EP1148948A1 - Vorrichtung zum selektiven temperieren einzelner behältnisse - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung (40) zum selektiven Temperieren wenigstens eines Behältnisses (3) eines eine Mehrzahl derartiger Behältnisse (3) aufweisenden Verbundes (30), umfasst eine Aufnahmeplatte (1) für den Behältnisverbund (30), die dazu dient, den Behältnisverbund (30) auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten. Die Aufnahmeplatte (1) weist wenigstens eine Durchbrechung auf, durch welche ein Temperierelement (2) mit einem zu temperierenden Behältnis (3) in Wärmeaustauschkontakt gebracht werden kann. Dabei können der Behältnisverbund (30) und das eine Temperierelement (2) relativ zueinander bewegt werden. Ferner kann wenigstens eine zusätzliche Kühlzone vorgesehen sein, welche die vom Temperierelement (2) abgegebene und nicht zum Temperieren des Behältnisses (3) genutzte Wärme abführt.

Description

Vorrichtung zum selektiven Temperieren einzelner Behältnisse

Beschreibung

Gegenstand der vorliegenden Patentanmeldung ist eine Vorrichtung zum selektiven Temperieren einzelner Behältnisse, insbesondere für die Anwendung in der molekularen Biologie und im Screening, vor allem im High-Throughput-Screening (HTS) .

Die pharmazeutische Forschung wurde durch die Möglichkeiten der kombinatorischen Chemie revolutioniert, weil sich durch diese Methoden sehr effizient viele verschiedene Substanzen mit pharmakologischem Potential herstellen lassen. Ausgangspunkt der pharmazeutischen Forschung ist heutzutage eine Substanzbibliothek, in der eine Vielzahl von chemischen Verbindungen, beispielsweise Naturstoffe, aber auch künstliche Peptide sowie Nukleinsäuren vorgehalten werden. Im sogenannten High-Throughput- Screening werden in einem teilweise automatisierten Prozess sehr viele dieser Substanzen aus der Substanzbibliothek mittels biologischer Test- verfahren auf ihre pharmakologische Wirkung hin untersucht. Dazu werden u.a. auch molekularbiologische Techniken angewandt. Der gesamte Prozess läuft im allgemeinen unter Einsatz von Pipettier- und Handhabungs- Robotern. Neuere Techniken mittels miniaturisierten Systemen in diesem Umfeld sind in der WO 98/00231 beschrieben. Spezielle Behältnisse für das HTS sind in der DE 298 05 61 3 und der WO 97/1 5394 beschrieben.

Die Behältnisse, in denen die Substanzen der Substanzbibliothek gelagert werden, sind im allgemeinen Verbundbehältnisse, z.B. im 96-er, 384-er oder 1 536-er Mikrotitrationsplatten-Format. Ein Verbundbehältnis im 96-er Mikro- titrationsplatten-Formatistbeispielsweise inder US 4, 1 54,795 beschrieben. Es gibt verschiedene Systeme, u.a. sogenannte Cluster-Racks, das sind Verbundvorrichtungen zur Aufnahme einer Vielzahl von Röhrchen. Es sind aber auch andere Formate denkbar, wie z.B. Reaktionsgefäße mit konischer Form, wie sie beispielsweise für die Amplifikation von Nukleinsäuren verwandt werden. In der Regel sind diese Behältnisse durch Versiegeln verschlossen. Neuere Entwicklungen zeigen hier Möglichkeiten auf, solche Behältnisse durch Einzeldeckel zu verschließen. So werden beispielsweise in der DE 44 1 2 286 automatengängige Deckel beschrieben, die sich auch im Umfeld des HTS einsetzen lassen.

Üblicherweise werden in den Substanzbibliotheken auch sehr temperaturempfindliche Substanzen vorgehalten, die bei tiefen Temperaturen, z.B. -20°C oder -70°C eingelagert werden müssen. Mehrmaliges Auftauen und Wiedereinfrieren schadet solchen Substanzen und muss daher vermieden werden.

Es gibt nun verschiedene Strategien, wie die Substanzbibliothek im HTS eingesetzt wird:

1 . Aus einer sogenannten "Mutterplatte" werden mehrere "Tochterplatten" pipettiert. Die "Tochterplatten" werden dann dem entsprechenden biologischen Assay im HTS zugeführt.

2. Nur vorbestimmte einzelne Verbindungen, d.h. einzelne Behältnisse, der Substanzbibliothek werden benutzt, um eine Auswahl von Substanzen in einer "Tochterplatte" zusammenzustellen, die dann dem HTS-Prozess zugeführt wird.

Vor allem das letztgenannte Verfahren macht es notwendig, einzelne Röhrchen bzw. Behältnisse eines Verbundes aufzutauen, einen Teil der Substanzen zu entnehmen und nach Verschließen wieder einzufrieren.

Um nicht unnötig oft alle Behältnisse einer Platte auftauen und wieder einfrieren zu müssen, sind im Stand der Technik bereits Vorrichtungen bekannt, mit deren Hilfe einzelne Reaktionsgefäße eines Verbundes selektiv temperiert, also beispielsweise aufgetaut, werden können, während die übrigen Behältnisse weiterhin tiefgefroren bleiben. Diese Vorrichtungen tragen somit zur längeren Haltbarkeit der zum Teil kostbaren Substanzen eines Verbundbehältnisses bei und ermöglichen eine längere Verwendbarkeit von Substanzbibliotheken.

So offenart beispielsweise die prioritätsältere, jedoch nachveröffentlichte WO 99/1 6549 eine Aufnahmeplatte für einen Behältnisverbund von 96 Einzelbehältnissen. Dabei ist jede der Einzelaufnahmen der Aufnahmeplatte mit einer eigenen Heizvorrichtung ausgestattet, welche es erlaubt das in dieser Aufnahme aufgenommene Einzelbehältnis zu temperieren, insbesondere aufzutauen. Die bekannte Temperiervorrichtung weist daher einen überaus aufwendigen Aufbau auf und ist in Herstellung und Vertrieb daher entsprechend teuer. Es ist leicht einzusehen, dass der hier für 96 Einzel- behältnisse getriebene Aufwand bei Einsatz von Mikrotitrationsplatten im 384-er oder 1 536-er Format wirtschaftlich nicht mehr vertretbare Ausmaße annimmt.

Aus der DE 1 900 279 ist eine Temperiervorrichtung mit einer Mehrzahl von Temperierelementen bekannt, welche gemeinsam mit einer entsprechenden Mehrzahl von Behältnisses eines Behältnisverbundes in Wärmeaustauschkontakt gebracht werden können. Die Temperierelemente können hierzu in Vertikalrichtung verlagert werden, während der Behältnisverbund relativ zu den Temperierelementen in der Horizontalebene verlagert werden kann. Nachteilig ist jedoch, dass sich die von den Temperierelementen ausgehende Wärme in dem Behältnisverbund ungehindert ausbreiten kann und somit die Gefahr besteht, dass beim selektiven Auftauen einer Reihe von Behältnissen unerwünschterweise zumindest auch die unmittelbar benachbarten Behältnisreihen aufgetaut werden.

Ferner sei auf die DE 34 41 1 79 hingewiesen. Die dort beschriebene Temperiereinrichtung für Mikrotitrationsplatten beinhaltet jedoch keine selektive Auftaueinheit. Hier kommt es vielmehr darauf an, die Reaktionsgefäße des Verbundes möglichst gleichmäßig zu temperieren. Ähnliches gilt auch für die DE 39 41 1 68 und die DE 39 38 565.

Zum weiteren Stand der Technik sei schließlich noch auf die DE 1 573 1 93, die DE 33 07 572, die DE 40 22 792, die DE 1 96 46 1 1 5, die DD 239 473, die DD 276 547, die US 4, 1 1 6,777, die US 4,950,608, die US 5,849,208, und die WO 98/1 5969 verwiesen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, welche es bei einfachem und kostengünstig bereitstellbarem Aufbau erlaubt, einzelne Behältnisse eines Behältnisverbundes selektiv zu temperieren, und gleichzeitig sicherstellt, dass benachbarte nicht zu temperierende Behältnisse hierdurch wesentlich beeinflusst würden, und insbesondere sicherstellt, dass beim Auftauen einzelner Behältnisse die anderen Behältnisse des Behältnisverbundes nicht ebenfalls der Gefahr unterliegen, aufgetaut zu werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merk- malen des Anspruchs 1 gelöst. Bei dieser Vorrichtung können die nicht zu temperierenden Behältnisse des Behältnisverbundes mittels der Aufnahmeplatte auf einer Temperatur gehalten werden, die sicherstellt, dass sie eingefroren bleiben. Die durch den Wärmeaustauschkontakt mit dem Temperierelement zu temperierenden Behältnisse sind hingegen im Bereich einer Durchbrechung der Aufnahmeplatte angeordnet und werden von dieser somit nicht gekühlt. Die Relativbewegungen von Behältnisverbund und Temperierelement(en) können in einfacher Weise von einem Roboter herbeigeführt werden. Derartige Roboter sind in Form von Pipettier- bzw. Handhabungs-Robotern in modernen Anlagen beispielsweise zur Durch- führung molekularbiologischer Untersuchungen an in den Behältnissen eines Behältnisverbundes aufgenommenen Proben ohnehin vorhanden und fallen daher bei der Bestimmung des Kostenaufwandes für die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht ins Gewicht.

Ein besonderer Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Bereitstellung wenigstens einer zusätzlichen Kühlzone, welche die vom Temperierelement abgegebene und nicht zum Temperieren des Behältnisses genutzte Wärme abführt. Diese zusätzliche Kühlzone erhöht die Sicherheit gegen eine unerwünschte Wärmebeeinflussung von nicht zu temperierenden Behältnissen des Behältnisverbundes nochmals erheblich. Daher wird für diesen Aspekt auch unabhängiger Schutz angestrebt.

Als weitere Anwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum selektiven Temperieren einzelner Behältnisse eines Behältnisverbundes sei die Hybridisierung von Einzelstrang-Nukleinsäuren genannt. Um eine möglichst hohe Stringenz der Hybridisierung zu erreichen, wird u.a. ein Verfahren eingesetzt, das die Temperierung des Reaktionsbehältnisses auf eine spezielle - für jede Sequenz spezifische - Hybridisierungstemperatur bedingt. Sollen nun in einem Arbeitsschritt mehrere Behältnisse mit verschiedenen Nukleinsäuresequenzen hybridisiert werden, ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung von erheblichem Vorteil, da dann parallel mehrere Gefäße auf verschiedenen Hybridisierungstemperaturen gehalten werden können.

Die Erfindung wird im Folgenden an Ausführungsbeispielen an Hand der beigefügten Zeichnung naher erläutert werden. Es stellt dar:

Fig. 1 eine grob schematische perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 1 ;

Fig. 3 eine Detailansicht eines Temperierdorns; Fig. 4 eine grob schematische Seitenansicht der Temperiervorrichtung gemäß Figuren 1 und 2;

Fig. 5a, 5b Darstellungen einer Verbundplatte einer Mehrzahl von Einzelbehältnissen, wobei Fig. 5a eine perspektivische

Druntersicht und Fig. 5b eine bemaßte Seitenschnittansicht zeigt; und

Fig. 6-8 grob schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen erfindungsgemäßer Temperiervorrichtungen.

Die erfindungsgemäße Anordnung basiert auf zwei Elementen, nämlich zum einen den speziellen Behältnissen zur Aufbewahrung und gegebenenfalls Behandlung der Substanzen der Substanzbibliothek und zum anderen der Vorrichtung zum selektiven Temperieren.

In Fig. 5a ist ein im 96-er Mikrotitrationsplatten-Format ausgebildetes Verbundbehältnis 30 dargestellt. Das Verbundbehältnis 30 umfasst eine Platte 1 1 , an deren Unterseite eine Mehrzahl von Einzel-Behältnissen 3 beispielsweise im Spritzgussverfahren angeformt ist. Charakteristisch dabei ist, dass die einzelnen Reaktionsbehältnisse 3 unterhalb der Verbundplatte 1 1 frei und ohne Verbindungsstege angeordnet sind. An der Oberseite der Verbundplatte 1 1 sind die Öffnungen 1 3 der Behältnisse 3 vorgesehen (siehe Fig. 5b). Diese können mittels einzelner Deckel verschlossen werden, wie sie z.B. aus der DE 44 1 2 286 bekannt sind. Jedoch sind dem Fachmann auch andere Verschlussmöglichkeiten bekannt.

Neben der in Fig. 5a und 5b gezeigten Anordnung sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich. Beispielsweise brauchen die Einzelbehältnisse 3 nicht notwendigerweise zu einem ständigen Verbund 30 zusammen- gefasst sein. Alternativ ist es ebenso möglich, eine Mehrzahl von voneinander gesondert ausgebildeten, "losen" Behältnissen unter Einsatz einer hierfür vorgesehenen speziellen Lochplatte (in der Fachsprache auch als "Rack" bezeichnet) zumindest zeitweise bzw. vorübergehend zu einem Verbund zusammenzufassen.

Erfindungsgemäß ist es lediglich erforderlich, dass die Reaktionsbehältnisse 3 in ihrem unteren Teil frei zugänglich sind. So kann der Abstand A zwischen den einzelnen Reaktionsbehältnissen 3 zwischen etwa 1 mm und etwa 1 0 mm, vorzugsweise zwischen etwa 2 mm und etwa 5 mm, betragen. Gemäß der bemaßten Darstellung von Fig. 5b weist der Abstand A einen Wert von 3,25 mm auf.

Ferner kann der Abstand B vom Rand der Öffnungen 1 3 bis zum Boden des Behältnisses 3 zwischen etwa 1 mm und etwa 1 00 mm, vorzugsweise zwischen etwa 5 mm und etwa 35 mm betragen. Gemäß Fig. 5b weist der Abstand B einen Wert von 22,6 mm auf. Dabei beträgt die Länge der unter der Platte 1 1 frei herabhängenden Zone 14 (vergleiche Fig. 1 ) im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 1 8 mm.

Die Form der Behältnisse 3 verjüngt sich zumindest auf einem Teil der Strecke von der Öffnung 1 3 zum Boden hin, und zwar vorzugsweise konisch, so dass ausreichend Platz für die Positionierung eines Temperierbzw. Auftaudorns 2 (siehe beispielsweise Fig. 2) zur Verfügung steht. Zum schnellen Auftauen bzw. Einfrieren ist es dabei ferner von Vorteil, wenn die einzelnen Behältnisse in den freistehenden Zonen 14 unterhalb der Verbund- platte 1 1 dünnwandig ausgeführt sind, um einen schnellen Wärmeaustausch zu begünstigen. Vorteilhaft sind insbesondere Wandstärken von zwischen etwa 0,2 mm und etwa 0,5 mm, vorzusgweise zwischen etwa 0,2 mm und etwa 0,3 mm.

Um den Austausch von Wärme über die Platte 1 1 möglichst gering halten zu können, sollte deren Dicke einen möglichst niedrigen Wert aufweisen. Dies ist jedoch der Stabilität des Behältnisverbundes 30 abträglich. Die Dicke der Verbundplatte 1 1 sollte daher zwischen etwa 0, 5 mm und etwa 5 mm betragen, vorzugsweise zwischen etwa 2 mm und etwa 4 mm. Gemäß Fig. 5b weist die Platte 1 1 eine Dicke von etwa 4 mm auf.

Die Verbundbehältnisse 3 können beispielsweise aus thermisch verformbarem Kunststoff, wie Polyäthylen, Polypropylen, Polystyrol, Polycarbonat, Polyurethan oder dergleichen, gefertigt sein. Sie können über spritzgusstechnische Verfahren einfach und kostengünstig hergestellt werden.

Zum selektiven Temperieren eines oder mehrerer Einzelbehältnisse 3 des Verbundbehältnisses 30 wird erfindungsgemäß die in den Figuren 1 bis 4 näher dargestellte Temperiervorrichtung 40 verwendet. Gemäß Fig. 1 umfasst die Vorrichtung 40 eine Aufnahmeplatte 1 , die vorzugsweise aus einem Wärme gut leitenden Material gefertigt ist, beispielsweise Metall, bevorzugt Aluminium, Messing oder Kupfer. Die Platte 1 kann dabei mit Hilfe von dem Fachmann geläufigen und an sich bekannten Kühlvorrichtungen gekühlt werden, beispielsweise Peltier-Elementen, Kompressor-Kühlaggregaten in Verbindung mit geeigneten Wärmeübertragungselementen oder dergleichen. Zweck dieser Kühlung ist es, die in dem Verbundbehältnis 30 aufgenommenen Substanzen nach Entnahme aus dem Tiefkühlschrank weiterhin tiefgekühlt zu halten.

In der Platte 1 befinden sich Vertiefungen 4, die als Aufnahmen für die Behältnisse 3 dienen und deren Gestalt daher in Entsprechung zu der Außenkontur der Behältnisse 3 gewählt ist. In der dargestellten Ausführungsform sind die Vertiefungen 4 als Längsrillen ausgebildet, so dass die Behältnisse 3 in ihnen Richtung des Doppelpfeils y, d.h. in Y-Richtung, verlagert werden können. Etwa in der Mitte der Verschiebestrecke der Platte 1 ist jede Längsrille mit wenigstens einer Durchbrechung 5 versehen. In jede der Durchbrechungen 5 kann ein zum Beispiel als Temperier- bzw. Auftaudorn 2 ausgeführtes Temperierelement eingefahren werden. Aufgabe dieses Temperier- bzw. Auftaudorns 2 ist es, das im Bereich der jeweiligen Durchbrechung 5 angeordnete Behältnis 3 zu temperieren bzw. aufzutauen. Hierzu kann das Temperierelement 2 durch eine vertikale Bewegung in Richtung des Pfeils z, d.h. in Z-Richtung, nach oben mit der Oberfläche des jeweiligen Behältnisses 3 in körperlichen Wärmeaustauschkontakt gebracht werden. Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung zur Mehrfachhybridisierung bei unterschiedlichen Temperaturen werden mehrere Temperierelemente 2 in mehrere Durchbrechungen 5 eingefahren.

Gemäß Fig. 2 sind die Durchbrechungen 5 von Kühlzonen 1 6 umgeben, von denen in Fig. 2 lediglich eine dargestellt ist. Diese Kühlzonen dienen dazu, die vom Temperier- bzw. Auftaudorn 2 abgegebene Wärme, die nicht zum Temperieren bzw. Auftauen des Behältnisses 3 genutzt wird, möglichst effektiv abzuführen, um so einen unerwünschten Einfluss dieser Wärme auf benachbarte Behältnisse 3 verhindern zu können. Die Kühlzonen 1 6 können beispielsweise aus einem thermisch gut leitenden Material gefertigte Ringelemente umfassen, die mit einer externen Kühlvorrichtung thermisch gekoppelt sind. Die Ringelemente können dabei beispielsweise aus Kupfer oder dergleichen gefertigte Vollringe sein, oder aber auch Ringrohre, die von einem Kühlfluid durchströmt sind. Sind meherere derartige zusätzliche Kühlzonen vorgesehen, so können wenigstens einige dieser Kühlzonen mit einer gemeinsamen Kühlvorrichtung thermisch gekoppelt sind. Der Temperaturunterschied zwischen den Kühlzonen 1 6 und der kühlbaren Aufnahme 1 beträgt vorteilhafterweise zwischen etwa 5°C und etwa 50°C, vorzugsweise zwischen etwa 20°C und etwa 30°C.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 verfügt jede der Längsrillen 4 über eine einzige Durchbrechung 5. Darüber hinaus ist eine Linearbewegungs- einheit 7 mit einem bewegbaren Rechen 6 vorgesehen, mittels dessen das in der Platte 1 aufgenommene Verbundbehältnis 30 in Y-Richtung bewegt werden kann. Auf diese Art und Weise ist gewährleistet, dass jedes Behältnis 3 des Verbundbehältnisses 30 über eine Temperier- bzw. Auftauposition 5 geschoben werden kann. Ferner ist der Temperier- bzw. Auftaudorn 2 in X-Richtung verschiebbar ausgebildet. Durch Bewegung des Verbundbehältnisses 30 in Y-Richtung sowie des Doms 2 zunächst in X- und dann in Z-Richtung kann somit jedes beliebige Behältnis 3 des Verbundbehäitnisses 30 angesteuert und somit temperiert bzw. aufgetaut werden.

Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, dass die Aufnahmeplatte 1 eine der Anzahl der Behältnisse 3 des Behältnisverbundes 30 entsprechende Anzahl von Aufnahmen aufweist, von denen jede mit einer Durchbrechung 5 versehen ist, und dass das Temperier- bzw. Auftauelement 2 in allen drei Raumrichtungen bewegbar ist, d.h. sowohl in X- als auch in Y- als auch in Z-Richtung.

In Fig. 3 ist der Aufbau des erfindungsgemäß eingesetzten Temperier- bzw. Auftauelements 2 dargestellt. Er beinhaltet eine Isolierschicht 8, die dafür sorgt, dass die Wärmeübertragung zwischen dem Temperier- bzw. Auftaudorn 2 und der Umgebung, beispielsweise der Metallplatte 1 minimal ist. Hierdurch kann die Abstrahlung bzw. Abgabe von nicht zum Temperieren des jeweils betrachteten Gefäßes 3 genutzter Wärme niedrig gehalten werden. Das Innere des Temperier- bzw. Auftaudorns 2 ist bevorzugt aus keramischem Material 8 mit einer elektrisch heizbaren Wendel 9 gefertigt. Grundsätzlich könnten auch Mikrowellen- oder Infrarotheizungen eingesetzt werden. In ein geeignetes Material, wie Keramik, eingebettete Heizwendeln haben aber den Vorteil, dass ihr Einsatz gerade bei Reaktionsmischungen mit biologisch aktiven Substanzen diesen Substanzen nicht durch Strahlungseffekte oder dergleichen schadet.

Fig. 4 zeigt ein weiteres erfinderisches Detail in einer speziellen Ausführungsform: Fährt der Temperier- bzw. Auftaudorn 2 nach oben, so muss er zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs gegen das aufzutauende Behältnis angedrückt werden. Es besteht jedoch die Gefahr, dass der Behältnisverbund 30 hierdurch aus der kühlbaren Aufnahme 1 herausgehoben wird. Um dies zu verhindern, kann beim Hochfahren des Temperierelements 2 automatisch eine Gegenhaltevorrichtung, beispielsweise eine Gegenhalteplatte 1 5 heruntergefahren wird, weiche den Behältnisverbund 30 in die Aufnahmerillen 4 der kühlbaren Platte 1 drückt. Bei Einsatz einer Vorrichtung zum automatischen Abnehmen bzw. Aufsetzen eines dem zu temperierenden Einzelbehältnis zugeordneten Deckels kann die Gegenhaltevorrichtung auch von einem Greiferarm dieser Deckel-Handhabungs-Vorrich- tung gebildet sein. Dies vereinfacht den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung nochmals, da keine gesonderte Gegenhaltevorrichtung vorgesehen zu werden braucht.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass durch den vorstehend erläuter- ten Aufbau ein sehr schnelles Aufheizen der Probenbehältnisse 3 möglich ist, ohne dass die Gefahr betünde, dass deren Umgebung, d.h. die sie umgebenden Behältnisse 3, durch den selektiven Aufheizprozess aufgetaut würde. Diese Anordnung erlaubt durch entsprechende Temperatureinstellung und -regelung der Temperierelemente 2 die selektive Temperierung eines oder mehrerer Behältnisse 3 auf eine Temperatur, die zwischen etwa 20°C und etwa 70°C oberhalb der Temperatur der restlichen Behältnisse liegt.

Neben der vorstehend beschriebenen Vorrichtung, bei der zur Temperierung einzelner Behältnisse 3 eines Behältnisverbundes 30 dieser Verbund 30 und ein Temperierelement 2 in einer Mehrzahl von linearen Relativbewegungen zueinander positioniert werden mussten, gibt es auch anders aufgebaute Vorrichtungen zum selektiven Temperieren einzelner Behältnisse 3. In den Figuren 6 bis 8 sind lediglich beispielhaft drei derartige Vorrichtungen grob schematisch dargestellt. Diese Vorrichtungen entsprechen in ihrem Grundprinzip der aus der prioritätsälteren, jedoch nachveröffentlichten WO 99/1 6549 bekannten Temperiervorrichtung, können erfindungsgemäß jedoch alle mit zusätzlichen Kühlzonen 1 6 ausgestattet sein, wie sie vorstehend erläutert wurden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 sind an jeder Aufnahme 4 Peltier- Elemente 1 8 so angebracht, dass eine gute Wärmekontaktfläche zu dem Reaktionsbehältnis in der Aufnahme 4 entsteht. Dem Fachmann ist bekannt, dass Peltier-Elemente aus einer kühlenden 1 9 und einer heizenden Seite 20 bestehen und diese sich durch elektrische Umpolung entsprechend umtauschen lassen. Eine entsprechende Aufnahmeplatte 1 , wie in Figur 6 gezeigt, hat nun die Möglichkeit, Reaktionsbehältnisse in einem Verbund aufzunehmen und durch entsprechende Schaltung der Peltier-Elemente zu kühlen. Durch eine entsprechende Steuerung können durch Umpolung der Peltier-Elemente selektiv einzelne Behältnisse temperiert werden. Um eine exakte Temperierung entsprechend einstellen zu können, kann es von Vorteil sein, Wärme über eine weitere Platte 1 7 in Fig. 6 entsprechend zu- oder abzuführen, um die Regelung so zu vereinfachen und zu präzisieren. Dafür kann erfindungsgemäß eine temperierbare Platte 1 7 wie in Fig. 6 (hier z.B am Boden) von Vorteil sein. Im Falle der Anwendung für das Auftauen sollte die Platte 1 7 gekühlt werden, um die Aufheizwärme abzuführen.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform ist in Fig. 7 dargestellt. Hier sind einzelne Aufnahmen 1 mit Vertiefungen 4 zur Aufnahme von Behältnissen 3 am Boden mit einem Peltier-Element 1 8 gekoppelt. Die einzelnen Aufnahmen sind durch eine Wärmeisolierschicht 28 voneinander getrennt. Am Boden ist zur Ableitung der Wärme ein entsprechender Luftkanal 21 angebracht, der mittels eines Ventilators 1 2 für die Kühlung der Peltier-Elemente 1 8 sorgt. Vergleichbar wie in Figur 6 kann durch Umpolung der Peltier-Elemente 1 8 eine selektive Temperierung bzw. Aufheizung erreicht werden.

Gemäß Fig. 8 wird der Umgebung der Aufnahmen 4 für die Behältnisse 3 Kühl- bzw. Heizflüssigkeit zugeführt. Die entsprechenden kühlbaren Aufnahmen 1 sind einzeln durch eine Isolierschicht 28 voneinander getrennt und besitzen jeweils Bohrungen 22, die mit Kühl- bzw. Heizflüssigkeit beschickt werden können. Dies können entsprechende Kühlschlangen oder bei Ausführung der kühlbaren Aufnahmeplatte aus metallischen Materialien auch entsprechende Bohrungen mit Anschlüssen sein. Dabei können die einzelnen Anschlüsse alle mit einem entsprechenden Ventilsystem so gesteuert werden, dass selektiv einzelne Aufnahmen gekühlt bzw. geheizt werden können.

Gerade die Vorrichtungen nach Fig. 6 bis 8 sind für die Nukleinsäure- Hybridisierung in mehreren Behältnissen mit unterschiedlichen Sequenzen und damit Hybridisierungstemperaturen besonders geeignet. Es sei nochmals ausdrücklich betont, dass diese drei Ausführungsformen Möglichkeiten einer erfinderischen Ausführung sind.

Claims

Ansprüche

1 . Vorrichtung (40) zum selektiven Temperieren wenigstens eines Behältnisses (3) eines eine Mehrzahl derartiger Behältnisse (3) aufweisenden Verbundes (30), wobei die Vorrichtung eine Aufnahmeplatte ( 1 ) für den Behältnisverbund (30) umfasst, die dazu dient, den Behältnisverbund (30) auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, wobei die Aufnahmeplatte ( 1 ) wenigstens eine Durchbrechung

(5) aufweist, durch welche wenigstens ein Temperierelement (2) mit einem zu temperierenden Behältnis (3) in Wärmeaustauschkontakt bringbar ist, und wobei der Behältnisverbund (30) und das wenigstens eine Temperierelement (2) relativ zueinander bewegbar sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeplatte ( 1 ) eine Mehrzahl von Längsrillen (4) umfasst, in denen jeweils eine Mehrzahl von Behältnissen (3) des Behältnisverbundes (30) aufnehmbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Längsrillen (4), vorzusweise im Bereich etwa ihrer Längsmitte, wenigstens eine Durchbrechung (5) aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsvorrichtung (Y) vorgesehen ist zum Positionieren des Behältnisverbundes (30) relativ zu der wenigstens einen Durchbrechung (5), vorzugsweise durch Verschieben des Behältnisverbundes (30) in den Längsrillen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Antriebsvorrichtung (X, Z) vorgesehen ist zum Positionieren des wenigstens einen Temperierelements (2) relativ zu der wenigstens einen Durchbrechung, vorzugsweise durch Verlagerung des Temperierelements in einer ersten zu den Längsrillen (4) orthogonal, aber zur Ebene der Aufnahmeplatte ( 1 ) im Wesentlichen parallel verlaufenden Richtung (X) und einer zweiten zur Ebene der Aufnahmeplatte ( 1 ) im Wesentlichen orthogonal verlaufenden Richtung (Z) .

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gegenhaltevorrichtung ( 1 5), beispielsweise eine Gegenhalteplatte ( 1 5), vorgesehen ist, welche den Behältnisverbund (30) gegen die Aufnahmeplatte ( 1 ) andrückt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine zusätzliche Kühlzone ( 1 6) vorgesehen ist, welche die vom Temperierelement (2) abgegebene und nicht zum Temperieren des Behältnisses (3) genutzte Wärme abführt.

8. Vorrichtung (40) zum selektiven Temperieren wenigstens eines Behältnisses (3) eines eine Mehrzahl derartiger Behältnisse (3) aufweisenden Verbundes (30) mittels wenigstens eines Temperier- elements (2), gewünschtenfalls nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, wobei die Vorrichtung eine Aufnahmeplatte ( 1 ) für den Behältnisverbund (30) umfasst, die dazu dient, den Behältnisverbund (30) auf einer vorbestimmten Temperatur zu halten, und wobei wenigstens eine zusätzliche Kühlzone ( 1 6) vorgesehen ist, welche die vom Temperierelement (2) abgegebene und nicht zum Temperieren des Behältnisses (3) genutzte Wärme abführt.

. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zusätzliche Kühlzone ( 1 6) ein aus thermisch gut leitendem Material gefertigtes Ringelement umfasst, das mit einer Kühlvorrichtung thermisch gekoppelt ist.

0. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorsehen einer Mehrzahl von zusätzlichen Kühlzonen ( 1 6) wenigstens einige dieser Kühlzonen ( 1 6) mit einer gemeinsamen Kühlvorrichtung thermisch gekoppelt sind.

1 . Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperaturdifferenz zwischen der Aufnahmeplatte ( 1 ) und der zusätzlichen Kühlzone ( 1 6) zwischen etwa 5 °C und etwa 50°C beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 20°C und etwa 30°C.

2. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (2) wenigstens ein Peltier-Element umfasst.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (2) wenigstens eine Heizwendel umfasst.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperierelement (2) von einer Wärmeisolationsschicht (8) umgeben ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Temperierelementen

(2) vorgesehen ist, welche vorzugsweise unabhängig voneinander temperiert werden können.

1 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Behältnisverbund (30) eine Verbundplatte ( 1 1 ) umfasst, an welcher die Mehrzahl von Behältnissen (3) einstückig angeformt ist.

1 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A) zwischen benachbarten Behältnissen (3) zwischen etwa 1 mm und etwa 1 0 mm, vorzugsweise zwischen etwa 2 mm und etwa 5 mm, beträgt.

1 8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (B) von der Verbundplatte ( 1 ) bis zum Boden der Behältnisse (3) zwischen etwa 1 mm und etwa 1 00 mm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 5 mm und etwa 35 mm.

1 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke der Behältnisse (3) zwischen etwa 0,2 mm und etwa 0,5 mm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 0,2 mm und etwa 0,3 mm.

20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Verbundplatte ( 1 1 ) zwischen etwa 0,5 mm und etwa 5 mm beträgt, vorzugsweise zwischen etwa 2 mm und etwa 4 mm.

21 . Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Screening, vorzugsweise High-Throughput-Screening, beispielsweise in der Molekularbiologie, wie etwa bei der Nukleinsäure-Hybridisierung.