DE69935164T2 - Mikrowellenvorrichtung und verfahren zum durchführen chemischer reaktionen - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erhitzen von chemischen Reaktionen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung, die einen oder mehrere auf Halbleitern basierenden Mikrowellengeneratoren verwendet, so dass die Vorrichtung chemische Reaktionsgemische parallel bearbeiten kann. Die Erfindung betrifft weiterhin Verfahren zum gleichzeitigen oder sequentiellen Ausführen chemischer Reaktionen, beispielsweise Verfahren zum Erhitzen einer Vielzahl von Proben, Verfahren zum Überwachen einer durch Mikrowellen erhitzten chemischen Reaktion und Verfahren, bei denen die optimalen Bedingungen bezüglich Frequenz und angewendeter Leistung beziehungsweise Energie bestimmt werden können.
  • Eines der Haupthindernisse eines Chemikers der organischen Chemie besteht heute in der zeitraubenden Suche nach wirksamen Routen für organische Synthesen. Beispielsweise betrug die Durchschnittsleistung vor einigen Jahrzehnten in der pharmazeutischen Industrie ungefähr 25-50 vollständiger Substanzen pro Chemiker pro Jahr, was zu der gleichen Menge neuer Einheiten als mögliche neue Arzneimittelkandidaten führte. Heute liegt die Zahl bei einigen 100 pro Jahr und wird erwartungsgemäß bald in dem Bereich von einigen 1000 pro Jahr liegen.
  • Folglich bestehen die Aufgaben für die pharmazeutische Industrie und den Chemiker der organischen Chemie in der Identifikation von Wegen zum Verringern der Zeit bei der Arzneimittelentwicklung, Identifikation von Wegen zum Erzeugen chemischer Vielfalt, Entwicklung neuer Syntheserouten und möglicherweise Wiedereinführung von alten "unmöglichen" Syntheserouten. Ebenfalls besteht eine beständige Aufgabe darin Klassen völlig neuer chemischer Einheiten zu erreichen.
  • Wie aus dem folgenden klar werden wird, bietet die Mikrowellen unterstützte Chemie einen Weg mindestens einige der vorstehend erwähnten Probleme zu umgehen, namentlich:
    • • Beschleunigen der Reaktionszeit um einige Größenordnungen,
    • • Verbessern der Ausbeute von chemischen Reaktionen,
    • • Bereitstellen hoher Reinheit, des erhaltenen Produkts aufgrund eines schnellen Er hitzens und dadurch Vermeidens von Unreinheiten aus Nebenreaktionen, und
    • • Ausführen von Reaktionen, die mit herkömmlichen thermischen Erhitzungsverfahren nicht möglich sind.
  • Mikrowellen unterstützte Chemie wurde viele Jahre angewendet. Die Vorrichtungen und Verfahren basierten jedoch in einem großen Maße auf herkömmlichen häuslichen Mikrowellenöfen. Häusliche Mikrowellenöfen weisen einen Multimodalhohlraum auf, wobei die Energie mit einer festen Frequenz von 915 MHz oder 2450 MHz (abhängig von dem Land) appliziert beziehungsweise angewendet wird. Die Verwendung von Einmodushohlräumen wurde in US-P-5,393,492 und US-P-4,681,740 ebenfalls berichtet.
  • Der Markt für Mikrowellengeneratoren wird vollständig von Magnetfeldröhren beziehungsweise Magnetronen dominiert. In einigen Situationen werden Wanderfeldröhren (TWT) verwendet, um ein Mikrowellensignal zu verstärken. Hinsichtlich der herkömmlichen Vorrichtungen treten einige Nachteile auf. Einige jener werden nachfolgend aufgeführt:
    Ein Nachteil besteht darin, dass die Energieverteilung in herkömmlichen Mikrowellenöfen nicht gleichmäßig ist. Dies führt, abhängig von der Position der Probe im Ofen, zu unterschiedlichen Temperaturen in der Probe. Weiterhin erschwert die ungleichmäßige Energieverteilung wiederholbare Ergebnisse zu erhalten. Diese Wirkung ist besonders auffällig falls eine Anordnung eines Probenhalters, wie beispielsweise eine Mikrotiterplatte (beispielsweise mit 96 Vertiefungen) verwendet wird. Eine Drehung der Probe in dem Ofen verbessert die Wiederholbarkeit nicht signifikant.
  • In herkömmlichen Systemen kann die jeder Probe in einer Anordnung von Proben bereitgestellte Energie beziehungsweise Leistung lediglich als eine Durchschnittsenergie pro Probe berechnet werden, wobei die erfasste Eingangsleistung durch die gesamte Probenanzahl dividiert wird. Aufgrund der nicht gleichmäßigen Energieverteilung in dem Hohlraum wird diese Berechnung lediglich eine grobe Abschätzung der auf jede Probe applizierten Energie bereitstellen.
  • Ein Weg die Reaktion zu steuern besteht darin, dass Druck und Temperatur in allen individuellen Vertiefungen überwacht werden. Dies kann zu Information über die Bedingungen in einer spezifizierten Vertiefung während eines bestimmte(n) Durchlaufs führen. Änderung der Position ergibt ein unterschiedliches Ergebnis, was zu einer geringen Wiederholbarkeit führt. Ein alternativer Weg eine gleichmäßige Energieverteilung versuchsweise zu erhalten, besteht darin eine große Last in dem Hohlraum anzuordnen, um die Energie gleichmäßiger zu absorbieren.
  • Einmodushohlraumresonatoren bieten eine Möglichkeit von großer Wirksamkeit und kontrollierten Heizmustern bei/in kleinen Lasten. Da jedoch ein Mikrowellengenerator mit im Wesentlichen konstanter Frequenz verwendet wird, ändern sich die dielektrischen Eigenschaften der Last häufig beträchtlich mit der Temperatur, was zu großen Variationen bei der Energieabsorption führt. Daher wird es schwierig den Vorgang beziehungsweise Prozess vorherzusagen.
  • Ein weiterer Nachteil des herkömmlichen Systems besteht darin, dass Magnetrone normalerweise lediglich eine feste Frequenz oder eine geringfügige Einstellung um die Mittenfrequenz des Magnetrons bereitstellen. Weiterhin weisen die Magnetrone ein nicht vorhersagbares Verhalten auf und sind äußerst temperaturempfindlich, insbesondere falls die Wirksamkeit zum Ende deren "Lebensdauer" abnimmt.
  • TWT's wurden als variable Frequenzverstärker verwendet. TWT's sind jedoch eigentlich teuer and häufig sehr kompliziert zu nutzen. Weiterhin erfordern TWT's vor dem Start eine Aufwärmzeit, das heißt, dass TWT's nicht schnell an und aus geschaltet werden können. Außerdem ist die Abnutzung von TWT's mit hohen Instandhaltungskosten verbunden.
  • Sowohl Magnetrone als auch TWT's erfordern eine Starkstromversorgung, die hinsichtlich von Komplikationen und dem Risiko nachteilig ist.
  • In US-P-5,521,360 wird eine Heizvorrichtung mit variabler Frequenz beschrieben, die Mikrowellen in einem Ofenhohlraum bereitstellt. Die Vorrichtung umfasst einen spannungsgesteuerten Mikrowellengenerator, einen spannungsgesteuerten Vorverstärker und einen Leistungsverstärker. Der Leistungsverstärker kann ein TWT sein. Die TWT wird mit dem Ofenhohlraum betriebsbereit verbunden. Die dem Ofen zugeführte Leistung beziehungsweise Energie wird durch Erfassen der Leistung unter Verwendung eines Leistungsmessgeräts bestimmt, die von dem Ofen reflektiert wird. Wird eine Probe in dem Ofenhohlraum angeordnet, dann kann Leistung mit der Probe gekoppelt werden, wodurch die Temperatur der Probe verändert wird.
  • Das in US-P-5,521,360 beschriebene System, weist die vorstehend erwähnten Nachteile bezüglich, beispielsweise TWT's, auf.
  • Ein weiterer Nachteil der in US-P-5,521,360 beschriebenen Vorrichtung besteht darin, dass sie darauf beschränkt ist mit lediglich einem Hohlraumofen verwendet zu werden, d.h. paralleles Erhitzen einer Vielzahl von Proben unter Verwendung unterschiedlicher Heizparameter ist nicht möglich.
  • Die US-P-5,796,080 offenbart ein Mikrowellenbearbeitungssystem zum gleichzeitigen Steuern einer Vielzahl von chemischen Reaktionen von einer einzelnen Mikrowellenquelle, die eine Vielzahl von Reaktionszellen durch Verwendung eines einzigen Wellenleiters individuell steuert.
  • Die US-P-5,648,038 offenbart Systeme und Verfahren zum Überwachen von einem Werkstück- und Werkstückmaterialeigenschaften unter Verwendung von Mikrowellenenergie, die von einer einzelnen Mikrowellenquelle emittiert wird. Die Reflexionsdaten von einem oder mehreren Werkstücken oder Werkstückmaterialien können überwacht und mit einem bestimmten Satz von Leistungsreflexionsdaten verglichen werden.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung bereitzustellen, die einen ersten auf Halbleitern basierenden elektromagnetischen Generator umfasst und einen ersten Applikator zum Halten einer Probe, wobei die Vorrichtung ein gesteuertes Heizen der Probe ausführen kann.
  • Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung bereitzustellen, die eine Parallelbearbeitung von zahlreichen Proben mit individuellen Einstellungen von Verfahrens- beziehungsweise Prozessparametern, wie beispielsweise Frequenz, Leistung, Temperatur, Druck, etc. ausführen kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung bereitzustellen, die zahlreiche Proben parallel mit individuellem Überwachsen von Verfahrensparametern, wie beispielsweise Frequenz, Leistung, Temperatur, Druck, etc. überwachen kann.
  • Immer noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung bereitzustellen, die zahlreiche Proben mit individuellen Einstellungen von Verfahrensparametern, wie beispielsweise Frequenz, Leistung, Temperatur, Druck, etc. parallel steuern kann.
  • Immer noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung bereitzustellen, in der Proben unter Verwendung verschiedener Applikatoren gleichmäßig erhitzt werden können.
  • Immer noch eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin eine Vorrichtung bereitzustellen, in der die Frequenz der angewendeten Energie variiert werden kann.
  • Eine Immer noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Vorrichtung bereitgestellt wird, mit der thermische und chemische Wirkungen auf die elektromagnetische Absorptionsfähigkeit und das Verhalten der Proben beurteilt und getrennt werden können.
  • Eine immer noch andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Vorrichtung bereitgestellt wird, mit der die Temperatur in dem Reaktionsgefäß erfasst werden kann, indem die Änderung in der Resonanzfrequenz eines zweiten Materials überwacht wird, das in die Reaktionskammer eingeführt wurde. Dieses Material kann ein Kristall, ein Halbleiter oder ein beliebiger anderes Festkörpermaterial sein, das eine Temperatur aufweist, die von der Resonanzfrequenz abhängig ist.
  • Die vorstehend erwähnten Aufgaben werden dadurch gelöst, indem in einer ersten Ausführungsform eine Vorrichtung bereitgestellt wird, die einem ersten Applikator elektromagnetische Strahlung bereitstellt, wobei die Vorrichtung umfasst:
    • a) eine erste Generatoreinrichtung zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung,
    • b) eine erste Verstärkereinrichtung zum Verstärken der erzeugten elektromagnetischen Strahlung,
    • c) Einrichtungen beziehungsweise Mittel zum Leiten der elektromagnetischen Strahlung zu dem ersten Applikator, und
    • d) Einrichtungen zum Steuern der ersten Generatoreinrichtung und der ersten Verstärkereinrichtung,
    worin die erzeugte elektromagnetische Strahlung eine Vielzahl von Frequenzen umfasst, und worin die erste Generatoreinrichtung und die erste Verstärkereinrichtung im Wesentlichen aus Halbleiterbauteilen bestehen.
  • Im Wesentlichen aus Halbleiterbauteilen bestehen, bedeutet, dass die Bauteile beziehungsweise Komponenten, die die elektromagnetische Strahlung -beispielsweise die zwei erforderlichen Leistungstransistoren-, erzeugen, auf Halbleitern basierende Leistungstransistoren sind.
  • Im vorliegenden Zusammenhang sollte Leiteinrichtung als eine beliebige Einrichtung verstanden werden, die elektromagnetische Strahlung leiten kann, beispielsweise metallische Kanäle oder Kabel, wie beispielsweise Koaxialkabel oder Wellenleiter. Die Leiteinrichtung kann ebenfalls aktive und/oder passive Bauteile, wie beispielsweise Koppler, Teiler, Splitter, Kombinator, Isolatoren, Leistungsmessgeräte, künstliche Lasten Spektrum-Analysatoren, etc., umfassen.
  • Um eine Parallelbearbeitung einer Vielzahl von Proben auszuführen, kann die Vorrichtung einen zweiten Applikator umfassen und geeignete Leiteinrichtungen, um mindestens einen Teil der verstärkten elektromagnetischen Strahlung zu dem zweiten Applikator zu leiten. Gewöhnlich kann es vorteilhaft sein dem ersten und zweiten Applikator elektromagnetische Strahlung mit unterschiedlicher Frequenz bereitzustellen. Folglich kann die Vorrichtung eine zweite Generatoreinrichtung zum Erzeugen von elektromagnetischer Strahlung mit einer Vielzahl von Frequenzen umfassen und eine zweite Verstärkereinrichtung zum Verstärken der durch die zweite Generatoreinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Um elektromagnetische Strahlung mit einer Vielzahl von Frequenzen bereitzustellen, ist die zweite Generatoreinrichtung und die zweite Verstärkereinrichtung vorzugsweise aus Halbleiterbauteilen, wie beispielsweise auf Halbleitern basierenden Leistungstransistoren, zusammengesetzt. Es ist klar, dass der gleiche Transistortyp in der ersten Generatoreinrichtung und der ersten Verstärkereinrichtung verwendet werden kann.
  • Um die Flexibilität der Vorrichtung zu erhöhen, kann die Leiteinrichtung Mittel umfassen, um die durch die zweite Verstärkereinrichtung verstärkte elektromagnetische Strahlung zu der zweiten Verstärkereinrichtung zu leiten. Außerdem kann die Leiteinrichtung weiterhin Mittel umfassen, um mindestens teilweise die durch die zweite Verstärkereinrichtung verstärkte elektromagnetische Strahlung an den ersten Applikator zu leiten.
  • Um ebenfalls weiterhin die Flexibilität der Vorrichtung zu erhöhen, kann die Leiteinrichtung Mittel umfassen, um die durch die erste Verstärkereinrichtung verstärkte elektromagnetische Strahlung zwischen dem ersten und zweiten Applikator umzuschalten. Weiterhin kann die Leiteinrichtung Mittel umfassen, um die durch die zweite Verstärkereinrichtung verstärkte elektromagnetische Strahlung zwischen dem ersten und dem zweiten Applikator umzuschalten.
  • Die ersten und zweiten Applikatoren können unterschiedliche Typen sein.
  • Vorzugsweise werden die ersten und zweiten Applikatoren aus der Gruppe bestehend aus quasistatisch, Nahfeld-, Oberflächenfeld-, Einmodus und Multimodus-Hohlraumapplikatoren ausgewählt.
  • Die Frequenz der durch die erste und zweite Generatoreinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung kann entsprechend eines ersten beziehungsweise zweiten Steuersignals variieren. Diese ersten und zweiten Steuersignale können durch die Steuereinrichtung bereitgestellt werden. In ähnlicher Weise kann die Verstärkung der ersten und zweiten Verstärkereinrichtung entsprechend eines ersten beziehungsweise zweiten Steuersignals variieren. Diese Signale können ebenfalls durch die Steuereinrichtung bereitgestellt werden. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise einen Universalcomputer umfassen. Ein derartiger Unversalcomputer kann Teil eines neuronalen Netzes darstellen.
  • Die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung, die durch die erste und zweite Generatoreinrichtung erzeugt wird, liegt in dem Bereich 300 MHz-300 GHz, beispielsweise in dem Bereich 0,5-3 GHz oder in dem Bereich 50-100 GHz.
  • In einer zweiten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, bei dem gleichzeitig oder sequentiell eine Vielzahl von chemischen Reaktionen ausgeführt wird, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • a) Einbringen einer ersten Probe in einen ersten Applikatoren,
    • b) Einbringen einer zweiten Probe in einen zweiter Applikator, und
    • c) Gleichzeitiges oder sequentielles Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die ersten und zweiten Proben für eine bestimmte Zeitdauer, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Frequenz in dem Bereich von 300 MHz-300 GHz aufweist.
  • Die elektromagnetische Strahlung kann jeder der Proben spezifisch und unabhängig bereitgestellt werden. Außerdem kann die elektromagnetische Strahlung einen oder mehrere Impulse beziehungsweise Impulse umfassen. Die Proben können in mindestens zwei Halter umfassenden Sätzen gesammelt werden. Die Probe selbst kann ein PCR-Gemisch sein. Die elektromagnetische Strahlung kann, während einer Aussetzung einer Probe, in Zyklen von mindestens zwei Schritten appliziert werden, wobei die Probe mindestens während eines Teils von jedem Zyklus gekühlt wird.
  • Vorzugsweise wird die elektromagnetische Strahlung unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt.
  • In einer dritten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausführen einer chemischen Reaktion, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • a) Einbringen einer Probe in einen Applikator,
    • b) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die Probe für eine bestimmte Zeitdauer mit einem ersten Leistungsniveau beziehungsweise -pegel und Variieren der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung zwischen zwei bestimmten Werten und mit einer bestimmten Auflösung, und Bestimmen eines Reflexionsfaktors der elektromagnetischen Strahlung von der Probe bei mindestens einigen (zwei) der Frequenzen, die durch den Bereich der zwei bestimmten Werte abgedeckt ist, indem das Niveau beziehungsweise der Pegel eines Rückkopplungssignals bestimmt wird, wodurch ein erster Satz von Reflexionsfaktoren erhalten wird,
    • c) Ändern der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Probe,
    • d) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf den Applikator bei einem zweiten Leistungsniveau und Variieren der Frequenz der elektromagnetischen Strahlung zwischen zwei bestimmten Werten und mit einer bestimmten Auflösung, wobei der Bereich durch die bestimmten Werte definiert wird, die in dem Bereich eingeschlossen sind, der durch die bestimmten Werte in Schritt b) definiert wird, und Bestimmen eines Reflexionsfaktors der elektromagnetischen Strahlung von der Probe bei mindestens einigen (zwei) Frequenzen, die durch den Bereich der zwei bestimmten Werte abgedeckt ist, indem das Niveau des Rückkopplungssignals bestimmt wird, wodurch ein Satz zweiter Reflexionsfaktoren erhalten wird, und
    • e) Wiederholen von Schritt c) und d) bis der Unterschied beziehungsweise die Differenz in den Reflexionsfaktoren in einem bestimmten Bereich liegen, die als die mathematische Differenz (Subtraktion) zwischen den Frequenzen, die mit dem ersten und zweiten Satz von Reflexionsfaktoren assoziiert sind, berechnet werden.
  • Schritt c) kann Applizieren von elektromagnetischer Strahlung umfassen, um die Probe zu erhitzen. Alternativ oder zusätzlich kann die Probe ebenfalls gekühlt und/oder es kann ein Reagenz zu der Probe gegeben werden. Falls ebenfalls der Unterschied in den Reflexionsfaktoren nach der Ausführung von Schritt c) und d) in dem bestimmten Bereich liegt, dann wird Schritt e) selbstverständlich nicht länger angewendet. Weiterhin kann es; falls der Unterschied nahe an dem bestimmten Bereich liegt, nicht wirtschaftlich sein Schritt e) auszuführen, und kann ausgelassen werden.
  • In einer vierten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, um eine chemische Reaktion auszuführen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • a) Einbringen einer Probe in einen Applikator,
    • b) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die Probe, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Start- beziehungsweise Ausgangsfrequenz aufweist,
    • c) Variieren der Frequenz von der applizierten elektromagnetische Strahlung zwischen zwei bestimmten Werten und mit einer bestimmten Auflösung,
    • d) Bestimmen eines Reflexionsfaktors von elektromagnetischer Strahlung von der Probe, indem ein Niveau eines Rückkopplungssignals während mindestens eines Teil der variierten Frequenz der elektromagnetischen Strahlung bestimmt wird, und
    • e) Bestimmen von einem Niveau des Rückkopplungssignals die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung, wobei der Reflexionsfaktor sich in einem bestimmten Bereich befindet.
  • In einer fünften Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, um eine chemische Reaktion auszuführen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • a) Einbringen einer Probe in einen Applikator,
    • b) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die Probe, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Startfrequenz aufweist,
    • c) Variieren der Frequenz von der elektromagnetische Strahlung, das um die Startfrequenz schrittweise erfolgt,
    • d) Bestimmen eines Reflexionsfaktors von elektromagnetischer Strahlung von der Probe, indem ein Niveau eines Rückkopplungssignals bei der Startfrequenz, bei einer Frequenz schrittweise unterhalb der Startfrequenz und bei einer Frequenz schrittweise oberhalb der Startfrequenz bestimmt wird,
    • e) Wiederholen von Schritt b) bis d) bis der Reflexionsfaktor minimal ist.
  • In einer sechsten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, um eine chemische Reaktion auszuführen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • a) Einbringen einer Probe in einen Applikator,
    • b) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die Probe, wobei die elektromagnetische Strahlung eine Startfrequenz aufweist,
    • c) Variieren der Frequenz der elektromagnetische Strahlung, das um die Startfrequenz schrittweise erfolgt,
    • d) Bestimmen eines Reflexionsfaktors von elektromagnetischer Strahlung von der Probe, indem ein Niveau eines Rückkopplungssignals bei der Startfrequenz, bei einer Frequenz schrittweise unterhalb der Startfrequenz und bei einer Frequenz schrittweise oberhalb der Startfrequenz bestimmt wird,
    • e) Vergleichen des bestimmten Reflexionsfaktors mit einem bestimmten Reflexionsfaktors,
    • f) Einstellen der Startfrequenz auf eine Frequenz, dass sich der bestimmte Reflexionsfaktor in einem bestimmten Bereich um den bestimmten Reflexionsfaktor befindet, und
    • g) Wiederholen von Schritt c) bis f) so oft wie erwünscht.
  • Die Startfrequenz kann in dem Bereich von 300 MHz-300 GHz liegen. Die bestimmten Werte zwischen denen die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung variieren kann, liegen in dem Bereich von 300 MHz-300 GHz, wie beispielsweise in dem Bereich von 0,5-3 GHz oder in dem Bereich von 50-100 GHz. Vorzugsweise werden die dritte, vierte, fünfte und sechste Reaktion unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt.
  • In einer siebten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, um eine chemische Reaktion auszuführen, wobei das Verfahren die Schritte umfasst:
    • a) Einbringen einer Probe in einen Applikator,
    • b) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die Probe in Form eines ersten Impulses mit einer bestimmten Gestalt und Charakterisieren eines reflektierten Impulses von dem Applikator, durch Ausführen einer mathematischen Operation, um so ein erstes reflektiertes Spektrum zu erhalten,
    • c) Ändern der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Probe,
    • d) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die Probe in Form eines zweiten Impulses mit einer bestimmten Gestalt und Charakterisieren eines reflektierten Impulses von dem Applikator durch Ausführen einer mathematischen Operation, um so ein zweiten reflektiertes Spektrum zu erhalten,
    • e) Wiederholen von Schritt c) und d) bis die Unterschiede zwischen den ersten und zweiten reflektierten Spektren, die als der mathematische Unterschied (Subtraktion) zwi schen dem ersten und zweiten Spektrum berechnet werden, in einem bestimmten Bereich liegen.
  • Falls der Unterschied nach Ausführung von Schritt c) und d) in den Reflexionsfaktoren innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, dann wird selbstverständlich Schritt e) nicht mehr ausgeführt. Falls, weiterhin, der Unterschied nahe an dem bestimmten Bereich liegt, kann es nicht wirtschaftlich sein Schritt e) auszuführen, und kann ausgelassen werden. Vorzugsweise umfasst die mathematische Operation, um die ersten und zweiten reflektierten Spektren zu erhalten, Fourier-Transformation, wobei jedoch alternative Operationen ebenfalls anwendbar sind. Das Verfahren gemäß der siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann unter Verwendung einer Vorrichtung ausgeführt werden, die der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung entspricht.
  • In einer achten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Erhitzen von mindestens einer Probe, die mindestens eine organische Verbindung umfasst. Jede der Proben kann weiterhin eine oder mehrere Reagenzien und wahlweise einen Katalysator umfassen. Vorzugsweise ist die Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung so konfiguriert, dass zwei oder mehr Reaktionsgemische, beispielsweise PCR-Gemische, gleichzeitig oder sequentiell oder intervallartig erhitzt werden können.
  • Die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung, das Niveau von ausgestrahlter Leistung und die Zeitdauer eines Applizierens der elektromagnetischen Strahlung wird durch voreingestellte Werte für die in Frage stehende chemische Reaktion bestimmt, wobei derartige voreingestellte Werte in einer Speichereinrichtung gespeichert werden, die mit der Steuereinrichtung assoziiert ist. Korrespondierende Daten der Frequenz und des Reflexionsfaktors können in einem Speicher zur weiteren Bearbeitung gespeichert werden. Ein weiteres Bearbeiten kann in einem neuronalen Netz ausgeführt werden.
  • In einer neunten Ausführungsform betrifft die vorliegende Erfindung einen Kit zum chemischen Umsetzen beziehungsweise Reagieren lassen von chemischen Spezies, wobei ein Reagenz wahlweise unter dem/der Einwirken/Wirkung eines Katalysators steht, wobei die chemische Reaktion in einer Vorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird, wobei der Kit umfasst:
    • a) einen Probenhalter, der mindestens eines der Reagenzien und den optionalen Katalysator umfasst,
    • b) eine elektronische Speichereinrichtung, die Daten umfasst, die die chemische Reaktion zwischen den chemischen Spezies und dem Reagenz unter der optionalen Wirkung des Katalysators betreffen, wobei die elektronische Speichereinrichtung und die Vorrichtung dazu angepasst sind die Daten von der Speichereinrichtung abzurufen und die Daten zu bearbeiten, um so die Applikation einer elektromagnetischen Strahlung auf den Probenhalter zu steuern.
  • Diese Ausführungsform kann ebenfalls Instruktionen bezüglich einer Zugabe der chemischen Spezies zu dem Probenhalter umfassen.
  • 1 stellt mögliche Kombinationen der drei Hauptmodule in einer Vorrichtung gemäß der Erfindung dar.
  • 2 stellt eine Ausführungsform dar, die die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst.
  • 3 stellt einen in einer Mikrotiterplatte angebrachten Applikator dar.
  • 4 stellt eine Mikrotiterplatte mit einem Mikrowellenleiter dar, der symmetrisch in der Mitte von vier Vertiefungen angebracht ist.
  • 5 stellt eine Mikrotiterplatte mit einem Übertragungs-Typ-Applikator mit Eingangs- und Ausgangsanteilen 12 und 13 dar.
  • 6 stellt eine Mikrotiterplatte mit einer individuellen Antenne für jede Probenvertiefung dar.
  • Wie vorstehend erwähnt, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung und Verfahren bereit, um chemische Reaktionen, vorzugsweise chemische Reaktionen parallel auszuführen. Ein besonders interessantes Merkmal der Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt in der Verwendung von Halbleiterkomponenten bei der Signalerzeugungs- und Verstärkungseinrichtung. Wie aus dem Nachstehenden klar werden wird, bietet der Halbleitersignalgenerator bisher nicht umgesetzte beziehungsweise nicht realisierte Vorteile bei der chemischen Synthese und folglich bei den Verfahren der Erfindung.
  • Der Hauptzweck einer Verwendung von Mikrowellen oder anderer elektromagnetischer Strahlung in einer Vorrichtung und einem Verfahren zum Ausführen chemischer Reaktionen, besteht darin, die in einer Probe stattfindenden Reaktionen, die Mikrowel lestrahlung ausgesetzt sind, zu erhitzen und/oder zu katalysieren. Vorzugsweise wird die Probe in einem Probenhalter in dem Applikator der Vorrichtung angeordnet.
  • Ebenfalls gemäß der Vorrichtung und des Verfahrens der vorliegenden Erfindung kann der Signalgenerator in Antwort auf das tatsächliche/aktuelle Niveau von Signalenergie, die dem Applikator zugeführt und/oder darin absorbiert wird, gesteuert werden. Diese Rückkopplung ermöglicht die Temperatur der Proben beispielsweise bis zu einem sehr hohen Grad zu steuern.
  • Der Ausdruck Mikrowelle soll eine elektromagnetische Strahlung mit dem Frequenzbereich von 300 MHz-300 GHz bedeuten. Vorzugsweise werden die Vorrichtung und Verfahren gemäß der Erfindung in dem Frequenzbereich von 500 MHz-300 GHz, vorzugsweise in dem Frequenzbereich von 500 MHz-30 GHz, beispielsweise 500 MHz-10 GHz, beispielsweise 2-30 GHz, wie beispielsweise 300 MHz-4 GHz, beispielsweise 2-20 GHz, beispielsweise 0,5-3 GHz oder innerhalb des Bereichs von 50-100 GHz angewendet.
  • 1 erläutert eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Anzahl n von Signalgeneratoren 28, die durch Signalverstärker 29 getrennt verstärkt werden, sind mit der Anzahl m getrennter Applikatoren 24 durch das Verteilernetzwerk 23 verbunden, das durch den Kasten in der Mitte dargestellt ist. Es wird gezeigt, dass alle Komponenten mit der Stromversorgung 44 und der Steuereinheit 45 verbunden sind. 1 erläutert paralleles Bearbeiten der Proben, und das Generatoren und Applikatoren vorzugsweise in Antwort auf die Kopplung von Mikrowellenenergie mit dem Verteilernetzwerk, dem Applikator oder der Probe, gesteuert werden. Es sollte erwähnt werden, dass jeder Applikator 24 eine oder mehrere Proben umfassen kann.
  • Beträgt die jedem Applikator 24 zuzuführende durchschnittliche Leistung weniger als die maximale Ausgabeenergie eines Verstärkers 29, dann kann die Anzahl von Applikatoren 29 die Anzahl von Generatoren 28 und Verstärkern 29 übersteigen, folglich n < m sein. Beträgt die jedem Applikator 24 zuzuführende durchschnittliche Leistung mehr als die maximale Ausgabeleistung eines Verstärkers 29, dann kann die Leistung für jeden Applikator von mehreren Verstärkern herstammen. Folglich kann die Leistung, die von mehreren Verstärkern ausgegeben wird an mehrere unterschiedliche Applikatoren verteilt werden. In diesem Fall kann die Anzahl von Applikatoren 24 geringer ausfallen als die Anzahl von Generatoren 28 und Verstärkern 29, folglich n > m sein. Dieses Leiten und Koppeln von Strahlung zwischen Verstärkern und Applikatoren wird durch das Verteilernetzwerk 23 ausgeführt. Jeder Verstärker und Applikator kann ebenfalls paarweise, das ist n = m, gekoppelt werden.
  • Im Folgenden werden die individuellen Komponenten, die in der Vorrichtung umfasst sind, einschließlich einiger bevorzugter Merkmale, ausführlicher beschrieben werden.
  • Die Generatoreinrichtung 28 und die Verstärkereinrichtung 29 bestehen im Wesentlichen aus Halbleiterkomponenten. Um ein Signal zwischen 300 MHz und 300 GHz erzeugen zu können, können mehrere individuelle auf Halbleitern basierende Generatoren erforderlich sein.
  • Die Leistung des erzeugten Signals variiert fortdauernd zwischen 0 und 1 W. Der Signalgenerator kann einen Signalverstärker und/oder einen Leistungsverstärker antreiben. Weiterhin kann der Signalgenerator von der Steuereinrichtung 45 gesteuert/programmiert werden. Die Steuerfunktionen bestehen in der Form einer Steuerung der Amplitude, Frequenzbandbreite, Signalform, Impulsform oder Dauer des Signals/Impulses und irgendwelcher Kombinationen von zwei oder mehreren Funktionen gleichzeitig.
  • Auf Halbleitern basierende Mikrowellengeneratoren und Verstärker stellen eine Vielzahl von Vorteilen gegenüber herkömmlichen TWT's, Gyrotronen und Magnetronen bereit. Beispiele jener Vorteile sind:
    • • Einfache Steuerung von Frequenz- und Ausgabeleistung
    • • Kleine physikalische Dimensionen
    • • Keine Hochspannung erforderlich, was die Sicherheit und Verlässlichkeit verbessert
    • • Keine Aufwärmzeit, somit sofortige Verfügbarkeit
    • • Keine Abnutzungsteile, was die Instandhaltungskosten signifikant verringert und die ausfallsfreie Zeit der Vorrichtung verbessert
    • • Viel höhere MTBF und geringere MTTR verglichen mit TWT
    • • Bessere Steigerungs- beziehungsweise Verstärkungskurvenplanheit beziehungsweise -plateau verglichen mit TWT
    • • Geringeres Rauschen verglichen mit TWT
  • Die Verstärkungseinrichtung 29 kann einen Signalverstärker 29 und einen Leistungsverstärker 30, wie in 2 gezeigt, umfassen, Der Signalverstärker 29 ist eine auf Halbleitern basierende Einrichtung, die dazu angepasst ist das Signal von dem Signal generator zu verstärken. Die Verstärkung der Verstärkungseinrichtung kann durch Variieren des Niveaus eines Steuersignals eingestellt werden. Folglich kann die Amplitude der Ausgabe durch den Operator selektioniert werden.
  • Der Energieverstärker 30 wird zum weiteren Verstärken des Signals von dem Signalverstärker bereitgestellt. Der Leistungsverstärker ist ebenfalls eine auf Halbleitern basierende Einrichtung mit einer einstellbaren Verstärkung. Die Verstärkung kann durch Variieren des Niveaus eines Steuersignals variiert werden.
  • Die auf den Applikator angewendete Heizleistung liegt abhängig von der Probengröße und der in Frage stehenden chemischen Reaktion vorzugsweise in dem Bereich von 1-2000 W. gewöhnliche Bereiche stellen 1-300 W, beispielsweise 5-50 W, 10-1000 W, beispielsweise 30-100 W, und 50-2000 W, beispielsweise 100-1000 W dar.
  • Die erforderliche Leistung von einer elektromagnetischen Strahlung, die zum Überwachen oder "Abtasten" (siehe nachfolgend) verwendet wird, stellt gewöhnlich lediglich eine Fraktion der für ein Erhitzen erforderlichen Leistung dar. Gewöhnliche Bereiche sind 0,05-100 Werkstück, beispielsweise 0,1-10 W. Die Anwendungszeit variiert ebenfalls abhängig von der Probe, dem Vorgang und der in Frage stehenden chemischen Reaktion. Gewöhnliche Reaktionszeiten sind 0,1 Sek. bis 2 Stunden, beispielsweise 0,2-500 Sek. oder 0,5-100 Sek..
  • Das von der Verstärkereinrichtung verstärkte Signal wird unter Verwendung eines Verteilernetzwerkes einem oder mehreren Applikatoren zugeteilt.
  • Das Verteilernetzwerk kann zahlreiche Merkmale umfassen. 2 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, die eine Auswahl dieser Merkmale umfasst. 2 stellt lediglich ein Beispiel dar, wie die unterschiedlichen Merkmale verwirklicht beziehungsweise umgesetzt werden können, und wobei die Ordnung der Merkmale in 2 nicht beschränkend ist. Die folgenden Merkmale können in dem Verteilernetzwerk umfasst sein:
    • – Zirkulatoren 31
    • – bidirektionale Koppler 32
    • – Leistungsmessgeräte 34-38
    • – künstliche Lasten 33
    • – Teiler 51
    • – Kombinator 50
    • – Spektralanalysatoren
  • Einige dieser Merkmale werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden.
  • Der Zirkulator 31 verhindert, dass die reflektierte Leistung von dem Mikrowellenapplikator 24 und dem Verteilernetzwerk 23 in den Leistungsverstärker 30 eintritt. Anstelle davon wird die reflektierte Energie auf eine Attrappenlast 33 gerichtet, die wahlweise mit einem ersten Leistungsmessgerät 34 verbunden ist. Einige halbleiterbasierte Generatoren und Verstärker, beispielsweise Siliziumkarbid-Generatoren/Verstärker, werden durch zurückgestreute Mikrowellen nicht beeinflusst, und der Zirkulator 31 ist nicht erforderlich, wenn derartige Generatoren/Verstärker verwendet werden.
  • Der Zirkulator 31 ist dazu angepasst zwischen der Verstärkereinrichtung und dem Verteilernetzwerk betriebsbereit verbunden zu sein, und weist mindestens einen Eingabeanschluss, einen Ausgabeanschluss und mindestens einen gemeinsamen Eingabe-/Ausgabeanschluss auf. Der Eingabeanschluss wird wahlweise mit dem Ausgabeanschluss der Verstärkereinrichtung verbunden, wobei der gemeinsame Eingabe-/Ausgabeanschluss mit dem Verteilernetzwerk betriebsbereit verbunden ist. Weiterhin können die Last 33 und das erste Leistungsmessgerät 34 in Verbindung mit dem Zirkulator in die Vorrichtung eingebaut werden.
  • Das Verteilernetzwerk kann einen Koppler, beispielsweise einen bidirektionalen Koppler 32, umfassen, wobei der Koppler einen Eingabeanschluss, mindestens zwei Ausgabeanschlüsse und einen gemeinsamen Eingabe-/Ausgabeanschluss umfasst. Der Eingabeanschluss kann wahlweise mit dem Ausgabeanschluss des Zirkulators oder Verstärkers verbunden sein und der Ausgabeanschluss kann wahlweise mit anderen Teilen des Verteilernetzwerks verbunden sein.
  • Der bidirektionale Koppler richtet eine Fraktion der Eingabe- und/oder der reflektierten Leistung an zwei Leistungsmessgeräte 35 und 36. Das dritte Leistungsmessgerät 36 erfasst einen Anteil der Energie, die in Richtung auf den/die Applikator(en) übertragen wird, wohingegen das zweite Leistungsmessgerät 35 einen Anteil der Leistung erfasst, die in die entgegengesetzte Richtung d.h. weg von den Applikatoren, übertragen wird. Die Leistungsermittlungseinrichtung kann der Steuereinrichtung 45 Signale bereitstellen.
  • Das Verteilernetzwerk kann ebenfalls Kombinatoren 50 und Teiler 51 umfassen, um eine Parallelbearbeitung zu fördern. Diese können Schalter umfassen, so dass die Struktur des Netzwerks variiert werden kann.
  • Allgemein wird das Verteilernetzwerk zum Verteilen der elektromagnetischen Strahlung bereitgestellt, die unter Verwendung des Halbleitersignalgenerators beziehungsweise der Halbleiterverstärker erzeugt beziehungsweise verstärkt wird. Das erzeugte und verstärkte Signal kann auf einen einzelnen oder eine Vielzahl von Applikatoren verteilt werden.
  • Ein Beispiel eines derartigen Netzwerks stellen Koaxialkabel mit Teilern dar, um die Netz-/Signalleitung in so viele Netz-/Signalleitungen wie erforderlich aufzuteilen, um alle getrennten Applikatoren zu speisen. Alternative Wege ein Verteilernetzwerk zu erreichen besteht darin Wellenleiter, Leiterbahnen, etc. zu verwenden. Das Verteilernetzwerk kann, wie in 3, 4, 5 und 6 gezeigt werden wird, ein integraler Teil der Vorrichtungsgestaltung sein.
  • Applikatoren wie beispielsweise 24 können verschiedenen Typs sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden mehrere Merkmale vorzugsweise in dem Applikator umfasst. Mehrere dieser bevorzugten Merkmale werden im Folgenden mit Bezugnahme auf 2 beschrieben. Eine ausführlichere Beschreibung einer Anzahl verwirklichter Applikatoren wird nachfolgend gegeben werden.
  • Die minimalen Erfordernisse eines Applikator sind:
    • a) einen Eingabeanschluss 12,
    • b) einen Probenhalter 1, und
    • c) Einrichtungen, um die Mikrowellenenergie von dem Eingabeanschluss 12 einzudämmen.
  • Um die Operation des Signalgenerators und -verstärkers in Antwort auf die in der Probe (oder durch den Applikatoren reflektierten) absorbierten Leistung zu steuern, muss irgendeine Erfassung der gesamten Leistung, die in dem Applikator absorbiert und dadurch reflektiert wurden, erhalten werden.
  • Um die absorbierte Menge von Leistung (oder Energie, Kraft) in der Probe zu bestimmen, kann der Applikator eine Einrichtung zum Bestimmen der elektromagnetischen Feldstärke umfassen. Der Applikator kann einen Ausgabeanschluss umfassen, der mit einer Last 33 betriebsbereit verbunden ist, die die reflektierte Leistung von dem Applikator absorbiert. Weiterhin sind vierte Leistungsermittlungseinrichtungen 37 mit der Last 33 und der Steuereinrichtung 45 betriebsbereit verbunden. Ebenfalls kann eine Drehrahmen- bezieh ungsweise Peilantenne 13 als eine Mikrowellenempfangseinrichtung wirken. Die Drehrahmenantenne ist mit einer fünften Leistungsermittlungseinrichtung 38 und der Steuereinrichtung 45 verbunden.
  • Die vorstehend erwähnte Last 33 und Drehrahmenantenne 13 werden zum Überwachen und Empfangen der durch die Probe 1 übertragenden Mikrowellen verwendet, indem die Energie zu Leistungserfassungsgeräten 37 oder 38 übertragen wird. Der Unterschied zwischen der ausgestrahlten Leistung an der Probe und der durch die Probe übertragenen/reflektierten Leistung, die mit entsprechenden Leistungserfassungsgeräten abhängig von dem genauen Anordnung erfasst wird, zeigt die Summe der Energieverluste in dem System und die in der Probe absorbierte Energie an. Der Applikator kann durch Erfassen der Systemverluste des nicht belasteten Applikators kalibriert werden bevor die Probe in den Applikator eingefügt wird. Die in der Probe absorbierte Energie wird die Probe im Sinne von dielektrischen Eigenschaften bei einer gegebenen Temperatur und Frequenz charakterisieren. Durch Abtasten der Frequenz innerhalb eines gegebenen Bereichs, beispielsweise 1-4 GHz und Überwachen der Signale von der Last 33 oder Empfangsantenne 13 zusammen mit dem reflektierten Signal von 35, wird ermöglicht dem Vorgang einer chemischen Reaktion zu folgen.
  • Der Applikator kann ebenfalls Sensoren umfassen, die mit der Steuereinrichtung betriebsbereit verbunden sind, um die Applikation von Mikrowellenenergie auf die Probe oder die Proben zu überwachen und zu steuern. Sensoren zum Erfassen beliebiger Parameter, die das Ausmaß des Vorgangs oder der Reaktion charakterisieren, können beispielsweise Druck, Temperatur, pH-Wert und Leitfähigkeit, während des Erhitzens (und beliebigen unbeheizten Zwischenphasen) umfassen. Ein möglicher Temperatursensor für Mikrowellenhohlräume wird in der WO 94/24532 beschrieben. Die Ausgabe von derartigen Sensoren kann ebenfalls eine Erfassung der in der Probe absorbierten Leistungsmenge bereitstellen.
  • Spektrum-Analysatoren können mit der Leistungsermittlungseinrichtung verbunden sein, wobei die Leistungsermittlungseinrichtung frequenzselektiv sein kann, falls das elektromagnetische Signal, das auf den Applikator gerichtet ist, zeitabhängig, beispielsweise gepulst, ist, wobei das reflektierte/übertragene Signal wertvolle Information der Probe ergeben beziehungsweise hervorbringen kann. Diese Analyse kann eine Fourier-Transformation der erfassten Signale umfassen. Dieses Merkmal ist nicht mit dem Applikator spezifisch verbunden, vielmehr besteht es in einer Kombination von Erfassungen von Leistungsmessgeräten an verschiedenen Orten in dem System, zusammen mit Analyseeinrichtungen, die in der Steuereinrichtung umfasst sein können.
  • Der Applikator kann vorzugsweise so eingestellt werden, dass er so abgestimmt werden kann, um Modi zu fördern, die von der verwendeten Frequenz abhängig sind. Es sollte erwähnt werden, dass der Applikator eine quasistatische, Nahfeld, Oberflächenfeld, Einmodus-Hohlraum oder Multimodus-Hohlraum, als auch einen erweiterbaren beziehungsweise offenen Hohlraum aufweist. Der Applikator kann so eingestellt werden, dass dessen Resonanzfrequenz der Frequenz des Signals entspricht, das mit dem Eingabeanschluss 12 verbunden ist, beispielsweise indem bestimmte geometrische Parameter, beispielsweise ein Resonatorstab davon angepasst wird.
  • Die Probe 1 kann in dem Applikator angeordnet sein, wobei jedoch die Probe gewöhnlich in einem offenen oder geschlossenen Probenhalter 2 angeordnet wird. Ein derartiger Probenhalter kann ein integraler Teil des Applikators oder ein getrenntes Reaktionsgefäß aus irgendeinem Material sein, das dazu geeignet ist bei Erhitzungsanwendungen mit Mikrowellen verwendet zu werden. Wie dem Fachmann bekannt sein wird, sollte das den Probenhalter bildende Material vorzugsweise die Mikrowellenenergie nicht absorbieren. Es können verschiedene Polymer- und Glasstypen verwendet werden. Spezifischer Weise können vorzugsweise verschiedene Typen von Wannen, Mikrotiterplatten, etc. verwendet werden, wenn mehrere Proben gleichzeitig erhitzt werden. Eine Vielzahl von Probenhaltern kann in einem Probenhaltersatz angeordnet werden, wobei eine derartige Anordnung ein sehr gleichmäßiges Erhitzen aller Proben gleichzeitig erzeugt.
  • Der Probenhalter kann weiterhin mit einem Probeneinlass und -auslassanschlüssen bereitgestellt werden, um eine Probe in den und aus dem Applikator und den Probenhalter während oder zwischen den Verfahrensschritten oder dem gesamten Prozess zu überführen.
  • Der Freiraum in dem Applikator kann mit einem Inertgas gefüllt sein, um Reaktionen zwischen Gasen und der Probe zu verhindern. Bevorzugt wird jedoch, dass der Probenhalter einen Deckel umfasst. Vorzugsweise umfasst der Applikator mindestens einen Einlass/Auslass, um eine inerte Atmosphäre in dem Raum über der Probe bereitzustellen. Alternativ wird der Raum über der Probe mit einem reaktiven Gas, beispielsweise H2 gefüllt, das bei Hydrierungsreaktionen nützlich ist.
  • Der Applikator sollte vorzugsweise hohen internen Druck aushalten können, der entweder durch die chemische Reaktion gebildet oder intern gebildet wird, um eine Hochdruckatmosphäre als einen Reaktionsparameter zu erzeugen. Hoher interner Druck wird normaler Weise als ein Verfahren verwendet, um die Temperatur der Probe über den Siedepunkt für die Flüssigphase zu erhöhen. Der Druck kann bei einem bestimmten Niveau oder als einem voreingestellten Niveau gehalten werden, das nicht überschritten oder unterschritten werden soll. Ein Drucksystem schließt eine Sicherheitsventilfunktion zum Schutz der unter Druck stehenden Komponenten und personeller Sicherheit ein.
  • Schnelles Kühlen kann ein sehr praktisches Merkmal sein, das in dem Applikator beeinträchtigt werden kann. Werden normalerweise Proben ohne eine Verwendung einer Kühleinrichtung gekühlt, dann ist die Zeitdauer, die die Probe benötigt, um die Umgebungstemperatur zu erreichen, recht lang, was zu unerwünschten Nebenreaktionen und anderen nicht gewollten Phänomenen führt. Ein forciertes beziehungsweise Zwangs-Kühlen kann daher verwendet werden, um die Zeit zu minimieren, die von der Probe benötigt wird eine bestimmte Temperatur zu erreichen. Die Kühleinrichtung kann von einer beliebigen Art, beispielsweise zirkulierende Luft, zirkulierendes Wasser oder andere flüssige Kühlmedien, Peltierelemente, etc. sein. Die Kühleinrichtung kann ebenfalls dazu verwendet werden, um die Temperatur während des Prozesszyklus zu steuern. Eine wichtige Anwendung der Kühleinrichtung besteht dahingehend, wo Temperaturwechsel der Probe wünschenswert ist. Ein vorprogrammierter Temperaturwechsel beziehungsweise -zyklus wird verwendet, um das Erhitzen der Probe mit Mikrowellen und das Kühlen der Probe unter Verwendung der Kühleinrichtung zu steuern. Ein Beispiel einer derartigen Anwendung eines Temperaturwechsels besteht in der Ausführung der PCR-Reaktion (Polymerase-Ketten-Reaktion).
  • Die Steuereinrichtung 45 weist eine, in 2 gezeigte, zentrale Funktion auf. Die Steuereinrichtung ist ein auf einem Computer basierendes System zum Steuern (Laufzeitsteuerung) und Programmieren der Vorrichtung und deren gesamten Module/Komponenten.
  • Die Steuereinrichtung 45 kann mit einem oder mehreren PCs in einem Netzwerk als eine Benutzerschnittstelle und/oder Recheneinrichtung für einen oder mehrere Mikrowellenvorrichtungen verbunden sein. Auf diese Weise werden Speichereinrichtungen zum Speichern von Daten und/oder bearbeiteter Daten und/oder Daten verfügbar, die bestimmte Prozessparameter betreffen.
  • Das der Generatoreinrichtung 28 durch die Steuereinrichtung 45 bereitgestellte Steuersignal, variiert entsprechend einer ersten Funktion des von dem Applikator 24 zurückreflektierten oder übertragenen Signals, wobei das zurückreflektierte oder übertragene Signal durch eine der Leistungsermittlungseinrichtungen 34-38 detektiert wird. Das durch die Steuereinrichtung der Verstärkereinrichtung bereitgestellte Steuersignal, variiert entsprechend einer zweiten Funktion des von dem Applikator zurückreflektierten und/oder übertragenen Signals, wobei das zurückreflektierte oder übertragene Signal durch eine der Leistungsermittlungseinrichtungen 34-38 detektiert wird.
  • Das Steuersignal, das der Generatoreinrichtung 28 bereitgestellt wird, bestimmt die Ausgabefrequenz, das der Verstärkereinrichtung 29 und 30 bereitgestellte Steuersignal bestimmt die Amplitude des verstärkten Signals. Die Amplitude des verstärkten Signals kann als eine Funktion der Zeit variieren.
  • Das Steuersystem weist drei unterschiedliche Operationsmodi auf:
    • 1) Heizmodus
    • 2) Überwachungsmodus
    • 3) Programmiermodus.
  • Wird die Steuereinrichtung 45 im Heizmodus betrieben, dann werden an die Konfiguration der Steuereinrichtung spezifische Erfordernisse gestellt. Die Steuereinrichtung kann die Ausgabeleistung von dem Verstärkersignal 29 und dem Leistungsverstärker 30 einstellen und steuern. Weiterhin kann die Steuereinrichtung das durch den Signalgenerator 28 erzeugte Signal modulieren, um so ein Ausgabesignal zu erzeugen, das eine Funktion der Zeit, wie beispielsweise eine Rechteck- oder Dreieckwellenform, ist. In dem gleichen Zusammenhang muss der Arbeitszyklus des Signals einstellbar sein, um die Leistung des zugeführten Signals zu verringern.
  • Das vorstehend erwähnte Merkmal wird durch Applizieren eines ersten Steuersignals auf den Signalverstärker 29 und ein zweites Steuersignal auf den Leistungsverstärker 30 bereitgestellt.
  • Ein anderes Merkmal, das in die Steuereinrichtung eingebaut werden muss, ist die Fähigkeit die Ausgabefrequenz des Signalgenerators zu steuern. Ebenfalls müssen die zu den Frequenzabtastungen bezüglichen Einstellungen, d.h. Startfrequenz, Stoppfrequenz, Frequenzauflösung und Abtastzeit von der Steuereinrichtung gesteuert werden können. Die Startfrequenz liegt in dem Bereich von 0,5-300 GHz, vorzugsweise in dem Bereich von 1-30 GHz. Bestimmte Werte, zwischen denen die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung variiert wird, liegen in dem Bereich von 0,5-300 GHz, vorzugsweise in dem Bereich 1-30 GHz.
  • Weiterhin sollte die Prozesszeit für einen vollständigen Vorgang oder Teile des Prozesses, sofern mehr als ein Schritt beteiligt ist, gesteuert werden können.
  • Erfassen der Eingabeleistung in dem Applikator wird durch ein Leistungsmessgerät 36 erreicht, wobei jedoch die optimale Position des Leistungsmessgerätes 36 von der genauen Konfiguration des Verteilernetzwerks abhängig ist. Auf ähnliche Weise wird die reflektierte Leistung von dem Applikator mit den Leistungsmessgeräten 34 oder 35 erfasst, wohingegen 37 oder 38 die aus dem Applikator gekoppelte Leistung erfassen. Die in dem Applikator absorbierte Leistung kann durch Kalibrieren der Vorrichtung mit einem leeren Hohlraum erfasst werden, um die Verluste in dem Applikator zu erfassen. Diese Kalibrierung kann innerhalb des Frequenzbereichs ausgeführt werden, in dem die Probe bearbeitet wird. Durch Subtrahieren der reflektierten Leistung und der Verlustleistung eines leeren Applikators kann die absorbiere Energie berechnet werden.
  • Das durch die Leistungsmessgeräte 34 bis 38 erfasste Leistungssignal wird an die Steuereinrichtung übertragen, um so zum Steuern der Frequenz des Signalgenerators 28 und/oder der Verstärkung des Signalverstärkers 29 und/oder des Leistungsverstärkers 30 verwendet zu werden.
  • Die Steuereinrichtung 45 kann ebenfalls Steuersignale für Systemkomponenten-Richtungskoppler 32, Zirkulatoren 31, etc. bereitstellen. Die Steuereinrichtung kann andere Typen einer Signalbearbeitung bereitstellen. Die Steuereinrichtung kann Probenparameter, wie beispielsweise Temperatur, Druck, pH-Wert, Leitfähigkeit, etc. unter Verwendung der vorstehend erwähnten Sensoren steuern und überwachen. Falls ein Parameter einen bestimmten Wert beziehungsweise bestimmte Werte erreicht, kann durch laufendes Erfassen derartiger Parameter die Steuereinrichtung antworten beziehungsweise reagieren. Es ist möglich einen Maximalwert, der während des Prozesses nicht überschritten wird und einen Minimalwert einzustellen, der während des Prozesses nicht unterschritten wird.
  • Ein Bestimmen des Koppelns zwischen der elektromagnetischen Strahlung und der Probe und des Variierens der Frequenz und der Leistung der Strahlung ist wesentlich. Weiterhin kann die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung in Antwort auf eine Änderung des Niveaus des Rückkopplungssignals durch mehr als einen bestimmten Schwellenwert geändert werden. Daten, die die Frequenz und die Kopplungseffizienz – erfasst als ein Reflexionsfaktor – zwischen der elektromagnetischen Strahlung und Probe 1 betreffen, können in einem Speicher zur weiteren Bearbeitung gespeichert werden.
  • In dem Überwachungsmodus ist eine Abtastfunktion verfügbar, die das Signal von einem ersten Abtasten (ergibt eine gerade Grundlinie) normalisiert und den Unterschied von der normalisierten Grundlinie, während einer Anzahl nachfolgender Abtastzyklen detektiert. Verfolgen und Sichern (Locking) der Frequenz, die die maximale Leistung ergibt, die in der Probe 1 absorbiert wurde, bewegliche Maxima stellen ein anderes verfügbares Merkmal dar. Die Frequenz des Mikrowellengenerators 28 kann bis zu einem Ausmaß von mindestens ± 30 % um eine mittlere Frequenz/Mittelfrequenz eingestellt werden.
  • Wird die Vorrichtung im Programmiermodus betrieben, muss für den Operator unter Verwendung einer eingebauten höheren Verfahrens-Programmiersprache die Möglichkeit zum Erzeugen, Speichern, Abrufen und Editieren verfügbar sein. Ein Verfahren ist eine vorprogrammierte Sequenz von Ereignissen, wobei jedes Ereignis mindestens einen Prozess als Eingabe aufweist. Ein Prozessparameter ist beispielsweise Leistung, Zeit, Druck, etc..
  • Die Vorrichtung kann ebenfalls Einrichtungen zum Sammeln und Bearbeiten aller Prozessdaten umfassen, wobei die Daten in einer internen und/oder externen Datenbank gespeichert und/oder daraus abgerufen werden.
  • Unter Verwendung einer Vorrichtung mit den Überwachungs- und Steuereinrichtungen, kombiniert mit mindestens einem der folgenden variablen Parameter: Frequenz, Wellenform, Leistung, Zeit, Temperatur, Druck, künstliche Atmosphäre, können diese optimalen Bedingungen für die chemische Reaktion optimiert und beibehalten werden.
  • Erneut wird in 2 eine Vorrichtung für durch Mikrowellen gestützte chemische und biologische Reaktionen dargestellt. Eines der Hauptmerkmale der Vorrichtung ist auf ein Optimieren der Reaktionsbedingungen für die chemische Reaktion gerichtet. Ein anderer Satz von Merkmalen der Vorrichtung ist auf ein Überwachen und ein Steuern der optimierten Bedingungen für die chemische Reaktion gerichtet. Noch ein anderer Satz von Merkmalen ist auf Prozessdatensammlung, Datenbearbeiten, Speichern und Abrufen von Daten von einer internen und/oder externen Datenbank gerichtet.
  • Reagieren zwei oder mehr Ausgangsmaterialien chemisch, dann werden sie Änderungen in deren physikalischen und chemischen Eigenschaften ausgesetzt. Diese Änderungen bei den Eigenschaften sind gewöhnlich von der Temperatur abhängig. Chemische Reaktionen werden häufig bei erhöhter Temperatur ausgeführt, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen oder um ausreichend Energie zuzuführen, um eine Reaktion zu initiieren und aufrechtzuerhalten. Die Form zugeführter Energie kann thermische Strahlung, Ultraschall, Mikrowellen, etc. sein. Im Falle von zugeführter Energie in Form von Mikrowellen ist die in die reagierenden Materialien übertragene Energie von den dielektrischen Eigenschaften der Ausgangsmaterialien und der während der chemischen Reaktion daraus gebildeten Materialien abhängig. Die dielektrischen Eigenschaften sind von der Temperatur abhängig und werden folglich während des chemischen Prozesses variieren. Aufgrund einer Bildung von neuen Materialien in der chemischen Reaktion werden ebenfalls Änderungen in dielektrischen Eigenschaften auftreten. Die dielektrischen Eigenschaften von Materialien sind ebenfalls bekannt sich mit der Frequenz zu ändern.
  • In einer Vorrichtung mit Frequenzabstimmung wird bei einer spezifischen Frequenz ein Optimum gekoppelter Energie in der Reaktion auftreten. Diese Frequenz wird sich entsprechend der Temperatur in der Reaktion entsprechend mit der Abhängigkeit der Probenpermissivität ε' gegenüber der Temperatur ändern.
  • Der Ausdruck "chemische Reaktion" soll eine beliebige anorganische und organische Reaktion bedeuten, der die Bildung oder das Ausbrechen einer (kovalenten) Bindung zwischen zwei Atomen, als auch Conformer-Reaktionen von Clustern und großen Molekülen einschließt. Es sollte klar sein, dass der Ausdruck ebenfalls Reaktionen einschließt, bei denen Enzyme als Katalysatoren, beispielsweise die Polymerase-Ketten-Reaktion (PCR) und ähnliche Reaktionstypen beteiligt sind. Die chemische Reaktion ist vorzugsweise eine Reaktion, die organische Verbindungen, d.h. organische Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht und biologisch organische Verbindungen (beispielsweise Enzyme) einschließt. Weiterhin wird bevorzugt, dass eine Umwandlung der chemischen Konstitution von einer oder mehreren organischen Verbindungen stattfindet.
  • Die chemischen Reaktionen sind gewöhnlich organische chemische Reaktionen auf die nahezu alle bekannten Reaktionen anwendbar sind. Gewöhnliche Reaktionen sind Polymerisation/Oligomerisation, Veresterung, Decarboxylierung, Veresterung, Hydrierung, Dehydrierung, Addition, wie beispielsweise 1,3-bipolare Addition, Oxidation, Isomerisierung, Acylierung, Alkylierung, Amidierung, Arylierung, Diels-Adler-Reaktionen, wie beispielsweise Maleinisierung und Fumarisierung, Epoxidation, Formylierung, Hydrocarboxylierung, Hydroborierung, Halogenierung, Hydroxylierung Hydrometallierung, Reduktion, Sulfonierung, Aminomethylierung, Ozonierung, etc.. Es wird angenommen, dass die Vorrichtung und die Verfahren gemäß der Erfindung für Reaktionen, die einen oder mehrere Katalysatoren einschließen und für asymmetrische organische Reaktionen, besonders geeignet sind.
  • Die chemische Reaktion kann in einem geeigneten Lösungsmittel oder in unvermischter Form ablaufen. Wird ein Lösungsmittel verwendet, wird bevorzugt, dass der dielektrische Verlustfaktor (oder Dielektrizitätsverlust) bei Raumtemperatur größer als 0,04 ist. Beispiele geeigneter Lösungsmittel sind Acetonitril, DMF, DMSO, NMP, Wasser, tert-Butanol, EtOH, Benzonitril, Ethylenglycol, Aceton, THF. Die Frequenz der erzeugten elektromagnetischen Strahlung kann auf die Absorptionsbanden/-spitzen für das verwendete Lösungsmittel abgestimmt werden.
  • Die chemischen Reaktionen schließen gewöhnlich ein Ausgangsmaterial (Substrat oder "chemische Spezies"), ein Reagenz und wahlweise einen Katalysator (beispielsweise ein Enzym, wie eine thermostabile DNA-Polymerase) ein. Das Ausgangsmaterial kann eine beliebige chemische Substanz sein, die sich in einer beliebigen Phase, Festphase, Flüssigphase oder Gasphase befindet. Von den Ausgangsmaterialien werden alle Materialien umfasst, die beispielsweise für feste Träger von Reaktanden bei chemischen Reaktionen verwendet werden. Ausgangsmaterialien umfassen ebenfalls alle Materialien (chemische Substanzen), die unter der chemischen Reaktion gebildet und als neues Ausgangsmaterial für eine nachfolgende chemische Reaktion betrachtet werden können, die während des gleichen Prozesses oder in einem neuen Prozess in der gleichen Vorrichtung ausgeführt werden. Ausgangsmaterial oder Reagenzien können ebenfalls in der Gasphase einer künstlichen Atmosphäre umfasst sein. Das chemische Endprodukt aus einer vorherigen chemischen Reaktion, die in der Vorrichtung ausgeführt wurde, sollte ebenfalls als Ausgangsmaterial für eine nachfolgende chemische Reaktion, die in der Vorrichtung ausgeführt wird, betrachtet werden.
  • Der Applikator 24 umfasst einen Hohlraum oder Hohlräume, um Mikrowellenenergie auf eine oder mehrere Proben 1 anzuwenden beziehungsweise zu applizieren. Es sollte klar sein, dass die verschiedenen Typen von Hohlräumen und Anordnungen von Hohlräumen unterschiedliche Ausführungsformen des Applikators in der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen. Da die Vorrichtung prinzipiell einen Applikator eines beliebig bekannten Typs (obwohl mit unterschiedlichen Erfolgsgrad) einbeziehen kann, ist die vorliegende Erfindung nicht auf die spezifisch erwähnten Varianten beschränkt. Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen, die unterschiedliche Applikatorgestaltungen und Grad von Parallelbearbeitung zeigen, beschrieben. Diese Ausführungsformen können als Applikator 24 in Bezug auf 1 und 2 dienen.
  • 3 stellt eine Anzahl von Hohlräumen in einer Anordnung dar. Diese Anordnung kann eine Mikrotiterplatte 4 sein, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Jeder Hohlraum ist durch einen Deckel 6, eine Bodenplatte 8 und ein äußeres Metallrohr 17 definiert. Jeder Hohlraum umfasst einen Probenhalter 2, einen Resonatorstab 16, um die Resonanzfrequenz des Hohlraums einzustellen, Eingabe- und Ausgabesignal-Drehrahmenantennen 18 und wahlweise einen Gas-Einlass/-Auslass 15. Die Mikrowellen werden induktiv durch Drehrahmenantennen 18, wie in 3 gezeigt, eingeführt, wobei sie alternativ kapazitiv über ein Verteilernetzwerk, das die gesamte Anordnung speist, eingeführt werden können. Die Probe wird an dem Resonatorstab 16 in dem äußerem Rohr 17 des Hohlraums angeordnet. Die Länge des Resonatorstabs kann, um die Resonatorfrequenz des Hohlraums zu ändern, eingestellt werden. Alle Komponenten werden miteinander elektrisch verbunden, um einen geschlossenen elektrischen Stromkreis zu bilden. Der Hohlraum kann unter Druck gesetzt und unter eine künstliche Atmosphäre gestellt werden.
  • Eine andere Anwendung wird in 4A und B dargestellt, in der vier Probenvertiefungen 9 symmetrisch in einem Probenhaltersatz angeordnet sind. Ein abschirmender Metallkäfig 3, der ebenfalls als ein Hohlraum dient, umgibt die vier Probenhalter. Die die Mikrowelle übertragende Einrichtung 5 ist in der Mitte des zwischen den durch die vier individuellen Probenhaltern definierten Raum, angeordnet, und wodurch die vier Proben 1 gleichzeitig bestrahlt werden. Daher wird in der in 4 dargestellten Ausführungsform eine Anzahl (in dem Beispiel 4) von Proben parallel bearbeitet. Wie in 4B dargestellt, kann eine Vielzahl von Hohlräumen in einer Anordnung angeordnet werden, die ähnlich zu der in Bezug auf 3 beschriebenen Anordnung ist.
  • 5 stellt eine Konfiguration dar, in der die Übertragungs- oder Empfangseinrichtungen 12 beziehungsweise 13 auf der Bodenplatte 8 angebracht sind und bei der diese Einrichtungen eine Anordnung bilden. Der Deckel 6 ist an der Oberseite der Platte angebracht, wobei die Empfangs- oder Übertragungseinrichtung 13 oder 12 an dem Deckel angebracht sein können. Die Bodenplatte oder der Deckel können, sind jedoch nicht auf eine Mikrotiterplatte beschränkt. Die Bodenplatte 8 und der Deckel 6 definieren einen Hohlraum mit einem Metallrohr 3. Ein Gefäß beziehungsweise Fläschchen, das aus einem geeigneten Material (Glass oder ein Polymer, beispielsweise Polystyren) hergestellt ist, wird in das Metallrohr eingefügt, um als ein Probenhalter 2 zu dienen. Eine Kühleinrichtung kann an der Bodenplatte angebracht sein. Um die nicht absorbierte Mikrowellenenergie abzuleiten, kann der Deckel ein Mikrowellen absorbierendes Material umfassen. Die Kühleinrichtung kann ebenfalls an dem Deckel angebracht sein, um sich um die abgeleitete Energie zu kümmern. Ein Einlass/Auslassanschluss 15 für eine künstliche Atmosphäre kann an dem Deckel und/oder der Bodenplatte angebracht sein. Das Reaktionsgefäß kann unter Verwendung der künstlichen Atmosphäre oder durch intern erzeugten Druck aus der chemischen Reaktion unter Druck gesetzt werden. Eine Feldbegrenzung kann unter Verwendung eines Körpers mit hoher Permittivität beziehungsweise dielektrischer Leitfähigkeit bei 12 oder 13 erreicht werden. Dadurch kann der Deckel entfernt und der Applikator ein erweiteter Applikator werden.
  • 6 stellt eine Mikrotiterplatte mit einer individuellen Antenne 5 für jede Probenvertiefung dar, in der die Antenne in der Probenvertiefung eintaucht beziehungsweise versinkt. Probenvertiefungen werden in einer Anordnung angeordnet, wobei ein Metallrohr 3 jede Vertiefung als ein Schutzschild umgibt. Ein Glass- oder Kunststoffprobenhalter 2 wird gewöhnlich in das Metallrohr 3 eingefügt, um als ein Probenhalter zu dienen. Wie im Fall der Ausführungsformen von 3 und 5 wird jede Probe individuell bearbeitet.
  • Allgemeine Richtlinien und Instruktionen für die Arbeit mit Mikrowellen und den Konstruktionen der Mikrowellenhohlräume werden, beispielsweise in Gabriel et al., Chem. Soc. Rev. 27 (1998), 213-223 und in Microwave Engineering, Harvey (ed.), Academic Press, London 1963 (insbesondere Kapitel 4-6) beschrieben.
  • Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist geeignet mindestens ein Reaktionsgemisch (Probe) zu erhitzen, das mindestens eine organische Verbindung umfasst. Das Reaktions gemisch oder jedes der Reaktionsgemische (Proben) kann weiterhin ein oder mehrere Reagenzien und wahlweise einen Katalysator (beispielsweise ein Enzym) umfassen.
  • In einer besonders interessanten Ausführungsform ist die Vorrichtung dazu angepasst zwei oder mehr Reaktionsgemische gleichzeitig oder sequentiell oder intervallartig zu erhitzen.
  • In einer wichtigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine Vielzahl von chemischen Reaktionen parallel ausgeführt. Dies ist aufgrund der kosteneffizienten Bauweise der Vorrichtung gemäß der Erfindung realistisch. 1 stellt die Prinzipien dar, die hinter der parallelen Bearbeitung einer Vielzahl von Proben stehen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum gleichzeitigen oder sequentiellen Ausführen einer Vielzahl von chemischen Reaktionen, gemäß der vorstehend beschriebenen dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, dar.
  • Diese und die folgenden Verfahren werden alle unter Verwendung der hier definierten Vorrichtung geeignet ausgeführt.
  • Die Tatsache, dass die elektromagnetische Strahlung an jede Probe (beispielsweise bezüglich der Frequenz, Heizzeit, Leistung, Pulsen des Signals, Signalzyklen, etc.) angepasst werden kann, ist beispielsweise bei Optimierungsprozessen wichtig und bei der Konstruktion von Bibliotheken von chemischen Verbindungen. In dem letzteren Fall können jegliche Unterschiede in einer Reaktivität unter den verschiedenen Reagenzien und verschiedenen Substraten (und Enzymen) durch die Vorrichtung kompensiert werden. Folglich wird in einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Vorrichtung verwendet, um eine kombinatorische Bibliothek von Verbindungen (mindestens 4 Verbindungen) herzustellen. Außerdem können die Vorrichtung und die Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, um eine große Anzahl von Verbindungen in einem parallelen Prozess herzustellen, in dem die Verbindungen nicht Teil der kombinatorischen Bibliothek sind, d.h. wobei die Verbindungen keine gemeinsamen strukturellen Merkmale teilen. Dies ist in einem parallelen Prozess möglich, da die Vorrichtung die Anwendung der elektromagnetischen Strahlung auf jede Probe unabhängig koppeln kann. Eine weitere interessante Variante besteht in der durchgängigen Präparation von Verbindungen unter Verwendung eines Probenhalters, der einen Probeneinlass und einen Probenauslass aufweist. In der letzteren Situation kann eine Probe in einen Probenhalter eingefügt werden, der als eine Schleife oder Spirale eines Rohrs ausgebildet ist, wobei eine Spüllösung anschließend durch den Probeneinlass eingeführt, wodurch die Probe aus dem Probenhalter durch den Probenauslass herausgedrängt und anschließend eine neue Probe eingeführt wird. Aufgrund der relativ geringen Reaktionszeit unter den Mikrowellenheizbedingungen kann eine große Probenanzahl parallel (mehrere Probenhalter) oder sequentiell (ein Probenhalter) bearbeitet werden.
  • Die Prozessparameter, d.h. bezüglich der Frequenz und der Leistung der elektromagnetischen Strahlung, werden durch die Steuereinrichtung (45) gesteuert. Wie aus dem vorstehenden klar sein sollte, wird die elektromagnetische Strahlung vorzugsweise durch einen auf Halbleitern basierenden Signalgenerator bereitgestellt, insbesondere durch eine, wie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definierten Vorrichtung. Bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise falls Heiz/Kühl-Zyklen erforderlich sind, wird die elektromagnetische Strahlung vorzugsweise intervallartig angewendet. Alternativ kann eine beliebige Kühleinrichtung intervallartig aktiviert werden.
  • Wie vorstehend erwähnt, wird die elektromagnetische Strahlung auf jede der Proben spezifisch eingestellt, d.h. für jede/n Probe/Probenhalter werden die Prozessparameter unabhängig ausgewählt. Das heißt, dass jede der Proben unter unterschiedlichen Bedingungen bearbeitet wird, oder dass Probensätze unter im Wesentlichen identischen Bedingungen behandelt werden, wobei jedoch die Bedingungen von anderen Probensätzen verschieden sind, oder dass alle Proben unter im Wesentlichen identischen Bedingungen behandelt werden. Falls ein Satz von Proben unter im Wesentlichen identischen Bedingungen behandelt wird, kann es vorteilhaft sein, einen wie in 4 im Wesentlichen dargestellten, Applikator zu verwenden, wobei die Probenhalter in Sätzen gesammelt beziehungsweise gefasst werden, die zwei oder mehr Probenhalter (ein Satz von vier Probenhaltern ist in 4 gezeigt) umfassen. Derartige Probenhaltersätze weisen 2-1000 Probenhalter, gewöhnlich von 3-96 Probenhalter auf.
  • Mit der Vorrichtung können Daten als Ausdruck des Prozesses und der Beendigung einer chemischen Reaktion erzeugt werden. Derartige Daten können in einer Datenbank gespeichert werden, die mit der Steuereinrichtung betriebsbereit assoziiert ist. Weiterhin kann eine Datenbank mit Information bezüglich des Produkts bereitgestellt sein, das aus der chemischen Reaktion hervorgeht, beispielsweise Reinheit, optische Reinheit, Ausbeute, etc.. Falls eine Vielzahl von Reaktionsgemischen gleichzeitig in getrennten Hohlräumen unter unterschiedlichen Bedingungen (beispielsweise Bedingungen bezüglich der Frequenz, Heizzeit, Heizzyklen, Heizleistung, Konzentration von Reagenzien, Substrat und ein beliebiger Katalysator, Signalgestalt, reflektierte Leistung, übertragene Leistung, Temperatur, Druck, künstliche Atmosphäre, Typ eines Probengefläschchen, etc.) oder nachfolgend in den gleichen oder getrennten Hohlräumen unter unterschiedlichen Bedingungen erhitzt werden, werden derartige Daten nach genauer Analyse (beispielsweise automatische statistische Analyse) eine einzigartige Möglichkeit bereitstellen die Reaktionsbedingung für nachfolgende ähnliche chemische Reaktionen zu optimieren. Die bearbeiteten Daten können mit einem geeigneten Analyseverfahren analysiert und ausgewertet werden, um optimale Parametereinstellungen und Bedingungen aufzufinden. Das Ergebnis von dem Prozess kann durch multivariante Datenanalyse zur Optimierung bearbeitet werden.
  • Weiterhin kann ein Satz geeigneter Reaktionsbedingungen für nachfolgende Reaktionen des gleichen Typs, beispielsweise Substitutionsreaktionen unter Verwendung einer spezifischen Katalysatorenklasse, Diels-Adler-Reaktionen unter Verwendung spezifischer Substrate, etc., bereitgestellt werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass derartige Daten für optimale (oder geeignete) Prozessparameter für eine Anzahl von Standardtypreaktionen durch den Anbieter der Vorrichtung identifiziert sein können und zusammen mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung bereitgestellt werden. Folglich umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform, in der die Speichereinrichtung mit der Steuereinrichtung assoziiert ist, einen Abschnitt, der für bestimmte Prozessparameter gestaltet ist. Ein derartiger Abschnitt kann als eine ersetzbare Speicherkarte (oder eine "Smart Karte beziehungsweise Chipkarte") ausgebildet sein, die regelmäßig durch den Anbieter der Vorrichtung aktualisiert und dem Benutzer der Vorrichtung bereitgestellt werden kann.
  • Folglich betrifft die vorliegende Erfindung ebenfalls ein Verfahren und die Verwendung, wie vorstehend, wobei die Frequenz der elektromagnetischen Strahlung, die der Probe in dem Applikator zugeführt wurde, das Niveau beziehungsweise der Pegel von übertragener Leistung und die Zeitdauer einer Anwendung der elektromagnetischen Strahlung, durch voreingestellte Werte für die in Frage stehende chemische Reaktion bestimmt wird, wobei derartige voreingestellte Werte in einer Speichereinrichtung gespeichert werden, die mit der Steuereinrichtung der Vorrichtung assoziiert ist.
  • Als eine weitere wichtige Ausführungsform, die vorstehend als die neunte Ausführungsform beschrieben wurde, liegt die vorliegende Erfindung als Kit für chemisches Umsetzen einer chemischen Spezies mit einem Reagenz vor, wahlweise unter der Wirkung eines Katalysators, wobei die chemische Reaktion beziehungsweise Umsetzung in einer Vorrichtung ausgeführt wird, wie sie in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung definiert wurde.
  • Bei der neunten Ausführungsform sollte klar sein, dass der mit dem Kit bereitgestellte Probenhalter ein oder mehrere notwendige Reagenzien und/oder einen beliebig geeigneten Katalysator umfasst, so dass der Benutzer dem Probenhalter lediglich die chemischen Spezies bereitzustellen braucht. Das Lösungsmittel (falls ein Lösungsmittel notwendig oder wünschenswert ist) wird vorzugsweise ebenfalls mit dem Kit bereitgestellt, um so zu gewährleisten, dass das Reagenz und der Katalysator vollständig gelöst/dispergiert wird. Alternativ kann der Probenhalter das Reagenz und/oder den Katalysator in immobilisierter Form beinhalten, um so die Isolation des Produktes der chemischen Reaktion zu fördern.
  • Mit der Vorrichtung kann eine Vielzahl von anderen Verfahren zum Ausführen chemischer Reaktionen ausgeführt werden. In einer Ausführungsform wird der Prozess der Reaktion gleichzeitig durch Abtasten der Probe überwacht, bevor (Referenzsatz von Reflexionsfaktoren) und nach Applizieren der elektromagnetischen Strahlung. Wird ein Satz von Reflexionsfaktoren nach und vor (Referenzsatz) Erhitzen verglichen, dann kann der Verlauf bestimmt werden. Vergleich von Mikrowellensignalen zwischen einer Referenzsituation (leerer Applikator) und einer Situation, in der eine Probe in einen Applikator eingefügt wurde, ist in der US-P-5,521,360 beschrieben. Bezüglich der vorliegenden Erfindung können die Prozessparameter durch die Steuereinrichtung (45) in Antwort auf die erfassten Sätze von Reflexionsfaktoren variieren. Diese Sätze von Kopplungseffizienzen können vorzugsweise normalisiert und/oder vor Vergleich transponiert werden.
  • Die vorliegende Erfindung stellt daher ein Verfahren zum Ausführen einer chemischen Reaktion gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschreiben, bereit.
  • In einer faszinierenden Variante (die "Biosensor beziehungsweise biologischer Sensor"-Variante) des vorstehenden Verfahrens wird der erste (Referenz) Unterschied der Frequenz, (Schritt (b)) (ein "Abtasten"), vor Einführen von chemischer Substanz zu der Probe ausgeführt. Die Probe kann ein Enzym oder ein biologisches Molekül oder eine Zelle umfassen, für die die chemische Substanz ein Substrat oder ein Ligand ist. Das nachfolgende "Abtasten" wird dann ausgeführt und der Unterschied im Reflexionsfaktor wird erwartungsgemäß die Wechselwirkung zwischen der chemischen Substanz und den Komponenten der Probe widerspiegeln. Diese Ausführungsform kann eine besonders interessante Variante zum Untersuchen der Wechselwirkung zwischen einem Liganden/Substrat und einem Enzym darstellen. Das Heizen (Schritt (c)) wird häufig in dieser Variante weggelassen. Weiterhin wird ein Wiederholen der Schritte lediglich notwendig sein, um die erwähnten Wechselwirkungen über die Zeit zu untersuchen, wobei andererseits lediglich ein Vergleich zweier Sätze von Reflexionsfaktoren notwendig sein wird.
  • Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Identifizieren einer Minimums-Reflexion (oder zwei oder mehr Minima) bereit, um elektromagnetische Strahlung (insbesondere dort wo der bestimmte Bereich die Frequenz umfasst, die optimales Koppeln zwischen der elektromagnetischen Strahlung und der Probe bereitstellt) zu applizieren. Das heißt, dass die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Ausführen einer chemischen Reaktion gemäß der fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, bereitstellt.
  • Die Erfindung stellt ebenfalls ein Verfahren zum Auffinden einer Frequenz bereit, die während Ausführen einer chemischen Reaktion, einen lokalen (oder globalen) Reflexionsfaktor darstellt, das heißt, ein Verfahren zum Ausführen einer chemischen Reaktion gemäß der vorstehend beschriebenen sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die Erfindung stellt weiterhin ein Verfahren zum Auffinden einer Frequenz bereit, wobei, während Ausführen einer chemischen Reaktion, der Reflexionsfaktor ein bestimmtes Niveau aufweist, das heißt ein Verfahren zum Ausführen einer chemischen Reaktion gemäß der vorstehend beschriebenen siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • In einer besonders interessanten Ausführungsform des hier beschriebenen Verfahrens umfasst jede Probe mindestens ein Enzym und wobei weiterhin jede Probe ein PCR-Gemisch ist.
  • Die PCR-Reaktion stellt eine besonders interessante Anwendung für die Vorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar, da die Vorrichtung Einrichtungen bereitstellt, um die genau applizierte Energie (und dadurch die Temperatur eines PCR-Fläschchens) zu variieren und zu pulsen beziehungsweise zu takten. Weiterhin umfasst die Vorrichtung Einrichtungen zum Steuern und Überwachen des Verlaufs der PCR-Reaktion.
  • Die PCR-Technik wird allgemein in der US-P-4,683,202 und US-P-4,683,196 beschrieben. Die Verwendung von Mikrowellenstrahlung zum Heizen von PCR-Gemischen ist bekannt, dass heißt aus der WO 91/12888, WO 95/15671 und WO 98/06876, wobei jedoch ein Bearbeiten unter Verwendung der Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung noch nie da gewesene Vorteile gegenüber den bekannten Systemen bereitstellt. Allgemeine Vorschriften zum Umgang und Bearbeiten von PCR-Gemischen (beispielsweise Temperaturbereiche und Zyklenzahl und Zeiten) können in WO 98/06876 gefunden werden. Ein gewöhnliches Beispiel eines Temperaturzyklus für eine PCR ist eine Denaturierungsheizschritt auf bis zu ungefähr 80-100°C (beispielsweise 0,5-3 Minuten), ein Kühlschritt, bei dem das Gemisch auf ungefähr 20-40°C (beispielsweise 0,1-1 Minute) gebracht wird und ein Polymerisationsschritt bei ungefähr 55-75°C (beispielsweise für 1-5 Minuten). Eine vollständige Vermehrungsrektion schließt gewöhnlich 15-100 Zyklen, beispielsweise ungefähr 25-35 Zyklen ein.
  • Mit Bezug auf die Erfindung kann die Applikation von Energie sehr genau gesteuert und die Energie in steuerbaren Dosen appliziert und die Proben sehr schnell gekühlt werden, um so die Kühlschritte zu verringern. Weiterhin kann der Verlauf der Reaktionen durch Applizieren eines Mikrowellensignals mit geringer Intensität auf das Reaktionsgemisch, beispielsweise in jedem Kühlschritt, überwacht werden, um so die Vollendung beziehungsweise Vollständigkeit (relativ zu bestimmten Kriterien) der Reaktionen zu bestimmen. Daher wird die elektromagnetische Strahlung vorzugsweise in Zyklen von mindestens zwei Niveaus beziehungsweise Ebenen appliziert, wobei die Proben zumindest während eines Teils von jedem Zyklus gekühlt werden. Die mindestens zwei Niveaus können die Temperaturniveaus von 80-100°C und 55-75°C darstellen. Gewöhnlich wird das Kühlen gestartet, um ein Temperaturniveau von 20-40°C zu erreichen. Das Kühlen kann ebenfalls konstant (beispielsweise in der Form eines Kühlblocks (Bodenplatte), um einen steileren Kühlgradienten zu erhalten) appliziert werden.

Claims (25)

  1. Vorrichtung zur Versorgung einer Vielzahl von Applikatoren (24) mit elektromagnetischer Strahlung, wobei ein jeder aus der Vielzahl von Applikatoren dafür eingerichtet ist, ein Reaktionsgefäß (2) zu fassen, das eine Probe (1) enthält, die elektromagnetischer Strahlung auszusetzen ist, während das Reaktionsgefäß in einem aus der Vielzahl von Applikatoren angeordnet ist, welche Vorrichtung Folgendes umfasst: a) eine Vielzahl von Generatoreinrichtungen (28) zum Erzeugen von Wellen elektromagnetischer Strahlung, wobei eine jede aus der Vielzahl von Generatoreinrichtungen im Stande ist, elektromagnetische Strahlung mit einer Vielzahl von Frequenzen zu erzeugen, b) eine Leiteinrichtung (32) zum Leiten mindestens eines Teils einer erzeugten Welle elektromagnetischer Strahlung zu mindestens einem Applikator aus der Vielzahl von Applikatoren, und c) eine Steuereinrichtung (45) zum individuellen Steuern der Vielzahl von Generatoreinrichtungen als Antwort auf ein Steuersignal, welches Steuersignal den Zustand einer Probe in einem Applikator widerspiegelt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der eine Anzahl aus der Vielzahl von Generatoreinrichtungen Halbleiterbauteile bei der Erzeugung der Wellen elektromagnetischer Strahlung verwendet.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine jede aus der Vielzahl von Generatoreinrichtungen einen Signalgenerator und einen Signalverstärker umfasst.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Leiteinrichtung eine Umschalteinrichtung zum individuellen Steuern von Wellenwegen zwischen der Vielzahl von Generatoreinrichtungen und der Vielzahl von Applikatoren umfasst.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vielzahl von Applikatoren ausgewählt sind aus jenen, die in Nahfeld-, Oberflächenfeld-, Einmodus- oder Multimodus-Applikatoren bestehen.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei der die Halbleiterbauteile, die bei der Erzeugung der Wellen elektromagnetischer Strahlung verwendet werden, Siliziumkarbid-Leitungstransistoren umfassen.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich die Leistung der von einer gegebenen Generatoreinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung in Übereinstimmung mit einem zweiten Steuersignal von demjenigen Applikator ändert, der die von der gegebenen Generatoreinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung empfängt, wobei das zweite Steuersignal über die Steuereinrichtung bereitgestellt wird.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Vielzahl von Generatoreinrichtungen elektromagnetische Strahlung mit im Wesentlichen derselben Frequenz erzeugen.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der sich die Frequenz der von einer gegebenen Generatoreinrichtung erzeugten elektromagnetischen Strahlung in Übereinstimmung mit einem ersten Steuersignal von demjenigen Applikator ändert, der die von der gegebenen Generatoreinrichtung erzeugte elektromagnetische Strahlung empfängt, wobei das erste Steuersignal über die Steuereinrichtung bereitgestellt wird.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Frequenzen der von der Vielzahl von Generatoreinrichtungen erzeugten elektromagnetischen Strahlung im Bereich 300 MHz bis 300 GHz liegen, wie z. B. im Bereich 0,5 bis 3 GHz oder im Bereich 50 bis 100 GHz.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Steuereinrichtung einen Universalcomputer umfasst.
  12. Verfahren zum gleichzeitigen Durchführen einer Vielzahl von chemischen Reaktionen, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einbringen einer ersten Probe (1) in einen ersten Applikator (24), b) Einbringen einer zweiten Probe (1) in einen zweiten Applikator (24), c) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die erste Probe in dem ersten Applikator von einer ersten Generatoreinrichtung (28), welche erste Generatoreinrichtung im Stande ist, elektromagnetische Strahlung mit einer Vielzahl von Frequenzen zu erzeugen, d) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die zweite Probe in dem zweiten Applikator von einer zweiten Generatoreinrichtung (28), welche zweite Generatoreinrichtung im Stande ist, elektromagnetische Strahlung mit einer Vielzahl von Frequenzen zu erzeugen, und e) individuelles Steuern (45) der auf den ersten und den zweiten Applikator applizierten elektromagnetischen Strahlung durch individuelles und unabhängiges Steuern der ersten und zweiten Generatoreinrichtungen als Antwort auf Steuersignale von den ersten und zweiten Applikatoren.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem die applizierte elektromagnetische Strahlung im Bereich 300 MHz bis 300 GHz liegt.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die auf die erste und die zweite Probe applizierte elektromagnetische Strahlung im Wesentlichen dieselbe Frequenz und im Wesentlichen denselben Leistungspegel hat, um die erste und die zweite Probe im Wesentlichen denselben Bedingungen auszusetzen.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem die ersten und zweiten Proben PCR-Mischungen sind.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, bei dem die elektromagnetische Strahlung in Zyklen von mindestens zwei Schritten auf die Proben appliziert wird, wobei die Proben mindestens während eines Teils eines jeden Zyklus gekühlt werden.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, bei dem die elektromagnetische Strahlung durch eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bereitgestellt wird.
  18. Verfahren zum Durchführen einer chemischen Reaktion, wobei die Reaktion in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchgeführt wird, welches Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) Einbringen einer Probe in einen Applikator, b) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die Probe in Form eines ersten Impulses mit einer vorbestimmten Form und Charakterisieren eines reflektierten Impulses vom Applikator mittels Durchführen einer mathematischen Operation, um ein erstes reflektiertes Spektrum zu erhalten, c) Ändern der physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Probe, d) Applizieren von elektromagnetischer Strahlung auf die Probe in Form eines zweiten Impulses mit einer vorbestimmten Form und Charakterisieren eines reflektierten Impulses vom Applikator mittels Durchführen einer mathematischen Operation, um ein zweites reflektiertes Spektrum zu erhalten, e) Wiederholen von Schritt c) und d), bis die Differenz zwischen den ersten und zweiten reflektierten Spektren, berechnet als die mathematische Differenz (Subtraktion) zwischen den ersten und zweiten Spektren, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die mathematische Operation zum Erhalten der ersten und zweiten Reflexionsspektren Fourier-Transformation umfasst.
  20. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für Temperaturwechsel einer PCR-Mischung.
  21. Verwendung nach Anspruch 20 zum Durchführen einer chemischen Reaktion in einer Probe, wobei die Frequenz der auf die Probe im Applikator applizierten elektromagnetischen Strahlung, der Pegel der Bestrahlungsleistung und der Zeitraum des Applizierens der elektromagnetischen Strahlung durch voreingestellte Werte für die betreffende chemische Reaktion bestimmt wird, wie z. B. voreingestellte Werte, die in einer zur Steuereinrichtung gehörenden Speichereinrichtung gespeichert werden.
  22. Verwendung nach Anspruch 20 oder 21, bei der entsprechende Daten zu Frequenz und Reflexionsfaktor für Weiterverarbeitung in einem Speicher gespeichert werden.
  23. Verwendung nach Anspruch 22, bei der die Weiterverarbeitung in einem neuralen Netz durchgeführt wird.
  24. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in Verbindung mit einer Ausrüstung für chemische Reaktion einer chemischen Spezies mit einem Reagens, optional unter der Wirkung eines Katalysators, welche Ausrüstung Folgendes umfasst: a) einen Probenträger, der mindestens eines von dem Reagens und dem optionalen Katalysator enthält, b) eine elektronische Speichereinrichtung, die Daten enthält, die die chemische Reaktion zwischen der chemischen Spezies und dem Reagens unter der optionalen Wirkung des Katalysators betreffen, wobei die elektronische Speichereinrichtung und Vorrichtung dafür eingerichtet sind, die Daten aus der Speichereinrichtung wiederzugewinnen und die Daten zu verarbeiten, um die Applikation von elektromagnetischer Strahlung auf den Probenträger zu steuern.
  25. Verwendung nach Anspruch 24, bei der die Ausrüstung weiterhin Befehle hinsichtlich Hinzufügung der chemischen Spezies zu dem Probenträger enthält.
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AU (1) AU767644B2 (de)
CA (1) CA2353899C (de)
DE (1) DE69935164T2 (de)
DK (1) DK1151638T3 (de)
ES (1) ES2281974T3 (de)
RU (1) RU2001119995A (de)
WO (1) WO2000036880A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014006116A1 (de) * 2014-04-29 2015-10-29 Jenoptik Katasorb Gmbh Erwärmungsvorrichtung zum Erwärmen eines Mediums sowie Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer solchen Erwärmungsvorrichtung

Families Citing this family (124)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE354268T1 (de) * 1998-12-17 2007-03-15 Biotage Ab Mikrowellenvorrichtung und verfahren zum durchführen chemischer reaktionen
DE60101795T2 (de) 2000-05-08 2004-11-25 Personal Chemistry I Uppsala Ab Verfahren zur durchführung von mehreren chemischer reaktionen, set und system dazu
AU2002226050A1 (en) * 2000-12-12 2002-06-24 3-Dimensional Pharmaceuticals, Inc. Microtiter plate with integral heater
US6958243B2 (en) * 2000-12-14 2005-10-25 Biotage Ab Organic reactions with CO generating materials
EP1436077B1 (de) * 2001-10-19 2005-03-16 Personal Chemistry i Uppsala AB Mikrowellen beheizte vorrichtung
US20030091487A1 (en) * 2001-10-19 2003-05-15 Magnus Fagrell Continuous flow heating system
US6933482B2 (en) 2001-10-19 2005-08-23 Personal Chemistry I Uppsala Ab Microwave heating apparatus
CA2478807A1 (en) * 2002-03-11 2003-09-25 Berkshire Laboratories, Inc. Improvements in electrochemistry
WO2003078361A1 (en) * 2002-03-11 2003-09-25 Berkshire Laboratories, Inc. Controlling chemical reactions by spectral chemistry and spectral conditioning
AUPS205802A0 (en) * 2002-05-01 2002-06-06 Bio-Molecular Holdings Pty Limited Improved cycling device and method
US7037484B1 (en) * 2002-06-21 2006-05-02 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Plasma reactor for cracking ammonia and hydrogen-rich gases to hydrogen
EP1384505A1 (de) * 2002-07-03 2004-01-28 Athanasios tou Panagioti, Nikolaou Verfahren zur Behandlung von einem organischen und/oder inorganischen Stoff zur Änderung seiner physicochemischen Eigenschaften
AU2003242865A1 (en) * 2002-07-03 2004-01-23 Athanasios Nikolaou Method for the treatment of the organic and/or the inorganic matter for the modifying its physicochemical properties
US6867400B2 (en) * 2002-07-31 2005-03-15 Cem Corporation Method and apparatus for continuous flow microwave-assisted chemistry techniques
US20040074760A1 (en) * 2002-10-17 2004-04-22 Carnegie Mellon University Production of biofuels
US7387712B2 (en) * 2002-10-17 2008-06-17 Carnegie Mellon University Catalytic process for the treatment of organic compounds
US7105787B2 (en) * 2002-10-29 2006-09-12 Fiore Industries, Inc. Reverberating adaptive microwave-stirred exposure system
JP2006510683A (ja) * 2002-12-18 2006-03-30 バイオテージ・アクチボラグ 化学反応を制御するための方法及び装置
CA2510332A1 (en) * 2002-12-18 2004-07-01 Biotage Ab Microwave heating system
US7998538B2 (en) * 2003-12-15 2011-08-16 California Institute Of Technology Electromagnetic control of chemical catalysis
KR100576734B1 (ko) * 2004-04-26 2006-05-03 학교법인 포항공과대학교 극초단파를 이용한 글리코루릴 및 쿠커비투릴 화합물의 합성
US20050274065A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Carnegie Mellon University Methods for producing biodiesel
US7148456B2 (en) * 2004-09-15 2006-12-12 The Penn State Research Foundation Method and apparatus for microwave phosphor synthesis
JP2006128075A (ja) * 2004-10-01 2006-05-18 Seiko Epson Corp 高周波加熱装置、半導体製造装置および光源装置
JP4574328B2 (ja) 2004-11-10 2010-11-04 キヤノン株式会社 試料温度調整装置
SE527900C2 (sv) * 2004-12-22 2006-07-04 Astrazeneca Ab Spektroskopiskt förfarande
CA2594277A1 (en) * 2004-12-22 2006-06-29 University Of Virginia Patent Foundation The use of microwaves for thermal and non-thermal applications in micro and nanoscale devices
ITPI20040097A1 (it) * 2004-12-24 2005-03-24 Cnr Consiglio Naz Delle Ricerche Reattore chimico a microonde
US7405381B2 (en) * 2005-08-23 2008-07-29 Cem, Corporation Real-time imaging and spectroscopy during microwave assisted chemistry
JP2007126450A (ja) * 2005-10-04 2007-05-24 Tokyo Electric Power Co Inc:The マイクロ波によるｅｔｂｅの合成方法
DE102006007734B3 (de) * 2006-02-20 2007-10-25 Topinox Sarl Mikrowellenantennenstruktur für ein Gargerät und Gargerät mit solch einer Mikrowellenantennenstruktur
US8653482B2 (en) * 2006-02-21 2014-02-18 Goji Limited RF controlled freezing
EP3585135A1 (de) 2006-02-21 2019-12-25 Goji Limited Elektromagnetische erwärmung
US8839527B2 (en) 2006-02-21 2014-09-23 Goji Limited Drying apparatus and methods and accessories for use therewith
US10674570B2 (en) 2006-02-21 2020-06-02 Goji Limited System and method for applying electromagnetic energy
US7955479B2 (en) * 2006-03-07 2011-06-07 Cem Corporation Method and apparatus for conducting microwave assisted organic reactions with gas-phase reactants
US7537917B2 (en) * 2006-03-31 2009-05-26 Collins Michael J Microwave assisted PCR amplification of DNA
EP2528415B1 (de) 2006-07-10 2015-03-04 Goji Limited Verfahren und System zum Heizen mit Mehrfrequenz-Mikrowellen
CN101513118A (zh) * 2006-07-10 2009-08-19 射频动力学有限公司 食物制备
JP2009183312A (ja) * 2006-07-14 2009-08-20 Katsutoshi Tabuse マイクロ波誘電加熱装置
JP4919277B2 (ja) * 2006-11-09 2012-04-18 独立行政法人産業技術総合研究所 フルオレン誘導体の効率的製造方法
WO2008115226A2 (en) * 2007-03-15 2008-09-25 Capital Technologies, Inc. Processing apparatus with an electromagnetic launch
US7518092B2 (en) * 2007-03-15 2009-04-14 Capital Technologies, Inc. Processing apparatus with an electromagnetic launch
DE102007052325A1 (de) * 2007-03-29 2009-05-07 Erk Eckrohrkessel Gmbh Verfahren zum gleitenden Temperieren chemischer Substanzen mit definierten Ein- und Ausgangstemperaturen in einem Erhitzer und Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US20080245787A1 (en) * 2007-04-03 2008-10-09 Joseph Lambert Controlling and moderating microwave energy in concurrent multiple sample well applications
US7744728B2 (en) * 2007-07-13 2010-06-29 Wei-Hsin Chen Apparatus for and method of producing hydrogen using microwaves
US7991730B2 (en) * 2007-07-17 2011-08-02 Novalyst Discovery Methods for similarity searching of chemical reactions
US9131543B2 (en) 2007-08-30 2015-09-08 Goji Limited Dynamic impedance matching in RF resonator cavity
JP2009087928A (ja) * 2007-09-13 2009-04-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置およびその作製方法
US20110189056A1 (en) * 2007-10-11 2011-08-04 Accelbeam Devices, Llc Microwave reactor
EP2075059A1 (de) * 2007-12-14 2009-07-01 Biotage AB Vorrichtungen und Verfahren zur Ausführung mikrowellenunterstützter chemischer Synthesen
US9078297B2 (en) * 2008-02-21 2015-07-07 Goji Limited Methods and systems for a modular processing device
EP2566297B1 (de) * 2008-11-10 2016-04-27 Goji Limited Vorrichtung und Verfahren zur Energiesteuerung
US20100126987A1 (en) * 2008-11-25 2010-05-27 Zhylkov Valerie S Device for transfer of microwave energy into a defined volume
WO2010118267A1 (en) 2009-04-08 2010-10-14 Accelbeam Devices Llc Microwave processing chamber
JP2010140839A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Panasonic Corp マイクロ波処理装置
US20120108818A1 (en) * 2009-01-26 2012-05-03 Cambrex Karlskoga Ab Microwave apparatus
US20110168695A1 (en) * 2009-06-01 2011-07-14 Toshiyuki Okajima Radio-frequency heating apparatus and radio-frequency heating method
CN102474925B (zh) * 2009-07-10 2013-11-06 松下电器产业株式会社 微波加热装置以及微波加热控制方法
US20110204043A1 (en) * 2009-07-13 2011-08-25 Toshio Ishizaki Radio-frequency heating apparatus
WO2011058537A1 (en) 2009-11-10 2011-05-19 Goji Ltd. Device and method for controlling energy
WO2011097714A1 (en) * 2010-02-12 2011-08-18 Scp Science Independent heating of samples in a sample holder
JP2011249106A (ja) * 2010-05-26 2011-12-08 Hitachi Ltd マイクロ波加熱装置
PL2445312T3 (pl) 2010-10-22 2017-06-30 Whirlpool Corporation Mikrofalowe urządzenie podgrzewające i sposób działania takiego mikrofalowego urządzenia podgrzewającego
PL2469974T3 (pl) * 2010-12-21 2017-06-30 Whirlpool Corporation Sposób sterowania chłodzeniem w urządzeniu do podgrzewania mikrofalowego i urządzenie do podgrzewania mikrofalowego
WO2012153793A1 (ja) * 2011-05-10 2012-11-15 独立行政法人産業技術総合研究所 物質の状態の測定、検出方法及び検出装置
US9161395B2 (en) * 2011-06-30 2015-10-13 Cem Corporation Instrument for performing microwave-assisted reactions
US10088436B2 (en) 2011-08-31 2018-10-02 Goji Ltd. Object processing state sensing using RF radiation
JP5800647B2 (ja) * 2011-09-02 2015-10-28 克惇 田伏 反応装置
US9040879B2 (en) 2012-02-06 2015-05-26 Goji Limited RF heating at selected power supply protocols
US9271338B2 (en) 2012-03-14 2016-02-23 Microwave Materials Technologies, Inc. Pressurized heating system with enhanced pressure locks
US9344077B2 (en) * 2012-04-04 2016-05-17 Cree, Inc. High voltage driver
US8963576B2 (en) 2012-10-19 2015-02-24 Cree, Inc. Increased transition speed switching device driver
EP2854478B1 (de) 2013-09-27 2016-04-06 Anton Paar GmbH Mikrowellenheizsystem
CN103776682B (zh) * 2014-02-18 2017-02-08 中国人民解放军军事医学科学院放射与辐射医学研究所 微波辐照腔、微波辐照系统及微波辐照和实时观测方法
WO2015139464A1 (zh) * 2014-03-20 2015-09-24 广东美的厨房电器制造有限公司 微波炉的半导体微波发生器连接结构、微波炉的半导体微波发生器输入输出连接结构和微波炉
US10368404B2 (en) * 2014-03-21 2019-07-30 Whirlpool Corporation Solid-state microwave device
JP6276384B2 (ja) * 2014-03-28 2018-02-07 株式会社前川製作所 凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置
EP3195695A4 (de) 2014-09-17 2018-05-16 Whirlpool Corporation Direktes heizen durch patchantennen
EP3266281B1 (de) 2015-03-06 2021-04-21 Whirlpool Corporation Verfahren zur kalibrierung eines hochleistungsverstärker für ein hochfrequenz-leistungsmessungssystem
CN106233818B (zh) * 2015-04-07 2020-10-27 源鉴定私人有限公司 一种直流加热器
WO2016196939A1 (en) 2015-06-03 2016-12-08 Whirlpool Corporation Method and device for electromagnetic cooking
WO2017051461A1 (ja) * 2015-09-24 2017-03-30 株式会社前川製作所 凍結対象物の内部温度測定方法及び凍結対象物の内部温度測定装置
RU2617276C1 (ru) * 2015-12-22 2017-04-24 Общество с ограниченной ответственностью "РТМ Диагностика" Радиотермометр
CN209046906U (zh) 2016-01-08 2019-06-28 惠而浦有限公司 射频加热设备
WO2017119909A1 (en) 2016-01-08 2017-07-13 Whirlpool Corporation Method and apparatus for determining heating strategies
WO2017131698A1 (en) 2016-01-28 2017-08-03 Whirlpool Corporation Method and apparatus for delivering radio frequency electromagnetic energy to cook foodstuff
EP3417675B1 (de) 2016-02-15 2020-03-18 Whirlpool Corporation Verfahren und vorrichtung zur abgabe von hochfrequenter elektromagnetischer energie zum kochen von lebensmitteln
JP6733275B2 (ja) * 2016-04-12 2020-07-29 富士通株式会社 マイクロ波加熱装置及び排気浄化装置
JP6811307B2 (ja) 2016-09-22 2021-01-13 パナソニック株式会社 無線周波数電磁エネルギー供給のための方法およびシステム
US11051371B2 (en) 2016-10-19 2021-06-29 Whirlpool Corporation Method and device for electromagnetic cooking using closed loop control
EP3530074A4 (de) 2016-10-19 2020-05-27 Whirlpool Corporation Modulation der garzeit von nahrungsmitteln
US11041629B2 (en) 2016-10-19 2021-06-22 Whirlpool Corporation System and method for food preparation utilizing a multi-layer model
WO2018118065A1 (en) 2016-12-22 2018-06-28 Whirlpool Corporation Method and device for electromagnetic cooking using non-centered loads
US11202348B2 (en) 2016-12-22 2021-12-14 Whirlpool Corporation Method and device for electromagnetic cooking using non-centered loads management through spectromodal axis rotation
EP3563635B1 (de) 2016-12-29 2022-09-28 Whirlpool Corporation Elektromagnetische kochvorrichtung mit automatischer flüssigkeitserhitzung und verfahren zur kochsteuerung bei der elektromagnetischen kochvorrichtung
US11184960B2 (en) 2016-12-29 2021-11-23 Whirlpool Corporation System and method for controlling power for a cooking device
WO2018125143A1 (en) 2016-12-29 2018-07-05 Whirlpool Corporation Detecting changes in food load characteristics using q-factor
CN109792810B (zh) 2016-12-29 2021-07-20 松下电器产业株式会社 电磁烹饪装置及控制烹饪的方法
EP3563634B1 (de) 2016-12-29 2021-10-13 Whirlpool Corporation Elektromagnetische kochvorrichtung mit automatischer siedeerkennung und verfahren zur steuerung des kochvorgangs in der elektromagnetischen kochvorrichtung
EP3563632B1 (de) 2016-12-29 2023-01-18 Whirlpool Corporation Elektromagnetische kochvorrichtung mit automatischer popcorn-poppfunktion und verfahren zur kochsteuerung bei der elektromagnetischen vorrichtung
US11412585B2 (en) 2016-12-29 2022-08-09 Whirlpool Corporation Electromagnetic cooking device with automatic anti-splatter operation
US11917743B2 (en) 2016-12-29 2024-02-27 Whirlpool Corporation Electromagnetic cooking device with automatic melt operation and method of controlling cooking in the electromagnetic cooking device
WO2018125137A1 (en) 2016-12-29 2018-07-05 Whirlpool Corporation System and method for analyzing a frequency response of an electromagnetic cooking device
WO2018125144A1 (en) 2016-12-29 2018-07-05 Whirlpool Corporation System and method for detecting cooking level of food load
US11102854B2 (en) 2016-12-29 2021-08-24 Whirlpool Corporation System and method for controlling a heating distribution in an electromagnetic cooking device
CA3056607A1 (en) 2017-03-15 2018-09-20 915 Labs, LLC Energy control elements for improved microwave heating of packaged articles
CN110741732B (zh) 2017-03-15 2023-02-17 915 实验室公司 多遍微波加热系统
KR102541079B1 (ko) 2017-04-17 2023-06-08 915 랩스, 엘엘씨 상승 작용의 패키징, 캐리어 및 런처 구성을 사용하는 마이크로파 지원 멸균 및 저온 살균 시스템
GB201713633D0 (en) 2017-08-24 2017-10-11 Walshe Nigel Methods for production of emodepside from pf 1022a derivatives
EP3451794A1 (de) 2017-09-01 2019-03-06 Whirlpool Corporation Knusprigkeit und bräunung im vollflächigen mikrowellenherd
US11039510B2 (en) 2017-09-27 2021-06-15 Whirlpool Corporation Method and device for electromagnetic cooking using asynchronous sensing strategy for resonant modes real-time tracking
US10941053B2 (en) * 2017-12-20 2021-03-09 Nxp Usa, Inc. Microwave substance treatment systems and methods of operation
US10772165B2 (en) 2018-03-02 2020-09-08 Whirlpool Corporation System and method for zone cooking according to spectromodal theory in an electromagnetic cooking device
US11404758B2 (en) 2018-05-04 2022-08-02 Whirlpool Corporation In line e-probe waveguide transition
US10912160B2 (en) 2018-07-19 2021-02-02 Whirlpool Corporation Cooking appliance
IT201900003311A1 (it) * 2019-03-07 2020-09-07 Officine Di Cartigliano S P A Sistema a radiofrequenza per il trattamento termico di materiali dielettrici e metodo di gestione di tale sistema
WO2020210420A1 (en) * 2019-04-09 2020-10-15 Sigma-Aldrich Co. Llc Accelerated polymerase chain reaction based on thermocycling enabled by millimeter wave heating
US11576408B2 (en) * 2019-04-15 2023-02-14 Bsh Home Appliances Corporation Ice processing system
CN111414021B (zh) * 2020-03-31 2021-06-22 西华师范大学 微波化学反应频率调配控制方法、中央处理装置及系统
CN112016676B (zh) * 2020-08-18 2021-07-02 武汉大学 一种神经网络模型预测的半导体薄膜工艺参数优化系统
KR102580903B1 (ko) * 2020-11-04 2023-09-21 (주)썬에코 백금촉매 제조장치
WO2023073642A1 (en) * 2021-10-28 2023-05-04 Pyrowave Inc. Method and system for controlling a microwave-assisted treatment
DE102021131619A1 (de) * 2021-12-01 2023-06-01 Topinox Sarl Verfahren zum Bestimmen einer von einem in einem Garraum befindlichen Gargut absorbierten Leistung sowie Gargerät und Computerprogramm

Family Cites Families (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3281648A (en) * 1962-12-17 1966-10-25 Microwave Ass Electric wave frequency multiplier
US4314128A (en) * 1980-01-28 1982-02-02 Photowatt International, Inc. Silicon growth technique and apparatus using controlled microwave heating
JPS5826487A (ja) * 1981-08-07 1983-02-16 松下電器産業株式会社 高周波加熱器
CA1202090A (en) * 1982-09-20 1986-03-18 Hisashi Okatsuka Microwave heating apparatus with solid state microwave oscillating device
FR2560529B1 (fr) 1984-03-02 1986-11-07 Rhone Poulenc Rech Appareil de reaction chimique par voie humide de produits divers
US4687895A (en) * 1984-07-30 1987-08-18 Superwave Technology, Inc. Conveyorized microwave heating system
US4714812A (en) * 1985-05-08 1987-12-22 John F. Woodhead, III Apparatus and method for processing dielectric materials with microwave energy
US4625182A (en) 1985-10-28 1986-11-25 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Optically triggered bulk device Gunn oscillator
SE451656B (sv) * 1986-02-11 1987-10-19 Alfastar Ab Anordning for uppvermning medelst mikrovagsenergi
JPS62195892A (ja) * 1986-02-21 1987-08-28 株式会社豊田中央研究所 セラミツクスの加熱制御装置
HU196262B (en) * 1986-03-17 1988-10-28 Mta Mueszaki Fiz Kutato Inteze Method for testing electrically active impuritles in semiconductor materials and structures and measuring arrangement for implementing method
US4639330A (en) * 1986-03-21 1987-01-27 International Flavors & Fragrances Inc. Alkyl-substituted spirodecenone derivatives, organoleptic utility thereof and processes for preparing same
SE453043B (sv) * 1986-07-04 1988-01-04 Alfastar Ab Forfarande och anordning for att styra mikrovagseffekten hos flera magnetroner medelst endast ett kraftaggregat
US4711153A (en) * 1986-12-15 1987-12-08 General Electric Company Seal
US5511238A (en) * 1987-06-26 1996-04-23 Texas Instruments Incorporated Monolithic microwave transmitter/receiver
NL9000481A (nl) 1990-02-28 1991-09-16 Kreatech Biotech Bv Inrichting voor het automatisch uitvoeren van een biotechnologisch proces bij verschillende gewenste temperaturen.
US6054696A (en) 1997-01-06 2000-04-25 International Business Machines Corporation Feedback system to automatically couple microwave energy into an applicator
FR2665264A1 (fr) 1990-07-24 1992-01-31 Prolabo Sa Procede pour realiser une reaction chimique par voie humide sur une succession d'echantillons, appareil pour la mise en óoeuvre du procede et utilisation dudit appareil.
AU649770B2 (en) * 1991-01-25 1994-06-02 Societe Prolabo Apparatus for simultaneous treatment, in a moist medium, on a plurality of samples, and utilisation of the said apparatus
US5521360A (en) 1994-09-14 1996-05-28 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Apparatus and method for microwave processing of materials
US5721286A (en) * 1991-11-14 1998-02-24 Lockheed Martin Energy Systems, Inc. Method for curing polymers using variable-frequency microwave heating
JPH05190227A (ja) 1992-01-13 1993-07-30 Fujikura Ltd 端子金具
GB9406471D0 (en) 1994-03-31 1994-05-25 Seescan Plc Improvements relating to sensor arrays
KR100363603B1 (ko) 1994-03-31 2003-03-03 유티-배텔, 엘엘씨 가변주파수마이크로파가열장치
US5672889A (en) * 1995-03-15 1997-09-30 General Electric Company Vertical channel silicon carbide metal-oxide-semiconductor field effect transistor with self-aligned gate for microwave and power applications, and method of making
US5558800A (en) * 1995-06-19 1996-09-24 Northrop Grumman Microwave power radiator for microwave heating applications
US5648038A (en) * 1995-09-20 1997-07-15 Lambda Technologies Systems and methods for monitoring material properties using microwave energy
US5796080A (en) * 1995-10-03 1998-08-18 Cem Corporation Microwave apparatus for controlling power levels in individual multiple cells
FR2751830B1 (fr) * 1996-07-23 1998-10-23 Prolabo Sa Dispositif pour realiser des reactions chimiques sous micro-ondes sur une grande quantite de produits
DE19700499B4 (de) * 1996-12-23 2005-06-02 Mikrowellen-Systeme Mws Gmbh Vorrichtung zum Behandeln chemischer Substanzen durch Erhitzen
US6084226A (en) * 1998-04-21 2000-07-04 Cem Corporation Use of continuously variable power in microwave assisted chemistry
US6175104B1 (en) * 1998-09-04 2001-01-16 Cem Corporation Microwave probe applicator for physical and chemical processes
ATE354268T1 (de) * 1998-12-17 2007-03-15 Biotage Ab Mikrowellenvorrichtung und verfahren zum durchführen chemischer reaktionen
US6365885B1 (en) * 1999-10-18 2002-04-02 The Penn State Research Foundation Microwave processing in pure H fields and pure E fields

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014006116A1 (de) * 2014-04-29 2015-10-29 Jenoptik Katasorb Gmbh Erwärmungsvorrichtung zum Erwärmen eines Mediums sowie Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer solchen Erwärmungsvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
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