dem ein Auftauvorgang einsetzt, leidet die Unversehrtheit der Probe, wenn die Probe dann wieder eingefroren wird.
Viele herkömmliche Tieftemperatur-Speichereinheiten sind einfache Behälter mit entnehmbaren Gestellen mit mehreren Fächern. Die Proben werden von den Lagerungseinheiten manuell durch eine Tür in der Oberseite der Einheit eingebracht und entnommen. Die Entnahmevorgänge erfordern immer die Entfernung vieler Proben in demselben Gestell wie dem der gewünschten Probe.
Solche herkömmlichen Tieftemperatur-Lagerungseinheiten sind aus mehreren Gründen unzureichend. Erstens ist die Lagerungstemperatur nicht gleichmäßig und hängt von der vertikalen Lage innerhalb der Lagerungseinheit ab. Somit können einige Proben nicht ausreichend tiefen Temperaturen während der Lagerung unterworfen sein. Zweitens setzt die Einbringung und Entnahme von Proben viele, wenn nicht alle von den gespeicherten Proben Umgebungstemperaturen mit einer sich daraus ergebenden Verringerung der Lebensfähigkeit der wiedereingefrorenen Zellen aus. Drittens bilden sich Eiskristalle wegen der wiederholten Aussetzung an die Atmosphäre während der Einbringungs- und Entnahmevorgänge auf den Proben. Dieser Eisaufbau behindert das Lesen von an den Proben befestigten Identifizierungsetiketten. Zusätzlich sind die Speichereinheiten in ihrer Speicherkapazität begrenzt, da die Einheiten generell nicht höher als die hüfthoch sind, um die manuellen Einbringungs- und Entnahmevorgänge zu erleichtern.
Das U. S. Patent Nr. 4,969,336 für Knippscheer et al. offenbart eine Tieftemperatur-Lagerungsvorrichtung, welche die vorgenannten Nachteile herkömmlicher Tieftemperatur-Lagerungseinheiten korrigiert. Die Vorrichtung enthält ein Paar Endlosbänder, welche eine Vielzahl von Proben enthaltenden Phiolen entlang einem Serpentinenpfad bewegen. Die Lagen der Phiolen innerhalb der Einheit werden von einem Computer verfolgt, welcher die Einbringungs- und Entnahmevorgänge steuert.
Die Tieftemperatur-Lagerungseinheit des U. S. Patentes Nr. 4,969,336 unterliegt, obwohl es herkömmlichen Tieftemperatur- Lagerungseinheiten, welche von Hand betrieben werden, überlegen ist, dem Nachteil, daß es zu viele sich bewegende Teile aufweist. Solche sich bewegenden Teile erleiden Verschleiß und erfordern somit erhebliche Reparatur- und Wartungsaufwendungen.
Ein Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lagerungseinheit bereitzustellen, die eine Lagerungseinheit, welche für Tieftemperaturanwendungen geeignet ist, beinhaltet, aber nicht darauf beschränkt ist.
Eine weitere spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Tieftemperatur- Lagerungseinheit, in welcher alle Proben im wesentlichen auf derselben niedrigen Temperatur unabhängig von der Lage in der Einheit und unabhängig von laufenden Einbringungs- und Entnahmevorgängen gelagert werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Tieftemperatur-Lagerungseinheit, in welcher die Eiskristallbildung auf den gelagerten Proben reduziert, wenn nicht sogar eliminiert wird.
Eine weitere spezifische Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lagerungseinheit, in welcher Proben oder Proben enthaltende Aufnahmebehälter einzeln oder mehrfach entweder automatisch oder manuell zurückgeholt oder entnommen werden können.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lagerungseinheit, mit kreuzweisen Überprüfungen zur Sicherstellung einer korrekten Zurückholung von angeforderten Proben.
Eine weitere spezifische Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer solchen Vorrichtung, in welcher eine Aussetzung der Proben an Temperaturen oberhalb der von flüssigem Stickstoff, insbesondere an Auftautemperaturen, verhindert wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lagerungseinheit, welche eine verringerte Anzahl beweglicher Teile aufweist.
Eine weitere spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Lagerungseinheit, in welcher mehrere Lagerungsaufnahmebehälter oder Proben gleichzeitig eingebracht oder entnommen werden können.
Die Erfindung ist in dem beigefügten Anspruch 1 definiert. Die Ansprüche 2 bis 13 betreffen bevorzugte Ausführungsformen.
Eine Lagerungseinheit weist in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ein eine Lagerungskammer definierendes Gehäuse und eine Trägereinrichtung innerhalb der Kammer auf, um in einer vorbestimmten horizontalen Anordnung mehrere Proben beispielsweise in Lagerungsbehältern zu tragen. Ein Rotationsantrieb ist betrieblich mit der Trägereinrichtung ver bunden, um die Trägereinrichtung um eine vertikale Achse zu drehen. Das Gehäuse ist mit einer Zugangsöffnung versehen, um einen Zugang zu der Kammer von oberhalb der Trägereinrichtung zu ermöglichen, wobei ein Einbringungs- und Entnahmemechanismus dazu dient, abwechselnd Proben in die Kammer über die Zugangsöffnung einzubringen bzw. daraus zu entnehmen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält der Einbringungs- und Entnahmemechanismus einen außerhalb der Speicherkammer befestigten Arm. Gemäß einem zusätzlichen Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält der Einbringungs- und Entnahmemechanismus ein Hebeeinrichtung, die zumindest teilweise innerhalb der Lagerungskammer angeordnet ist, um die Proben vertikal zwischen dem Arm und der Trägereinrichtung zu bewegen. Insbesondere enthält die Hebeeinrichtung ein Wagenelement und ein Antriebselement, welches vertikal entlang einer Innenoberfläche der Lagerungskammer für eine vertikale Hin- und Herbewegung des Wagenelementes angeordnet ist. Alternativ ist das Antriebselement für das Wagenelement vertikal entlang einer Achse der Lagerungskammer angeordnet.
Die Proben enthaltenden Behälter sind vorteilhaft in Schalen angeordnet, welche wiederum von der Trägereinrichtung getragen werden. In diesem Falle arbeitet der Hebemechanismus so, daß er vollständige Schalen von der Trägereinrichtung zu der Zugriffsöffnung anhebt, um dadurch mit dem Arm beim Einbringen und Entnehmen von Proben in die bzw. aus der Lagerungskammer zusammenzuarbeiten.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält der Einbringungs- und Entnahmemechanismus einen auswechselbaren Adapter, um die Anzahl von Proben zu variieren, welche in die bzw. aus der Lagerungskammer von dem der Einbringungs- und Entnahmemechanismus eingebracht bzw. entnommen werden können.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine zweite Träger- oder Unterstützungseinrichtung innerhalb der Lagerungskammer für das Tragen einer zweiten Viel zahl von Proben, z. B. in Lagerungsaufnahmebehältern vorgesehen. Die zweite Trägereinrichtung ist so angeordnet, daß sie die entsprechenden Proben oder Aufnahmebehälter in einer horizontalen Anordnung parallel zu der horizontalen Anordnung von Proben unterstützt, die von der ersten Trägereinrichtung unterstützt werden. Der Rotationsantrieb enthält eine Einrichtung um abwechselnd die erste und die zweite Trägereinrichtung um die vertikale Achse der Lagerungseinheit zu drehen. Diese Funktion des Rotationsantriebs ermöglicht eine selektive Einbringung und Entnahme von Proben in Bezug auf verschiedene Aufnahmebehälterträger.
Eine Lagerungseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung automatisiert die Lagerung von Proben mit Leichtigkeit. Die Lagerungseinheit enthält ein Minimum an beweglichen Teilen und reduziert dadurch die Reparatur- und Wartungsanforderungen.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung enthält der Rotationsantrieb ein Antriebselement, das axial in Bezug auf die Lagerungseinrichtung und die Lagerungskammer angeordnet ist.
Eine Lagerungseinheit in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist insbesondere bei Tieftemperatur-Lagerungsanwendungen nützlich. Demzufolge enthält die Lagerungseinheit vorteilhaft ein Kühlungsvorrichtung, um die Lagerungseinheit in einem vorbestimmten niedrigen Temperaturbereich zu halten. Die Kühlungsvorrichtung enthält bevorzugt ein Zirkulationssystem, um ein Fluidkühlmittel von einem Bodenabschnitt der Lagerungskammer zu einem oberen Abschnitt der Kammer über die Trägereinrichtung zirkulieren zu lassen. Ferner enthält das Zirkulationssystem eine Pumpe, um das Fluidkühlmittel aus einem Sumpf in dem Bodenabschnitt zu ziehen. Wenn zwei Trägereinrichtungen innerhalb der Lagerungskammer einer über dem anderen zum Tragen von entsprechend vielen Proben oder Proben enthaltenden Lagerungsbehältern in entsprechenden horizontalen Anordnungen angeordnet sind, sind die zwei Trägereinrichtungen vorteilhaft relativ so zueinan der angeordnet, daß der Kühlmittelablauf aus der oberen Trägereinrichtung auf die untere Trägereinrichtung fällt.
In Übereinstimmung mit einem spezifischen Merkmal der vorliegenden Erfindung steht ein Sensor mit dem Sumpf für eine Detektion eines Eisaufbaus im Sumpf in Verbindung. Bei einer Detektion kann das Eis entfernt werden.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung ist eine Verifikationseinrichtung vorgesehen, um die Identität der aus der Lagerungskammer zurückgeholten Proben zu bestätigen.
Wenn die Lagerungseinheit eine Kühlvorrichtung enthält, um die Lagerungskammer innerhalb eines vorbestimmten Tieftemperaturbereichs zu halten, kann die Lagerungseinheit eine Haube oder einen Einschluß enthalten, um eine Pufferkammer zu definieren, welche mit der Lagerungskammer über die Zugangsöffnung während des Betriebs des Einbringungs- und Entnahmemechanismus in Verbindung steht, wodurch eine Aussetzung der Proben an Umgebungstemperaturen vermieden wird.
Gemäß einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung weist die Lagerungseinheit ferner mindestens eine zusätzlich Zugangsöffnung auf, um einen Zugang zu der Kammer seitlich zu der Trägereinrichtung zu ermöglichen. Diese zusätzliche Öffnung kann von unterschiedlicher Größe sein, um die Entnahme besonders großer Proben oder mehrerer Behälter oder Schalen gleichzeitig zu ermöglichen.
Eine gemäß der Erfindung gebaute Tieftemperatur-Lagerungseinheit kann in demselben Raum erheblich mehr Phiolen als die Lagerungseinheit des U. S. Patentes Nr. 4,969,336 lagern. Zusätzlich werden die Reparatur und Wartung in einer erfindungsgemäßen Lagerungseinheit erleichtert, nicht nur weil Fehlfunktionen und Ausfälle weniger häufig auftreten können, sondern auch weil der Zugang zu der Einheit vereinfacht ist. Es kann nichts ausfallen, was katastrophale Auswirkungen hätte.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist teilweise eine schematische vertikale Querschnittsansicht und teilweise ein Blockschaltbild einer Tieftemperaturlagerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1 dar.
Fig. 3 stellt ein Detail der Querschnittsansicht von Fig. 2 dar.
Fig. 4 stellt ein Detail der Querschnittsansicht von Fig. 1 in einem vergrößertem Maßstab dar.
Fig. 5 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie V-V von Fig. 4.
Fig. 6 ist eine Ansicht ähnlich der von Fig. 4, und zeigt die Tieftemperaturlagerungseinrichtung in einem anderen Betriebszustand.
Fig. 7 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie VII-VII von Fig. 6.
Fig. 8 ist eine Oberseiten- oder Draufsicht auf eine von einem Boden innerhalb der Lagerungseinrichtung gehaltene Schale.
Fig. 9 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie IX-IX von Fig. 8.
Fig. 10 ist eine Teilquerschnittsansicht entlang der Linie X-X von Fig. 8.
Fig. 11 ist eine Teiloberseitenansicht der Lagerungseinrichtung von Fig. 1, welche ein Abschnitt eines Zurückhol- und Einbringungsmechanismus darstellt.
Fig. 12 ist teilweise eine schematische, vertikale Querschnittsansicht und teilweise ein Blockschaltbild einer weiteren Tieftemperaturlagerungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 13 ist eine Draufsicht auf die Lagerungseinrichtung von Fig. 12.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 weist eine Tieftemperaturlagerungseinrichtung ein eine zylindrische Lagerungskammer 22 ausbildendes zylindrisches Gehäuse 20 auf. Innerhalb der Lagerungskammer 22 sind mehrere im wesentlichen ringförmige Trägereinrichtungen oder Böden 24 angeordnet. Gemäß Darstellung in Fig. 1 und 2 trägt jeder Boden 24 mehrere im wesentlichen dreieckige oder tortenstückförmige Schalen 26, welche wiederum mehrere Proben enthaltende Aufnahmebehälter oder Phiolen 28 tragen. Die Phiolen 28 sind in Fig. 2 aus Gründen der Verdeutlichung weggelassen.
Die Böden 24 werden entlang ihres Umfangs von entsprechenden ringförmigen Schienen oder Gleisen 29 über entsprechende ringförmige Lager 30 (siehe Fig. 2, 4 und 6) gelagert. Die Schienen 29 bestehen aus entsprechenden Ringen mit L- förmigen Querschnitten, wobei jede Schiene 29 auf der Schiene darunter aufliegt und die darüberliegende trägt. Diese modulare Schienenkonstruktion erleichtert die Einbau- und Reparaturvorgänge. Die Schienen 29 können mit (nicht dargestellten) ausgebildeten Nuten für die Aufnahme von (nicht dargestellten) Rollen anstelle der Lager 30 ausgebildet sein. Diese Anordnung von Rollen oder Nuten oder irgendeiner anderen horizontalen Führungsanordnung ist wünschenswert, um eine Horizontalbewegung der Böden 24 zu verhindern.
Die Böden 24 sind zusammen mit ihren entsprechenden kreisförmigen Anordnungen von Schalen 26 und Gruppen von Phiolen 28 individuell oder unabhängig um eine vertikale Achse 32 mittels eines Axial- und Rotationsantriebsmechanismus 34 drehbar. Der Antriebsmechanismus 34 enthält ein Paar Rotationsantriebe 36 und 38 und eine Axial- und Rotationsübertragungsanordnung 40. Als Antwort auf Signale aus einem Computer 42 betreiben die Rotationsantriebe 36 und 38 die Übertragungsanordnung 40, um abwechselnd ausgewählte Böden 24 über der Achse 32 zu drehen, und um eine ausgewählte Schale 26 vertikal zu bzw. von einem gedrehten Boden zu verschieben, wie es nachstehend im Detail beschrieben wird.
Gemäß Darstellung in Fig. 2 und 3 sind die Böden 24 jeweils mit einer dreieckigen oder tortenstückförmigen Öffnung 44 und mit mehreren im Winkel beabstandeten radial sich erstreckenden Schlitzen 46 ausgebildet. Während des Betriebs der Tieftemperaturlagerungseinrichtung sind die Öffnungen 44 aller Böden 24 vertikal mit einer Zugangsöffnung oder einem Türweg 48 in einer entfernbaren oberen Wand 50 des Gehäuses 20, gemäß Darstellung in Fig. 1, ausgerichtet. Nach der Festlegung über den Computer 42 (z. B. über einen Befehl oder Instruktion, die mittels einer Tastatur 52 dem Computer zugeführt werden), daß ein Zugriff auf eine spezielle Schale 26' (Fig. 1) erforderlich ist, wird der Boden 24, welcher die gewählte Schale 26' trägt, so gedreht, daß die Schale zu den Öffnungen 44 der anderen Böden 24 unterhalb des Türweges 48 ausgerichtet ist. Die entsprechende Schale 26' wird dann mittels eines in den Fig. 2, 3, 4 und 6 dargestellten Hebearms 54 zu dem Türweg 48 hochgehoben.
Der Hebearm 54 ist Teil der Übertragungsanordnung 40. Fig. 2 stellt den Hebearm 54 in einer Öffnung 44 eines Bodens 24 zentriert dar, während Fig. 3 den Hebearm 54 in einem Schlitz 46 zentriert darstellt. Der Zweck und die Funktion der Schlitze 46 in einem Boden 24 besteht darin, dem Arm 54 die Überquerung des Bodens und die entsprechende Anhebung der Schalen zu dem Türweg 48 hin zu ermöglichen. Demzufolge sind die Schlitze 46 etwas größer als der Arm 54. Ebenso besteht die Aufgabe und die Funktion der Öffnungen 44 darin, dem Arm 54 das Transportieren einer ausgewählten Schale 26' von ihrem entsprechenden Boden 24' aus durch darüberliegende Böden 24 hindurch zu ermöglichen.
Gemäß Darstellung in Fig. 2, 3, 4 und 6 sind die Böden 24 ebenfalls mit mehreren sich vertikal erstreckenden dreieckigen Verstärkungselementen 55 versehen. Jedes Verstärkungselement 55 teilt einen von zwei aneinandergrenzenden Schlitzen 46 definierten Winkel in zwei Teile. Gleichzeitig teilt jeder Schlitz 46 einen von angrenzenden Verstärkungselementen 55 definierten Winkel in zwei Teile.
Wie es ferner in Fig. 2, 3, 4 und 6 dargestellt ist, weist der Hebearm 54 ein Paar sich nach oben erstreckender Stifte 56 und 58 auf, welche durch entsprechende Bohrungen 60 und 62 in einer ausgewählten Schale (z. B. Schale 26') während eines vertikalen Hubs des Hebearms eingebracht werden. Das Zusammenwirken der Stifte 56 und 58 und der Bohrungen 60 und 62 stellt sicher, daß die gewählte Schale 26' während ihrer vertikalen Bewegung zwischen dem entsprechenden Boden 24' und dem Türweg 48 auf dem Arm 54 unterstützt bleibt.
Die Bohrung 62 ist in einer Ösenverlängerung 64 angeordnet, welche aus einer schmalen radialen inneren Seite der entsprechende Schale 26 hervorsteht. Gemäß Darstellung in Fig. 4 und 6 ist jede Schale mit einer unteren Ösenverlängerung 64 und einer oberen Ösenverlängerung 66 ausgestattet, welche eine Bohrung 68 für die Aufnahme eines zusätzlichen Ausrichtungsstiftes 70 aufweist. Der Stift 70 und die Bohrung 68 dienen derselben Funktion wie die Stifte 56 und 58 und die Bohrungen 60 und 62.
Gemäß Darstellung in Fig. 4 und 6 ist der Stift 70 an einem vertikal ausgerichteten Flansch 72 befestigt, der von einer Muffe 74 hervorsteht. Der Flansch 72 und die Muffe 74 bilden einen Abschnitt der Übertragungsanordnung 40. Die Muffe 74 ist mit einem (nicht dargestellten) Innenschraubgewinde ausgebildet, welches betrieblich mit einem Außenschraubgewinde 76 einer drehbaren Welle 78 in Eingriff steht. Die Welle 78 wird von einem Rotationsantrieb 36 gesteuert von dem Computer 42 angetrieben.
Die Welle 78 und die Muffe 74 sind zu einem drehbaren Rohr 80 koaxial, welches mit einem von dem Flansch 72 durchquerten vertikalen Schlitz 82 versehen ist. Das Rohr 80 wird von dem Antrieb 38 als Antwort auf Steuersignale aus dem Computer 42 gedreht.
Wenn die Rotationsantriebe 36 und 38 zusammen mit derselben Winkelgeschwindigkeit rotieren, behalten die Muffe 74, der Flansch 72 und der Hebearm 74 dieselbe Höhe bei, und rotieren um die Achse 32 und bringen einen mitgezogenen Boden (z. B. Boden 24') in eine horizontale Ebene. Wenn der Rotationsantrieb 38 entkoppelt oder deaktiviert ist, während der Antrieb 36 die Welle 78 weiter dreht, behalten die Muffe 74, der Flansch 72 und der Hebearm 54 dieselbe Winkelposition bei und bewegen sich vertikal, und heben oder senken dadurch die ausgewählte Schale (z. B. die Schale 26') abhängig von der Drehrichtung der Welle 78.
Ein weiterer Dreh- und Hebemechanismus, äquivalent dem Antriebsmechanismus 34, nimmt die Form mehrerer (nicht dargestellter) Motoren an, die beispielsweise an dem Gehäuse 20 befestigt und betrieblich mit den entsprechenden Böden 24 über entsprechende (nicht dargestellte) Zahnstangen/Ritzel- Übertragungen verbunden sind. Die Gestelle sind in diesem Falle ringförmige Elemente, die an den Böden 24 an deren Umfang befestigt sind. Das Anheben kann durch einen entlang einer Innenoberfläche des Gehäuses angeordneten Hebemechanismus erreicht werden, wie es hierin nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 12 beschrieben wird. Ein Nachteil dieses Hebe/Dreh- Mechanismus ist eine unerwünschte Verdoppelung von Teilen, insbesondere Motoren und Übertragungen. Es kann jedoch erwünscht sein, eine oberste Trageeinrichtung oder einen Boden zu haben, der alternativ von einem (nicht dargestellten) getrennten Motor angetrieben wird, so daß dieser Boden als eine temporäre Lagerungsstelle während der Neuanordnung gelagerter Phiolen dienen kann.
In einem weiteren Dreh- und Hebemechanismus äquivalent dem Antriebsmechanismus 34 werden sowohl die Dreh- als auch die Hebefunktionen durch eine (nicht dargestellte) zentrale Rotationsantriebswelle erreicht, welche axial hin und her bewegbar ist. Das untere, freie Ende der Welle ist mit einem Flansch mit unregelmäßiger Form ausgebildet, der mit ähnlich geformten Öffnungen in den Mittelpunkten der Trägereinrichtungen oder Böden verkeilt ist. In dieser äquivalenten Ausführungsform des Dreh- und Hebemechanismus steuert der Compu ter die Ausrichtung der Antriebswelle so, daß die Antriebswelle die Öffnungen nicht selektierter Trägereinrichtung während der Hin- und Herbewegung der Welle passiert. Bei einer ausgewählten Trägereinrichtung wird die Welle beispielsweise um 90º gedreht, so daß der unregelmäßige Flansch die Öffnung in der Mitte der ausgewählten Trägereinrichtung nicht passieren kann. Ein Anheben der Welle hebt somit die Trägereinrichtung an. Eine Drehung der Trägereinrichtung kann durch ein langsames Drehen der Welle bewirkt werden, wobei die ausgewählte Trägereinrichtung auf dem unregelmäßigen Flansch aufliegt. Ein Nachteil dieser Ausführungsform des Dreh- und Hebemechanismus besteht darin, daß ein Freiraum im wesentlichen gleich der Länge der Welle über der Tieftemperaturlagerungseinheit zur Verfügung stehen muß und dadurch die nutzbare Länge der Einheit einschränkt.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 und 4 bis 7 ist die Tieftemperatur-Lagerungseinheit mit einem Verriegelungsmechanismus 84 ausgestattet, welcher eine vertikal verschiebbare Stange 86 enthält, die entlang einer Innenoberfläche 88 des Gehäuses 20 angeordnet ist. Die Stange 86 durchquert Schlitze, die in den Lagerungsschienen 29 vorgesehen sind, und ist mit mehreren vertikal beabstandeten Verriegelungsplatten 92 ausgestattet. Gemäß Darstellung in Fig. 5 und 7 sind die Verriegelungsplatten mit entsprechenden Schlitzen 94 für die Aufnahme von Oberkanten 96 entsprechender Verstärkungselemente 55 ausgebildet.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 ist die Stange 86 betrieblich mit einer Hebeeinrichtung 98 verbunden, welches die Form eines Solenoids oder eines pneumatischen oder hydraulischen Zylinders annehmen kann, welcher gesteuert von dem Computer 42 mit Energie versorgt oder aktiviert wird. Vor der Drehung des Bodens 24' wird die Hebeeinrichtung betätigt, um die Stange 86 anzuheben, um dabei die geschlitzten Verriegelungsplatten 92 und die Verstärkungselemente 55 zu entkoppeln. Während der Drehbewegung eines ausgewählten Bodens unter der Wirkung des Antriebsmechanismus 34 bleibt die Hebeeinrichtung 98 betä tigt, und die Stange 86 bleibt verschoben. Nach dem Abschluß der Drehbewegung wird die Hebeeinrichtung von dem Computer 42 deaktiviert, wodurch der Stab 86 und die geschlitzten Verriegelungsplatten 92 zu der die Böden 24 und 24' erfassenden Verriegelungsposition zurückkehren.
Es ist anzumerken, daß andere dem Verriegelungsmechanismus 84 äquivalente Verriegelungsmechanismen dem Fachmann auf diesem Gebiet zur Verfügung stehen. Beispielsweise kann das Gehäuse 20 entlang der Innenoberfläche 88 mit mehreren (nicht dargestellten) vertikal beabstandeten Elektromagneten ausgestattet sein, welche einzeln von dem Computer 42 gesteuert werden, um Böden 24 und 24' anzuziehen und zu fixieren.
Wie ferner in Fig. 1 dargestellt, ist das Gehäuse 20 mit einer oberen Wand 50 mit einer Schwing- oder Schiebetür 100 zum Verschließen des Türweges oder der Zugangsöffnung 48 ausgestattet. Die Tür 100 wird abwechselnd von einem Arbeitsmechanismus oder einer Betätigungseinrichtung, 102 gesteuert von dem Computer 42 geöffnet und geschlossen. Die Tieftemperaturlagerungseinrichtung ist auch mit einem Hol- und Einbringungsmechanismus 106 zum abwechselnden Holen und Einführen von Phiolen 28 und Gruppe 110 von Phiolen 28 in das Gehäuse 20 ausgestattet. Der Hol- und Einbringungsmechanismus 106 arbeitet mit dem Hebearm 54 und dessen zugeordneten Axial- und Rotationsantriebsmechanismus 34 bei der Plazierung und Entnahme von Proben aus der Tieftemperaturlagerungseinheit zusammen.
Der Hol- und Einbringungsmechanismus 106 ist mit einem auswechselbaren Adapter versehen, um eine Veränderung der Probenanzahl, welche gleichzeitig von dem Hol- und Einbringungsmechanismus 106 übertragen werden kann, ausgestattet. Der Adapter enthält Schnappverriegelungselemente, Elektromagnete, Haken- und Ösenkomponenten oder (nicht dargestellte) andere Elemente, um die Befestigung (nicht dargestellter) unterschiedlicher Greifkomponenten zu ermöglichen. Die unterschiedlichen Greifkomponenten handhaben jeweils einzelne Phiolengruppen 110 oder eine vollständige Schale 26a.
Vollständige Schalen können alternativ über eine Zugangsöffnung oder Tür 112 (Fig. 1 und 2) in einer Seitenwand 114 des Gehäuses in das Gehäuse eingebracht oder daraus entnommen werden. Die Seitenwand 114 kann mit einer (nicht dargestellten) Reihenanordnung solcher Öffnungen versehen sein, um einen Zugang zu jedem Boden 24 zu ermöglichen. Alternativ kann die Seitenwand 114 mit einem einzelnen Türweg 116 ausgestattet sein, der in Höhe und Breite variabel ist.
Wie es ebenfalls in Fig. 1 dargestellt ist, ist die Lagerungseinrichtung mit einer entfernbaren Haube oder einem Abdeckelement 120 ausgestattet, welche eine Vorkammer 122 ausbildet, welche mit der Lagerungskammer 22 nach einer Öffnung der Tür 100 in Verbindung steht. Während des Einsatzes der Einrichtung ermöglicht die Öffnung der Tür 100 das Eindringen von Kühlmitteldämpfen aus der Lagerungskammer 22 in die Vorkammer 122 und das Austreiben von Umgebungsluft durch eine Öffnung 124 am Boden der Haube 120. Die Vorkammer 122 ist somit im wesentlichen mit Kühlmitteldampf gefüllt, was die Ausbildung von Eiskristallen auf gekühlten Proben insbesondere auf Phiolen 28 verhindert.
Nach dem Empfang eines Befehls aus der Tastatur 52 zum Holen einer in dem Gehäuse 20 gespeicherten Phiole 28', aktiviert der Computer 42 den Rotationsantrieb 36 während er den Antrieb 38 in einen entkoppelten oder nicht aktivierten Zustand beläßt, um zuerst die Muffe 74, den Flansch 72, und den Hebearm 54 in einer vertikalen Richtung in eine vertikale Position etwas unterhalb des Bodens 24', welcher die ausgewählte Phiole 28' enthält, zu verschieben. Während dieser vertikalen Verschiebung durchqueren die Muffe 74, der Flansch 72 und der Hebearm 74 Öffnungen 44 in den Böden 24.
Nach dem Erreichen der gewünschten vertikalen Position durch die Muffe 74, den Flansch 72 und den Hebearm 54 verbindet der Computer 42 beide Rotationsantriebe 36 und 38, um den Hebearm 54 so zu drehen, daß er vertikal zu dem Schlitz 46 ausgerichtet ist, welcher der Schale 26' zugeordnet ist, welche die ausgewählte Phiole 28' enthält. Der Rotationsantrieb 36 wird dann verbunden, während der Rotationsantrieb 38 deaktiviert wird, um den Hebearm 54 vertikal durch den Schlitz 46 hindurch und etwas über die Ebene des entsprechenden Bodens 24' anzuheben. Die Hebeeinrichtung 98 wird dann als Antwort auf Signale aus dem Computer betätigt, um den Stab 86 anzuheben, und die Böden 24 und 24' zu entriegeln. An diesem Punkt werden beide Rotationsantriebe 36 und 38 gesteuert von dem Computer 42 betrieben, daß sie den ausgewählten Boden 24 so drehen, daß die Schale 26', welche die ausgewählte Phiole 28' trägt, vertikal zu den Öffnungen 44 und unterhalb des Türwegs 48 angeordnet ist. Dann wird der Verriegelungsmechanismus 84 betätigt, um noch einmal die Böden 24 und 24' in stationären Positionen zu verriegeln, während der Rotationsantrieb 38 entkoppelt wird, so daß der anschließende Betrieb des Antriebs 36 bewirkt, daß der Boden 74, Flansch 72 und Hebearm 54 sowie der dadurch getragene Schale 26 zu dem Türweg 48 hin durch die Öffnungen 44 in den darüberliegenden Böden 24 angehoben wird.
Nach der Ankunft der Schale in einer vorbestimmten vertikalen Position neben dem Türweg 48, wird auch der Antrieb 36 ebenfalls entkoppelt. Der Computer 42 aktiviert dann einen Arbeitsmechanismus oder eine Betätigungseinrichtung 102 zum Öffnen der Tür 100. Nach dem Öffnen der Tür 100 werden der Hol- und Einbringungsmechanismus 106 betätigt, um die ausgewählte Phiole 28' (oder die ausgewählte Phiolengruppe oder die Schale) aus dem Gehäuse 20 zu holen.
Die Seitenwand 114 des Gehäuses 20 ist am Türweg 48 mit einem optischen Scanner 126 ausgestattet, um während der Einbringungs- oder Entnahmeoperationen (nicht dargestellte) Barcodeetiketten zu lesen, die an den Phiolen befestigt sind, welche in die Lagerungskammer eingebracht und/oder daraus entnommen werden. Während der Entnahme einer ausgewählten Phiole 28' aus dem Gehäuse 20 verifiziert eine mit dem optischen Scanner 126 und dem Computer 42 verbundene Identifikationseinrichtung 128 die Identität der entnommenen Phiole 28' (oder der Phiolengruppe) für den Computer 42. Es ist anzumer ken, daß die Verifikation von Phiolen oder Probenidentitäten mittels unterschiedlicher Sensortypen, wie z. B. Infrarotsensoren, Tastdetektoren, holographische Einrichtungen oder akustische Sensoren implementiert werden kann. Der Betrieb der Identifikationseinrichtung 128 und des Scanners 126 ist in dem U. S. Patent Nr. 4,969,363 beschrieben, dessen Offenbarung hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist.
Nach der Verifikation der Identität der geholten Phiole 28' senkt der Hol- und Einbringungsmechanismus 106 die Phiole in oder auf eine Halterung 130 ab, welche sich entlang einem vertikalen Gleis oder einer Schiene 132, gesteuert von einem Hebeantrieb 134, hin- und herbewegt. Nach dem Ablegen der geholten Phiole 28' in der Halterung 130 signalisiert der Computer 42 dem Hebeantrieb 134 die Halterung in eine temporäre Halterungskammer oder ein Gehäuse 133 neben dem Ende der Öffnung 124 an dem unteren Ende der Schiene 132 abzusenken. Nach der Ankunft der Halterung 130 bei dem Gehäuse 133 erzeugt ein Signalgenerator 136 bevorzugt einen hörbaren Ton, um eine Bedienungsperson darauf aufmerksam zu machen, daß die angeforderte Phiole entnommen wurde, und in dem Gehäuse 133 zur Verfügung steht. Eine die Öffnung 124 abdeckende Tür 138 ist an der Haube 120 angelenkt und kann von Hand geschwenkt werden, um einen Zugang zu der Vorkammer 122 zu ermöglichen. Der Signalgenerator 136 kann durch einen (nicht dargestellten) Sensor in dem Gehäuse 133 aktiviert werden, oder kann von dem Computer 42 nach einer Ermittlung aktiviert werden, daß die Halterung 130 das Gehäuse 133 erreicht hat.
Die Lagerungskammer 22 und insbesondere die darin enthaltenen Phiolen 28 werden auf einer im wesentlichen vorbestimmten Tieftemperatur durch ein flüssiges Kühlmittel 140 gehalten, welches von einem Sumpf 142 im Boden der Kammer 22 zu einem Verteilungsring oder Verteiler 144 durch eine Pumpe 146 im Kreislauf gepumpt wird. Der Verteilungsring 144 ist an der obersten Stelle der Kammer 22 über einem obersten Boden 245a angeordnet. Das Kühlmittel 140, welches bevorzugt flüssiger Stickstoff ist, wird über Düsen 148 in dem Ring 144 ausgege ben und fällt in von dem Boden 24a getragenen Schalen. Anschließend fällt das Kühlmittel kaskadenartig von Boden zu Boden (Ebene zu Ebene) nach unten durch die Kammer 22. Bevorzugt fällt das flüssige Kühlmittel kaskadenartig von einer Schale zu der darunterliegenden Schale.
Ein Sensor 150 steht mit dem Sumpf 142 in Verbindung und ist mit einer Pegelanzeigeeinrichtung 152 verbunden. Für den Fall, daß der Pegel des flüssigen Stickstoff im Sumpf 142 unterhalb eines vorbestimmten Pegels liegt, öffnet die Anzeigeeinrichtung 152 ein (nicht dargestelltes) Ventil, um ein Nachlaufen von flüssigem Stickstoff aus einem (nicht dargestellten) Reservoir in den Sumpf 142 zu ermöglichen. Nachdem der Stickstoffpegel in dem Sumpf 142 auf einen vorbestimmten Pegel gestiegen ist, schließt die Anzeigeeinrichtung 152 das Ventil und verhindert dadurch einen weiteren Stickstofffluß aus dem Reservoir in den Sumpf. Die Pegelanzeigeeinrichtung 152 gibt ein Alarmsignal im Falle der Fehlfunktion des Ventils aus und erzeugt einen Alarm, wenn der Pegel des flüssigen Stickstoffs im Sumpf 142 über einen dritten vorbestimmten Pegel ansteigt, der höher als die ersten zwei Pegel sind.
Ein zusätzlicher Sensor 154 ist am Boden des Sumpfes 142 vorgesehen, um das Vorliegen eines Eisaufbaus in dem Sumpf zu detektieren. Der Sensor 154 ist betrieblich mit einer Anzeigeeinrichtung 156 verbunden, welche ein Signal erzeugt, um eine Bedienungsperson auf das Vorliegen und eine mögliche Ausbreitung eines Eisaufbaus in dem Sumpf 142 aufmerksam zu machen. Das Eis kann von Hand durch eine Tür oder einen Flansch 141 am Sumpf 142 entfernt werden.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 kann die Pumpe 146 an einem Auslaß oder an der Auslaßseite von mehreren Ventilen 158 zur Steuerung des Flusses des flüssigen Kühlmittels zu den jeweiligen Böden 24 in einem alternativen Tieftemperaturbetrieb der Lagerungseinrichtung verbunden sein. Somit kann das Kühlmittel durch die Pumpe 146 zwischen dem Sumpf 142 und den Schalen 26 auf den unterschiedlichen Böden 24 umgepumpt werden. Die Pumpe 146 dient auch zum Hinzufügen von flüssigen Kühlmittel von einem (nicht dargestellten) Reservoir zu dem Vorrat der Kammer 22 und zum Aufrechterhalten der niedrigen Temperatur indem, falls notwendig, das Kühlmittel durch einen (nicht dargestellten) Wärmetauscher geführt wird.
In dem Falle, daß das in der Kammer 22 verwendete Kühlmittel einen höheren Siedepunkt als die Raumtemperatur aufweist, und nicht zur Füllung der Vorkammer 122 verdampft, kann ein anderes Gas verwendet werden, um die Umgebungsluft (insbesondere Wasserdampf, welcher die Eiskristalle auf den Phiolen bildet) aus dieser Kammer auszutreiben. Das zusätzliche Gas kann Stickstoffgas, Kohlendioxid oder ein anderes Gas sein, und wird in einem Reservoir 157 gelagert, welches mit der Vorkammer über ein Ventil 159 in Verbindung steht. Das Ventil 159 und die Ventile 158 werden von dem Computer 42 betrieben. Die Verbindungsleitungen zwischen den Computer 42 einerseits und den Ventilen 158 und 159 andererseits wurden aus der Zeichnung zur Verdeutlichung weggelassen.
Gemäß Darstellung in Fig. 1 kann die Tieftemperaturlagerungseinrichtung zur Lagerung großer Proben, wie z. B. vollständiger Organe 160 und von Behältern 162 unterschiedlicher Größe verwendet werden.
Fig. 8 ist eine Oberseiten- oder Draufsicht auf eine Schale 26, die auf einem Boden 24 innerhalb der Lagerungskammer 22 gehalten wird. Wie hierin vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 4 und 6 diskutiert, ist die Schale 26 am gegenüberliegenden Enden mit Bohrungen 60 und 68 für die Aufnahme von Ausrichtungs- und Halterungsstiften 56 und 70 auf dem Hebearm 54 und dem Flansch 72 versehen. Eine Bohrung 60 kann mit einer Abdeckung 164 (siehe auch Fig. 4 und 6) versehen sein, um eine unabsichtliche Plazierung einer Phiole in der Bohrung 60 zu verhindern.
Gemäß Darstellung in Fig. 8 weist die Schale 28 eine Umfangswand 166 mit im wesentlichen dreieckiger Form auf, und ist mit sich schneidenden Trennwänden 168 versehen, um mehrere prismatische Aufnahmebehälter für Phiolen 28 zu erzeugen. Die Trennwände 168 sind entfernbar, so daß sie durch (nicht dargestellte) Ersatztrennwände ersetzt werden können, welche (nicht dargestellte) Aufnahmebehälter mit einer Größe oder einer Form bilden, die sich von der Größe und Form der Aufnahmebehälter 170 unterscheiden. Die Schale 26 ist mit mindestens einer Öffnung 172 in einer Bodenwand 174 (siehe ebenfalls Fig. 9) versehen, um ein schnelles Ablaufen des gesamten flüssigen Kühlmittels in der Schale beim Abheben der Schale durch den Hebearm 154 während eines Holvorgangs zu ermöglichen.
Gemäß Darstellung in Fig. 9 ist eine ringförmige Abschlußdichtung 176 zwischen der Bodenwand 174 der Schale 26 und dem Boden 28 angeordnet, auf welchem die Schale 26 während der Lagerung ruht. Die Dichtung 176 ist bevorzugt auf der Unterseite der Bodenwand 174 befestigt. Es sei angemerkt, daß zur Vereinfachung die Fig. 9 und 10 die Darstellung der Trennwände 168 und Aufnahme 170 unterlassen.
Fig. 10 stellt zwei alternative Verfahren zur Veränderung der innerhalb einer Schale 26 gehaltenen Menge an flüssigem Kühlmittel 140 dar. Gemäß Darstellung auf der linken Seite dieser Zeichnungsfigur kann die Bodenwand 174 mit einem oder mehreren rohrförmigen Stutzen versehen sein. Der Stutzen 184 ist so positioniert, daß das flüssige Kühlmittel aus der Schale 26 durch den Stutzen 184 in eine darunterliegende Schale fällt. Ein Schlauch oder Rohr 188 ist mit einer Muffe 186 versehen, welcher auf ein oberes Ende des rohrförmigen Stutzens paßt, um eine im wesentlichen fluiddichte Abdichtung zu erzeugen. Das Rohr 188 weist eine vorbestimmte Länge auf, so daß das Rohr, wenn es über dem Stutzen 184 plaziert ist, sich zu einem vorbestimmten gewünschten Kühlmittelpegel 182 erstreckt. Der Pegel 182 wird in dem Fall selektiert, daß beispielsweise Lagerungsbehälter 162 (Fig. 1) so groß sind, daß sie zusätzliches Kühlmittel benötigen, um die Behälter und deren Inhalte angemessen auf den gewünschten tiefen Lagerungstemperaturen zu halten. Es ist jedoch an zumerken, daß im allgemeinen nur ein sehr minimaler Pegel an flüssigem Kühlmittel (z. B. Stickstoff) in den Schalen 26 erforderlich ist, um die Aufnahmebehälter oder Phiolen 28 und deren Inhalte auf einer gewünschten niedrigen Lagerungstemperatur zu halten.
Als eine Alternative oder Ergänzung zu den Stutzen 184 und Rohren 188 ist die Umfangswand 166 mit mehreren Öffnungen 178 in unterschiedlichen Abständen von der Bodenwand 174 ausgestattet. Die Öffnungen 178 unterhalb des gewünschten Kühlmittelpegels 182 in Schalen 236 sind mit entsprechenden Dichtungsstopfen 180 verschlossen.
Fig. 11 stellt eine mögliche Implementation eines Hol- und Einbringungsmechanismus 106 (Fig. 1) dar, und zeigt ferner einen Arbeitsmechanismus oder Betätigungseinrichtung 102 und Tür 100, sowie eine an der Seitenwand 114 befestigte Tastatur 52. Der Hol- und Einbringungsmechanismus 106 enthält einen Arm 190, der drehbar auf einer Achse 32 (Fig. 1) auf der oberen Wand 50 befestigt ist, und von einer elektromagnetischen, pneumatischen oder hydraulischen Betätigungseinrichtung geschwenkt wird, die auf der Gehäusewand 50 befestigt ist. Die Betätigungseinrichtung 192 arbeitet gesteuert von dem Computer 42. An dem freien Ende des Arms 190 ist ein Greifelement 194 bevorzugt in der Form in eines Elektromagneten angeordnet, wie es in dem U. S. Patent Nr. 4,969,363 beschrieben ist, welches hierin durch Bezugnahme beinhaltet ist. Der Elektromagnet kann an dem unteren Ende eines (nicht dargestellten) Teleskopelements oder eines durch ein (nicht dargestelltes) Ritzel angetriebenen (nicht dargestellten) Zahnstangenelements befestigt sein. Das Teleskopelement oder das Zahnstangenelement ist wiederum an dem freien Ende eines Hilfsarms 196 befestigt, der an dem ersten Arm 190 drehbar befestigt ist. Der Hilfsarm 196 wird von einem Motor 198 gedreht, der von dem Computer 42 gesteuert wird. Das Greifelement oder der Elektromagnet 194 ist ebenfalls in Längsrichtung entlang dem Arm in einer von dem Pfeil 200 angezeigten Richtung verschiebbar.
Gemäß Darstellung in Fig. 12 und 13 weist eine weitere Tieftemperaturlagerungseinrichtung ein Gehäuse 220 mit einer Seitenwand 222 einer oberen Wand 224 und einer Trennwand 226 auf, welche ein Paar vertikal ausgerichteter Lagerungskammern 228 und 230 ausbildet. Innerhalb jeder Lagerungskammer 228 und 230 sind mehrere im wesentlichen ringförmige Trägereinrichtungen oder Böden 232 angeordnet. Wie hierin vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 und Fig. 2 beschrieben, trägt jeder Boden 232 mehrere im wesentlichen dreieckige oder tortenstückförmige Schalen 234, welche wiederum mehrere Proben enthaltende Aufnahmebehälter oder Phiolen 236 tragen.
Die Böden 232 werden entlang ihres Umfangs durch entsprechende ringförmigen Schienen oder Gleise 238 mittels entsprechender, ringförmiger Lager 240 gelagert. Die Schienen 238 weisen entsprechende Ringe mit L-förmigen Querschnitten auf, wobei jede Schiene 238 auf der darunter liegenden Schiene aufliegt und die darüber liegende Schiene trägt. Die Schienen 238 können mit (nicht dargestellten) Nuten für die Aufnahme von (nicht dargestellten) Rollen anstelle der Lager 30 ausgebildet sein. Diese Anordnung von Rollen oder Nuten oder irgend einer anderen horizontalen Führungsanordnung ist wünschenswert, um eine Horizontalbewegung der Böden 24 zu verhindern.
Die Böden 232 sind zusammen mit ihren entsprechenden kreisförmigen Anordnungen von Schalen 234 und Gruppen von Phiolen 236 individuell oder unabhängig um eine vertikale Achse 242 mittels entsprechender Rotationsantriebe oder Motoren 244 drehbar. Die Motoren 244 werden gesteuert von einem Computer 246 aktiviert, welcher auch einen Motor 248 für das Schwenken einer Tür 250, die eine Öffnung 252 in einer Trennwand abdeckt, um eine Achse 242 steuert.
Wie hierin vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 4 und Fig. 6 beschrieben, ist jeder Boden 232 mit einer Öffnung oder einem (nicht bezeichnetem) Ausschnitt versehen, welche zueinander und zu einer Zugangstür 254 in einer oberen Wand 224 ausrichtbar sind. Nach der Auswahl einer zu entnehmenden Phiole 236' wird der diese Phiole tragende Boden 232' von seinem entsprechenden Motor 244' in eine Position gedreht, so daß eine die Phiole 236' tragende Schale 234' zu der Tür 250 ausgerichtet ist. Nach dem öffnen der Tür 250 durch eine Betätigungseinrichtung 256 (Fig. 13) wird ein Hol- und Einbringungsmechanismus 258 von einem Computer 246 betätigt um die ausgewählte Phiole 236' aus ihrer Schale 234' zu entfernen.
Gemäß Darstellung in Fig. 12 kann der Hol- und Einbringungsmechanismus 258 einen Teleskoparm 260 enthalten, welcher von einem Motor gesteuert von dem Computer 264 ausfahrbar ist und schwenkbar an einem Wagen 264 über einen drehbaren Hebelarm 266 befestigt ist. Der Hebelarm 266 wird von einem Motor 268 gesteuert von dem Computer 246 gedreht, während der Wagen 264 entlang eines Gleises 270 von einem weiteren Motor verschoben wird. Das Gleis 270 selbst ist von einer Betätigungseinrichtung 274 um eine Achse 242 schwenkbar.
Es ist bedacht, daß der Teleskoparm 260 eine ausreichende Reichweite zum Erreichen des untersten Bodens in der unteren Kühlkammer 230 aufweist. Es liegt jedoch ebenfalls innerhalb der Betrachtung der Erfindung, daß der Hol- und Einbringungsmechanismus 238 einen Hebearm ähnlich beispielsweise dem unter Bezugnahme auf Fig. 1 oder Fig. 12 diskutierten aufweisen kann. In diesem Falle muß der Teleskoparm 260 keinen so großen Ausfahrbereich aufweisen.
Die Kammer 230 wird mittels eines flüssigen Kühlmittels, wie z. B. mit flüssigen Stickstoff, gekühlt, welcher von einer Pumpe 276 vertikal durch ein axial angeordnetes Rohr 278 zu einem zentralen Verteilungsring oder Verteiler 280 gepumpt wird. Der flüssige Stickstoff fällt dann kaskadenartig von einem Boden auf einen darunterliegenden Boden wie hierin vorstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Alternativ kann die Kammer 230 mit einem gasförmigen Kühlmittel bei einer ersten Temperatur gekühlt werden, während die Kammer 228 von einem gasförmigen Kühlmittel bei einer zweiten höheren Temperatur gekühlt wird. Die Kühlmittel fließen aus entsprechenden (nicht dargestellten) Reservoirs gesteuert von Ventilen 282 und 284, die auf Signale aus dem Computer 246 reagieren. Das gasförmige Kühlmittel kann dasselbe Gas (z. B. dampfförmiger Stickstoff) abgekühlt auf unterschiedliche Temperaturen sein. Die Lagerungskammern 228 und 230 können somit Proben lagern, welche unterschiedliche Temperaturbereich für eine Langzeitlagerung erfordern.
Ein weiteres Gas wird über ein von dem Computer gesteuertes Ventil 288 in eine Vorkammer eingeleitet, um daraus die Feuchtigkeit zu verdrängen. Die Vorkammer 286 wird von einer Haube 290 über dem oberen Bereich des Gehäuses 200 ausgebildet.
An dem unteren Ende der Kammer 286, etwa in Hüfthöhe, sind zwei Gehäuse 292 und 294 angeordnet, welche eine Auftaukammer 296 und eine Einfrierkammer 298 definieren. Die Auftaukammer arbeitet in der Weise, daß sie die Proben von der entsprechenden Langzeitlagerungstemperatur (der Temperatur der Kammer 228 oder der Kammer 230) auf Umgebungstemperaturen bringt, während die Einfrierkammer 297 die Proben von der Umgebungstemperatur auf die vorgewählte Langzeitlagerungstemperatur (die Temperatur der Kammer 228 oder der Kammer 230) bringt. Fig. 13 zeigt zwei Schalen 300 und 302 innerhalb der Kammern 296 und 298. Ein Tastatur 304 ist mit dem Computer 246 verbunden. Es ist bedacht, daß der Computer 246 physikalisch neben der Tastatur 304 unterhalb dieser angeordnet ist.
Die Auftaukammer 296 und die Einfrierkammer 296 können zum Auftauen und Einfrieren von Proben bei unterschiedlichen variierenden Raten in Übereinstimmung mit variablen Vorschriften in Abhängigkeit von der Art der Proben betrieben werden.
Obwohl die Erfindung in Hinblick auf spezifische Ausführungsformen und Anwendungen beschrieben wurde, kann ein Fachmann auf diesem Gebiet im Lichte dieser Lehren zusätzliche Ausführungsformen und Modifikationen ohne von der Idee der Erfindung abzuweichen oder den beanspruchten Schutzumfang der Erfindung zu überschreiten, erzeugen. Beispielsweise kann das Einführen oder Entnehmen von Phiolen 28 in einigen Fällen durch einen teleskopartigen Hol- und Einbringungsmechanismus erreicht werden, welcher in die Kammer 22 hineinreicht. In diesem Falle kann ein Hebemechanismus überflüssig sein.
Zusätzlich beinhalten äquivalente Kühlmittelkreisläufe ein axiales Pumpen des Kühlmittels durch die Kammer 22 statt einem peripheren Pumpen. In diesem Falle kann der Verteilungsring 144 kleiner als der in Fig. 1 dargestellte sein.
Daher dürfte es sich verstehen, daß die Zeichnungen und Beispiele hierin im Rahmen eines Beispiels vorgetragen werden, um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern und nicht als Einschränkung von deren Schutzumfang betrachtet werden sollte.

Claims

1. Lagerungseinheit, mit:

(a) einem Gehäuse, das eine Lagerungskammer (22) definiert;

(b) einer ersten Trägereinrichtung (24) innerhalb der Kammer (22) zum Tragen mehrerer Schalen (26), wobei jede Schale eine Vielzahl von Proben (28) in einer ersten vorbestimmten Anordnung in einer ersten horizontalen Ebene trägt;

(c) einer zweiten Trägereinrichtung (24) innerhalb der Kammer (22) zum Tragen mehrerer Schalen (26), wobei jede Schale eine Vielzahl von Proben (28) in einer zweiten vorbestimmten Anordnung in einer zweiten horizontalen Ebene trägt, die in einem Abstand von und im allgemeinen parallel zu der ersten Ebene angeordnet ist;

(d) einer Antriebseinrichtung (34) zum Drehen der ersten Trägereinrichtung (24) und der zweiten Trägereinrichtung (24) um eine vertikale Achse (32), wobei die Antriebseinrichtung (34) einen oder mehrere Rotationsantriebe (36, 38) und eine Übertragungsvorrichtung (40) zum Übertragen der Rotationskraft von den Antrieben (36, 38) auf die Trägereinrichtung (38) aufweist;

(e) einem Hebeelement (54) zum vertikalen Anheben einer selektierten Schale (26) parallel zu einer vertikalen Achse;

(f) einer Zugangseinrichtung (48) auf dem Gehäuse (20) zur Ermöglichung eines Zugangs zu der Kammer (22);

dadurch gekennzeichnet, daß

(g) das Hebeelement (54) ein drehbar befestigtes Teil der Übertragungsvorrichtung (40) ist und um die vertikale Achse drehbar beweglich ist; und

(h) das Hebeelement (54) mit einer Einbringe- und Entnahmeeinrichtung außerhalb der Lagerungskammer zusammen wirkt, um alternativ Proben (28) auf die Trägereinrichtung (24) einzubringen oder davon zu entnehmen.

2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste horizontale Ebene über der zweiten horizontalen Ebene angeordnet ist, die erste Trägereinrichtung (24) und die zweite Trägereinrichtung (24) unabhängig voneinander drehbar sind, indem eine von den Trägereinrichtungen (24) mit dem drehbar befestigten Hebeelement (54) in Eingriff steht, die erste Trägereinrichtung (24) mit einer Öffnung (44) versehen ist, welche das Einbringen oder Entfernen von Proben (28) von der zweiten Trägereinrichtung (24) durch eine vertikale Bewegung des Hebeelementes (54) ermöglicht.

3. Lagervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsvorrichtung (40) umfaßt:

(a) eine Welle (78) mit einem Außengewinde (76), wobei die Welle (36) mit einem ersten Rotationsantrieb (36) verbunden ist, welcher eine Rotation der Welle (78) um die vertikale Achse (32) bewirkt;

(b) die auf einem Flansch (72) befestigte Hebeeinrichtung (54), welche auf einer Muffe (74) mit einem Innengewinde befestigt ist, das in einem Betriebseingriff mit dem Außengewinde (76) der Welle (78) steht; und

(c) ein drehbares Rohr (80) mit einem vertikalen Schlitz (82) über seine Länge, der von dem Flansch (72) überbrückt wird, wobei das Rohr(80) mit einem zweiten Rotationsantrieb (38) verbunden ist, der eine Drehung des Rohrs (80) um die vertikale Achse (32) bewirkt.

4. Lagervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringe- und Entnahmeeinrichtung einen zusätzlichen Arm (190) enthält, der außerhalb der Lagerungskammer (22) für das Einbringen und Entnehmen von Proben (28) befestigt ist.

5. Lagervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auswechselbare Adaptereinrichtungen (108) vorgesehen sind, um die Anzahl der Proben (28) zu variieren, welche in die Lagerungskammer (22) eingebracht und daraus entnommen werden können.

6. Lagervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer Verifikationseinrichtung (128) mit einem Infrarotsensor, einem Tastdetektor, einer Holographievorrichtung oder einem akustischen Sensor, jedoch nicht darauf beschränkt, zur Bestätigung der Identität von Proben (28), die aus der Lagerungskammer (22) herausgeholt werden.

7. Lagervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer Kühleinrichtung, um die Kammer (22) in einem vorbestimmten Bereich niedriger Temperatur zu halten, wobei die Kühleinrichtung eine Zirkulationseinrichtung (146) zum Zirkulieren eines Kühlmittelfluids (140) von einem Bodenabschnitt der Kammer (22) zu einem oberen Abschnitt der Kammer (22) über der Trägereinrichtung (24) enthält.

8. Lagervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationseinrichtung (146) eine Einrichtung zum Ziehen des Kühlmittelfluids (140) aus einem Sumpf (142) in dem Bodenabschnitt enthält.

9. Lagervorrichtung nach Anspruch 8, welche ferner eine mit dem Sumpf (142) in Verbindung stehende Sensoreinrichtung (150) aufweist, um einen Eisaufbau in dem Sumpf (142) zu detektieren.

10. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Trägereinrichtung (24) und die zweite Trägereinrichtung (24) in Bezug zueinander so angeordnet sind, daß der Kühlmittelablauf von der ersten Trägereinrichtung (24) auf die zweite Trägereinrichtung (24) fällt.

11. Lagervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer Kühleinrichtung, um die Lagerungskammer (22) innerhalb eines vorbestimmten Bereichs niedriger Temperatur zu halten, welche auch eine Einrichtung zur Definition einer Pufferkammer (122) aufweist, die mit der Lagerungskammer (22) über die Zugangseinrichtung (48) während des Betriebs des Hebeelementes (54) und der Einbringe- und Entnahmeeinrichtung in Verbindung steht, wodurch die Aussetzung der Proben (28) an Umgebungstemperaturen minimiert wird.

12. Lagervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine von der ersten Trägereinrichtung und der zweiten Trägereinrichtung eine Platte (24) und mehrere entnehmbar auf der Platte (24) angeordnete Schalen (26) enthält.

13. Lagervorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner mit einer Steuereinrichtung (42) die betrieblich mit der Einbringe- und Entnahmeeinrichtung und/oder dem Hebeelement (54) verbunden ist, um automatisch die Positionen der Proben (28) in der Gehäuseeinrichtung (20) zu verfolgen, und um das Einbringen und Entnehmen von Proben (28) aus der Kammer (22) zu steuern.