EP1642647A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Einstellen einer Temperatur einer Flüssigkeit - Google Patents

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EP1642647A1
EP1642647A1 EP04023309A EP04023309A EP1642647A1 EP 1642647 A1 EP1642647 A1 EP 1642647A1 EP 04023309 A EP04023309 A EP 04023309A EP 04023309 A EP04023309 A EP 04023309A EP 1642647 A1 EP1642647 A1 EP 1642647A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
temperature
liquid
control unit
sample vessels
sensor element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04023309A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Roger Sandoz
Frank Ulrich Schubert
Hans-Rudolf Bachmann
Renato Baumann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
F Hoffmann La Roche AG
Roche Diagnostics GmbH
Original Assignee
F Hoffmann La Roche AG
Roche Diagnostics GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by F Hoffmann La Roche AG, Roche Diagnostics GmbH filed Critical F Hoffmann La Roche AG
Priority to EP04023309A priority Critical patent/EP1642647A1/de
Priority to EP05017580A priority patent/EP1642648A1/de
Priority to CA002516885A priority patent/CA2516885C/en
Priority to US11/226,818 priority patent/US7600438B2/en
Priority to JP2005286954A priority patent/JP4885506B2/ja
Publication of EP1642647A1 publication Critical patent/EP1642647A1/de
Priority to US12/553,827 priority patent/US20090320617A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00—Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00—Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14—Process control and prevention of errors
    • B01L2200/143—Quality control, feedback systems
    • B01L2200/147—Employing temperature sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01L—CHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00—Additional constructional details
    • B01L2300/18—Means for temperature control
    • B01L2300/1861—Means for temperature control using radiation

Definitions

  • the present invention relates to a device for adjusting a temperature of a liquid according to the preamble of claim 1 and a corresponding method.
  • the present invention is therefore based on the object of specifying a device for adjusting a temperature of a liquid, wherein the device does not have one or more of the disadvantages mentioned above.
  • the invention has the following advantages: Since the liquid to be examined contains absorption elements, the temperature setting in the liquid to be examined is considerably accelerated. Thus, the throughput of samples per unit time can be increased accordingly.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the invention, in which eight sample vessels 11 to 18 are arranged substantially on a straight line, wherein a transport unit 20 is provided to hold one hand, the sample vessels 11 to 18 in position and on the other hand, to a to ensure easy transport of the sample vessels 11 to 18.
  • a temperature control unit 2 is provided laterally along the sample vessels 11 to 18 or the transport unit 20, by means of which the temperature of the liquid present in the sample vessels 11 to 18 can be adjusted.
  • a control unit 1 is provided, which is operatively connected to the temperature control unit 2, ie in the control unit 1, a control signal is generated, which leads to a corresponding temperature radiation through the temperature control unit 2.
  • a first embodiment of the present invention is that the control unit 1 receives no feedback on the temperature generated in the sample vessels 11 to 18.
  • a further embodiment of the present invention is that sensor elements 3 are provided in the region of the sample vessels 11 to 18, by means of which the respective temperature of the existing in the sample vessels 11 to 18 fluids can be determined.
  • sensor elements 3 are provided in the region of the sample vessels 11 to 18, by means of which the respective temperature of the existing in the sample vessels 11 to 18 fluids can be determined.
  • the possibility that for each sample vessel 11 to 18 a sensor element 3 is present on the other hand the possibility that the temperature is measured only in one of the sample vessels 11 to 18, in which case it is assumed that the measured temperature value in all other sample vessels 11 to 18 is the same.
  • the embodiments of the present invention with sensor elements 3 enables the regulation of the temperature radiation of the temperature control unit 2, whereby a desired temperature of the liquids present in the sample vessels can be adjusted quickly and precisely.
  • FIG. 1 denoted by 5 is a system bus, via which the device according to the invention can be coupled, for example, to a higher-level system which assumes, for example, all the controls of a process.
  • an IR radiation unit is particularly suitable as tempering unit 2.
  • An IR radiation unit irradiates the liquid in the sample vessels 11 to 18 in the infrared wavelength range.
  • other wavelength ranges are also conceivable.
  • the tempering unit 2 used is realized, for example, as a surface radiator (two-dimensional) in thick-film or thin-film technology.
  • the absorption elements have the task to absorb the radiation energy emitted by the temperature control unit 2 and deliver it as heat to the liquids contained in the sample vessels 11 to 18.
  • the choice for an absorption element is therefore dependent on the temperature control unit 2 used or on the wavelength range of the radiation used.
  • absorption elements are, for example, spherical particles in the size of 0.5 to 5 microns. These are glass beads with enclosed magnetic pigments, for example iron oxide. Such absorption elements are also referred to as MGPs (Magnetic Glass Particles). Furthermore, the absorption can be increased by the use of polymers (PS) for the production of absorbent elements. Finally, the thermal conductivity and thus a Heat input into the liquids can be increased by absorption elements of other inert particles (for example, aluminum, ceramic or carbon fibers) are added.
  • PS Polymers
  • Particularly suitable absorption elements are particulate solids, as described, for example, in the known teachings of WO 96/41 811 or WO 00/32 762 or WO 01/37 291 of the same Applicant.
  • the disclosure of the above-mentioned international patent applications is therefore fully an integral part of the present patent application.
  • the absorption elements primarily have the task of converting radiation into heat and delivering it to the liquid to be heated in the sample vessel in order to be able to achieve a desired temperature of the liquid as quickly as possible.
  • embodiments are conceivable and desirable in which particles are used as absorption elements, to which nucleic acid can be reversibly bound, as has also been described in the aforementioned international patent application with the publication number WO 96/41 811.
  • the method consists of binding nucleic acids to the particles for cleaning. Through the connection, an extremely efficient heat transfer can be obtained.
  • the liquid to be examined is preferably aqueous, in particular a nucleic acid-containing Sample, for example, a body fluid or a liquid derived therefrom.
  • sample vessels 11 to 18 are made of a material with low heat capacity and / or reduced absorption.
  • COC cycloolefin copolymer
  • PP polypropylene
  • the measurement of the instantaneous temperature by means of the sensor elements 3 is preferably, but not necessarily, from above, that is on the Opening in the sample vessels 11 to 18. This allows a direct measurement of the temperature to be made, and there are none Messvertigschept due to lying between the sensor element 3 and the liquid vessel walls to be expected.
  • the liquid in the sample vessels 11 to 18 can be heated from below or from above. In this case, a temperature measurement from the side is preferred.
  • FIG. 2 shows a further embodiment of the device according to the invention with a linear IR incubator.
  • the embodiment according to FIG. 2 comprises a rake-shaped tempering unit, which consists of the essentially parallel tempering elements 2a to 2f.
  • the tempering elements 2a to 2f can also be produced with the mentioned thin film or thick film technologies.
  • the control unit 1 is individually connected to the temperature control 2a to 2f.
  • the temperature measurement takes place, as in the embodiment according to FIG. 1, via sensor elements 3, which are connected to the control unit 1 (shown in dashed lines in FIG. 2).
  • the sensor elements 3 are arranged above or below the sample vessels 11 to 15.
  • sensor elements 3 ' are provided directly on the temperature control elements 2a to 2f, as is indicated by way of example in the case of the first temperature control element 2a.
  • Fig. 3 shows a further embodiment of the inventive device is shown.
  • a so-called rotor-IR incubator is used, in which the sample vessels 11 to 18 are arranged on a circle. Accordingly, the sample vessels 11 to 18 are held in position by a circular transport unit 20.
  • the tempering unit 2 is arranged in the center of the circular transport unit 20, so that the heat rays run radially, thus impinging laterally on the sample vessels 11 to 18.
  • a single or multiple sensor elements 3 are also provided in that according to FIG. 3 in order to measure the temperature of the liquids contained in the sample vessels 11 to 18 and optionally to the control unit 1 for regulating the temperature to pass over the temperature control unit 2.
  • the sensor unit or the sensor units are to be suitably placed.
  • an arrangement is suitable the sensor unit 3 above the sample vessels 11 to 18, whereby a direct influence by the temperature control unit 2 is excluded.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the device according to the invention with a rotor-IR-incubator.
  • the embodiment according to FIG. 4 consists in that the temperature control unit 2 is arranged below one of the sample vessels 11 to 18. Conceivable and in a modification of the embodiment according to FIG. 4, a further embodiment variant is that a temperature control unit 2 is arranged under a plurality of or among all sample vessels 11 to 18.
  • a water temperature of 80 ° Celsius was reached after about 40 seconds.
  • the sample vessel is placed concentrically over a halogen lamp as a tempering unit, wherein the halogen lamp is arranged in a rotationally symmetrical mirror.
  • a wavelength filter is further provided between the tempering unit and the sample vessel.
  • a sensor element is provided as a non-contact temperature sensor, with which the control unit and the temperature control unit are operatively connected.
  • tempering unit 2 which generates beams in the infrared range, is particularly suitable for all of the described embodiments according to the invention. Nevertheless, tempering units are also conceivable which generate beams in other wavelength ranges. Decisive is a vote of the used rays in connection with the used materials for the absorption elements and for the sample vessels 11 to 18.
  • Suitable sample vessels are conventional so-called tubes, which consist of a cylindrical section and leak towards the closed end, for example, in a tip.
  • so-called flat cells are suitable, which consist essentially of one or more chambers with a small depth (a few hundred microns) in a carrier material, wherein the outer dimensions of the chamber and its geometry may be arbitrary.
  • hollow cylinders and capillary tubes are also suitable as sample vessels.
  • the present invention is particularly suitable for the following applications: incubators, thermal cyclers and all applications related to energy input.

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Abstract

Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Einstellen einer Temperatur einer Flüssigkeit, die in einem Probengefäss (11, ..., 18) enthalten ist, sind angegeben, wobei eine Steuereinheit (1) und eine Temperiereinheit (2) vorgesehen sind, die auf die im Probengefäss (11, ..., 18) enthaltene Flüssigkeit wirkt. Des Weiteren ist die Steuereinheit (1) mit der Temperiereinheit (2) wirkverbunden. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die zu untersuchende Flüssigkeit Absorptionselemente enthält, um die Temperatureinstellung in der zu untersuchenden Flüssigkeit zu beschleunigen. Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung wird eine rasche Temperatureinstellung in der zu untersuchenden Flüssigkeit erhalten. Damit kann der Durchsatz von Proben pro Zeiteinheit entsprechend gesteigert werden.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einstellen einer Temperatur einer Flüssigkeit nach dem Oberbegriff gemäss Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Verfahren.
  • Es ist allgemein bekannt, dass chemische Analysen von Proben und chemische/physikalische Prozesse bei einer vorbestimmten Temperatur ausgeführt werden müssen, um korrekte Resultate erhalten zu können. Insbesondere bei einer grossen Anzahl von chemischen Analysen innerhalb eines relativ kurzen Zeitabschnittes oder bei Prozessen, bei denen eine Temperatur oder unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden müssen, erfordern leistungsfähige und kostenaufwendige Temperiereinheiten, damit diese Anforderungen erfüllt werden können.
  • Es sind verschiedene Vorrichtungen und Verfahren zur Einstellung der Temperatur bekannt. Stellvertretend wird auf die folgenden Druckschriften verwiesen: DE-42 03 202 Al, EP-0 160 282 B1, EP-0 318 255 A2, WO 98/38487, US-6 210 882 und EP-0 345 882 A1.
  • Die bekannten Lehren lassen sich grundsätzlich in zwei Gruppen einteilen. Zur ersten Gruppe gehören die so genannten Festkörperinkubatoren, bei denen die Proben durch den Festkörper geheizt oder gekühlt werden, was je nach Wärmekapazität entsprechend viel Zeit in Anspruch nimmt. Müssen flüssige Proben temperiert werden, ergeben sich eines oder mehrere der nachfolgenden Probleme:
    • Grosse thermische Massen müssen bei einer Temperaturänderung mitgeheizt oder mitgekühlt werden;
    • Es treten Diffusionslimitationen zwischen einer geheizten Probengefässwandung und der Flüssigkeit auf (Grenzschichtbildung);
    • ein direkter Kontakt zwischen der Wärmequelle bzw. Wärmesenke und dem zu beheizenden Probengefäss ist erforderlich; eine schlechte Kontaktierung zwischen Temperiereinheit und Probengefäss führt zu einer erheblichen Verzögerung in der Temperatureinstellung;
    • Kontaktierungen durch Sensorkabel wirken als Wärmesenken und führen zu zusätzlichen Verlusten.
  • Zur zweiten Gruppe gehören Temperiereinheiten, die auf einer Bestrahlung, insbesondere einer IR-(Infrarot)-Bestrahlung, basieren. Zwar kann grundsätzlich ein gegenüber der ersten Gruppe verbessertes Verhalten festgestellt werden, doch ergeben sich auch bei dieser zweiten Gruppe eine Reihe von zu beachtenden Nachteilen, welche zu einem suboptimalen Aufheizverhalten bei Flüssigkeiten führen:
    • nicht optimierte Absorptionsspektren der zu erwärmenden Reaktionsgemische;
    • nicht optimierte Transmissionsspektren der Probengefässe;
    • anderen Systemelemente werden ungewollt durch die IR-Strahlung erwärmt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Einstellen einer Temperatur einer Flüssigkeit anzugeben, wobei die Vorrichtung einen oder mehrere der vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.
  • Diese Aufgabe wird durch den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Massnahmen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sowie ein Verfahren sind in weiteren Ansprüchen angegeben.
  • Die Erfindung weist die folgenden Vorteile auf: Indem die zu untersuchende Flüssigkeit Absorptionselemente enthält, wird die Temperatureinstellung in der zu untersuchenden Flüssigkeit erheblich beschleunigt. Damit kann der Durchsatz von Proben pro Zeiteinheit entsprechend gesteigert werden.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen beispielsweise erläutert. Dabei zeigen
    • Fig. 1,
    in schematischer Darstellung, eine erfindungsgemässe Vorrichtung als so genannter Linear-IR-Inkubator,
    Fig. 2,
    wiederum in schematischer Darstellung, eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemässen Vorrichtung als Linear-IR-Inkubator,
    Fig. 3,
    wiederum in schematischer Darstellung, eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung als so genannter Rotor-IR-Inkubator und
    Fig. 4,
    wiederum in schematischer Darstellung, eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung als Rotor-IR-Inkubator.
  • Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung, bei der acht Probengefässe 11 bis 18 im Wesentlichen auf einer Geraden angeordnet sind, wobei eine Transporteinheit 20 vorgesehen ist, um einerseits die Probengefässe 11 bis 18 in Position zu halten und anderseits, um einen einfachen Transport der Probengefässe 11 bis 18 zu gewährleisten. Seitlich entlang der Probengefässe 11 bis 18 bzw. der Transporteinheit 20 ist eine Temperiereinheit 2 vorgesehen, mit Hilfe der die Temperatur der in den Probengefässen 11 bis 18 vorhandenen Flüssigkeit eingestellt werden kann. Hierzu ist eine Steuereinheit 1 vorgesehen, die mit der Temperiereinheit 2 wirkverbunden ist, d.h. in der Steuereinheit 1 wird ein Steuersignal generiert, welches zu einer entsprechenden Temperaturstrahlung durch die Temperiereinheit 2 führt.
  • Grundsätzlich besteht eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darin, dass die Steuereinheit 1 keine Rückmeldung über die in den Probengefässen 11 bis 18 erzeugten Temperatur erhält.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht jedoch, wie in Fig. 1 gezeigt, darin, dass Sensorelemente 3 im Bereich der Probengefässe 11 bis 18 vorgesehen sind, mit Hilfe derer die jeweilige Temperatur der in den Probengefässen 11 bis 18 vorhandenen Flüssigkeiten bestimmt werden kann. Dabei besteht einerseits die Möglichkeit, dass für jedes Probengefäss 11 bis 18 ein Sensorelement 3 vorhanden ist, anderseits die Möglichkeit, dass die Temperatur lediglich in einem der Probengefässe 11 bis 18 gemessen wird, wobei dann angenommen wird, dass der gemessene Temperaturwert in allen anderen Probengefässen 11 bis 18 gleich ist.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Sensorelementen 3 ermöglicht die Regulierung der Temperaturstrahlung der Temperiereinheit 2, womit eine gewünschte Temperatur der in den Probengefässen vorhandenen Flüssigkeiten rasch und präzise eingestellt werden kann.
  • In der Fig. 1 ist mit 5 ein Systembus bezeichnet, über den die erfindungsgemässe Vorrichtung beispielsweise an ein übergeordnetes System gekoppelt werden kann, das beispielsweise alle Steuerungen eines Prozesses übernimmt.
  • Es hat sich gezeigt, dass sich als Temperiereinheit 2 ein IR-(Infrarot)-Strahlungseinheit besonders eignet. Eine IR-Strahlungseinheit bestrahlt die Flüssigkeit in den Probengefässen 11 bis 18 im infraroten Wellenlängenbereich. Denkbar sind jedoch auch andere Wellenlängenbereiche.
  • Die eingesetzte Temperiereinheit 2 ist beispielsweise als Flächenstrahler (zweidimensional) in Dickfilm- oder Dünnfilmtechnologie realisiert.
  • Damit die Einstellung der Temperatur der in den Probengefässen 11 bis 18 enthaltenen Flüssigkeiten schneller und effizienter vorgenommen werden kann, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, den in den Probengefässen enthaltenen Flüssigkeiten Absorptionselemente beizumischen. Die Absorptionselemente haben dabei die Aufgabe, die von der Temperiereinheit 2 abgegebene Strahlungsenergie aufzunehmen und als Wärme an die in den Probengefässen 11 bis 18 enthaltenen Flüssigkeiten abzugeben. Die Wahl für ein Absorptionselement ist daher abhängig von der verwendeten Temperiereinheit 2 bzw. vom verwendeten Wellenlängenbereich der Strahlung.
  • Die Absorptionselemente sollen die zu untersuchende oder zu verarbeitende Flüssigkeit chemisch nicht beeinflussen und zudem beispielsweise einen oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:
    • hohe Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise grösser als 0.6 W/m K;
    • geringe Wärmekapazität, vorzugsweise kleiner als 4000 J/kg K;
    • magnetisiert bzw. magnetisierbar;
    • geringe spezifische Dichte, vorzugsweise kleiner als 6 g/cm3.
  • Mit den erfindungsgemässen Absorptionselementen kann ein oder mehrere der nachfolgenden Effekte erzielt werden:
    • Höherer Wirkungsgrad;
    • Höhere Aufheizgeschwindigkeit der in den Probengefässen 11 bis 18 enthaltnen Flüssigkeiten;
    • Stärkere Konvektionseffekte innerhalb der Probengefässe 11 bis 18 aufgrund des lokalen Wärmeeintrages an den Absorptionselementen;
    • Bessere Homogenität innerhalb der zu erwärmenden Flüssigkeit infolge des verstärkten Konvektionseffektes innerhalb der Probengefässe 11 bis 18 (ein zusätzliches Mischen der Flüssigkeiten ist nicht notwendig).
  • Als Absorptionselemente eignen sich beispielsweise kugelförmige Partikel in der Grösse von 0.5 bis 5 µm. Es handelt sich dabei um Glaskugeln mit eingeschlossenen magnetischen Pigmenten, zum Beispiel aus Eisenoxid. Derartigen Absorptionselemente werden auch etwa als MGPs (Magnetische Glas-Partikel) bezeichnet. Des Weiteren kann die Absorption durch die Verwendung von Polymeren (PS) zur Herstellung von Absorptionselementen gesteigert werden. Schliesslich kann die Wärmeleitfähigkeit und damit ein Wärmeeintrag in die Flüssigkeiten erhöht werden, indem Absorptionselemente aus anderen inerten Partikeln (beispielsweise aus Aluminium, Keramik oder Karbonfasern) beigegeben werden.
  • Als Absorptionselemente eignen sich insbesondere partikuläre Festkörper, wie sie beispielsweise in den bekannten Lehren gemäss WO 96/41 811 oder WO 00/32 762 oder WO 01/37 291 der gleichen Anmelderin beschrieben worden sind. Der Offenbarungsgehalt der eben erwähnten internationalen Patentanmeldungen ist daher im vollen Umfang integrierender Bestandteil der vorliegenden Patentanmeldung.
  • Wie bereits darauf hingewiesen worden ist, haben die Absorptionselemente in erster Linie die Aufgabe, Strahlung in Wärme umzuwandeln und an die zu erwärmende Flüssigkeit im Probengefäss abzugeben, um somit eine gewünschte Temperatur der Flüssigkeit raschmöglichst erreichen zu können. Des Weiteren sind Ausführungsformen denkbar und wünschenswert, bei denen Partikel als Absorptionselemente eingesetzt werden, an die Nukleinsäure reversibel gebunden werden können, wie dies auch in der vorerwähnten internationalen Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer WO 96/41 811 beschrieben worden ist. Hierbei besteht das Verfahren darin, Nukleinsäuren zur Reinigung an die Partikel anzubinden. Durch die Anbindung kann ein äusserst effizienter Wärmeübergang erhalten werden. Die zu untersuchende Flüssigkeit ist dabei vorzugsweise wässrig, insbesondere eine nukleinsäurehaltige Probe, beispielsweise eine Körperflüssigkeit oder eine davon abgeleitete Flüssigkeit.
  • Eine weitere Verbesserung des Wirkungsgrades und des Wärmeeintrages in die Flüssigkeit der Probengefässe 11 bis 18 wird bei der erfindungsgemässen Vorrichtung dadurch erreicht, dass die Probengefässe 11 bis 18 aus einem Material mit geringer Wärmekapazität und/oder reduzierter Absorption gefertigt sind. Beispielsweise eignet sich die Verwendung von COC (Cycloolefin-Copolymer) anstelle des üblicherweise für Probengefässe verwendeten PP (Polypropylen).
  • Neben der Wahl des geeigneten Materials für die Probengefässe zur Erlangung der vorstehend genannten Eigenschaften ist eine weitere Optimierung durch geeignete Eigenschaften der gewählten Temperiereinheit möglich. So ist bei der Verwendung einer IR-Strahlungseinheit dessen Strahlungsspektrum auf das verwendete Material für die Probengefässe 11 bis 18 abzustimmen. Damit wird ein optimiertes Gesamtsystem erhalten.
  • Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante erfolgt das Einbringen von Wärme in die Probengefässe 11 bis 18 über die seitlich angeordnete Temperiereinheit 2. Das Messen der momentanen Temperatur mit Hilfe der Sensorelemente 3 erfolgt vorzugsweise, aber nicht zwingend, von oben, dass heisst über die Öffnung in den Probengefässen 11 bis 18. Damit kann eine direkte Messung der Temperatur vorgenommen werden, und es sind keine Messverfälschungen aufgrund von zwischen dem Sensorelement 3 und der Flüssigkeit liegenden Gefässwandungen zu erwarten.
  • Alternativ kann die Flüssigkeit in den Probengefässen 11 bis 18 von unten bzw. von oben erwärmt werden. In diesem Fall wird eine Temperaturmessung von der Seite bevorzugt.
  • Fig. 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem Linear-IR-Inkubator. Anstelle eines seitlich angeordneten Temperiereinheit, wie bei der Ausführungsvariante gemäss Fig. 1, umfasst die Ausführungsform gemäss Fig. 2 eine Rechen-förmige Temperiereinheit, die aus den im wesentlichen parallel angeordneten Temperierelementen 2a bis 2f besteht. Die Temperierelemente 2a bis 2f können ebenfalls mit den erwähnten Dünnfilm- bzw. Dickfilmtechnologien hergestellt werden. Bei dieser Ausführungsform besteht die Möglichkeit, die Temperatur der in den einzelnen Probengefässe 11 bis 15 enthaltenen Flüssigkeiten individuell zu regulieren. Hierzu ist die Steuereinheit 1 einzeln mit den Temperierelementen 2a bis 2f verbunden.
  • Die Temperaturmessung erfolgt, wie bei der Ausführungsform gemäss Fig. 1, über Sensorelemente 3, die mit der Steuereinheit 1 verbunden sind (in Fig. 2 strichliniert dargestellt). Vorzugsweise sind die Sensorelemente 3 oberhalb oder unterhalb der Probengefässe 11 bis 15 angeordnet.
  • In einer alternativen Ausführungsvariante sind Sensorelemente 3' direkt auf den Temperierelementen 2a bis 2f vorgesehen, wie dies stellvertretend beim ersten Temperierelement 2a angedeutet ist.
  • In Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform kommt ein so genannter Rotor-IR-Inkubator zum Einsatz, bei dem die Probengefässe 11 bis 18 auf einem Kreis angeordnet sind. Entsprechend sind die Probengefässe 11 bis 18 durch eine kreisförmige Transporteinheit 20 in Position gehalten. Die Temperiereinheit 2 ist im Zentrum der kreisförmigen Transporteinheit 20 angeordnet, so dass die Wärmestrahlen radial verlaufen, mithin seitlich auf die Probengefässe 11 bis 18 auftreffen. Wie bei den Ausführungsformen gemäss Fig. 1 und 2 ist auch bei derjenigen gemäss Fig. 3 ein einziges oder mehrere Sensorelemente 3 vorgesehen, um die Temperatur der in den Probengefässen 11 bis 18 enthaltenen Flüssigkeiten zu messen und gegebenenfalls an die Steuereinheit 1 zur Regelung der Temperatur über die Temperiereinheit 2 zu übergeben.
  • Damit keine direkte Beeinflussung der Sensoreinheit 3 bzw. der Sensoreinheiten durch die Temperiereinheit 2 vorkommen kann, sind die Sensoreinheit bzw. die Sensoreinheiten geeignet zu platzieren. Bei der eben erläuterten Ausführungsvariante mit zentral angeordneter Temperiereinheit 2 eignet sich insbesondere eine Anordnung der Sensoreinheit 3 über den Probengefässen 11 bis 18, womit eine direkte Beeinflussung durch die Temperiereinheit 2 ausgeschlossen ist.
  • Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem Rotor-IR-Inkubator. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäss Fig. 3 besteht die Ausführungsform gemäss Fig. 4 darin, dass die Temperiereinheit 2 unterhalb eines der Probengefässe 11 bis 18 angeordnet ist. Denkbar und in Abwandlung der Ausführungsform gemäss Fig. 4 besteht eine weitere Ausführungsvariante darin, dass unter mehreren oder unter allen Probengefässen 11 bis 18 eine Temperiereinheit 2 angeordnet ist.
  • Bei einer Anordnung beispielsweise mit einem einzigen Probengefäss, enthaltend 100µl Wasser und 6 mg MGPs, wurde bei Verwendung einer 90 Watt Halogenlampe als Temperiereinheit, ausgehend von Raumtemperatur, eine Wassertemperatur von 80° Celsius nach ca. 40 Sekunden erreicht. Das Probengefäss ist dabei konzentrisch über einer Halogenlampe als Temperiereinheit platziert, wobei die Halogenlampe in einem rotationssymmetrischen Spiegel angeordnet ist. Um die Anteile von sichtbaren Strahlen zu reduzieren, ist zwischen der Temperiereinheit und dem Probengefäss ferner ein Wellenlängenfilter vorgesehen. Um eine genaue und schnelle Temperatureinstellung erhalten zu können, ist ein Sensorelement als berührungsloser Temperatursensor vorgesehen, mit dem die Steuereinheit und die Temperiereinheit wirkverbunden sind.
  • Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sich eine Temperiereinheit 2, welche Strahlen im infraroten Bereich erzeugt, für alle erläuterten erfindungsgemässen Ausführungsvarianten besonders eignet. Dessen ungeachtet sind aber auch Temperiereinheiten denkbar, welche Strahlen in anderen Wellenlängenbereichen erzeugen. Massgebend ist eine Abstimmung der eingesetzten Strahlen in Verbindung mit den verwendeten Materialien für die Absorptionselemente und für die Probengefässe 11 bis 18.
  • Als Probengefässe eignen sich herkömmliche so genannte Tubes, die aus einem zylinderförmigen Abschnitt bestehen und gegen das geschlossene Ende hin beispielsweise in einen Spitz auslaufen. Alternativ eignen sich so genannte flache Zellen, die im Wesentlichen aus einer oder mehreren Kammern mit einer geringen Tiefe (einige hundert µm) in einem Trägermaterial bestehen, wobei die äusseren Abmessungen der Kammer sowie deren Geometrie beliebig sein können. Des Weiteren eignen sich auch Hohlzylinder und Kapillarröhrchen als Probengefässe.
  • Die vorliegende Erfindung eignet sich insbesondere für die folgenden Anwendungen: Inkubatoren, Thermocycler sowie alle Anwendungen im Zusammenhang mit einem Energieeintrag.

Claims (20)

  1. Vorrichtung zum Einstellen einer Temperatur einer Flüssigkeit, die in einem Probengefäss (11, ..., 18) enthalten ist, wobei eine Steuereinheit (1) und eine Temperiereinheit (2) vorgesehen sind, die auf die im Probengefäss (11, ..., 18) enthaltene Flüssigkeit wirkt, und wobei die Steuereinheit (1) mit der Temperiereinheit (2) wirkverbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zu untersuchende Flüssigkeit Absorptionselemente enthält, um die Temperatureinstellung in der zu untersuchenden Flüssigkeit zu beschleunigen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente die zu untersuchende Flüssigkeit chemisch nicht beeinflussen und zudem eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften aufweisen:
    - hohe Wärmeleitfähigkeit, vorzugsweise grösser als 0.6 W/m K;
    - geringe Wärmekapazität, vorzugsweise kleiner als 4000 J/kg K;
    - magnetisiert bzw. magnetisierbar;
    - geringe spezifische Dichte, vorzugsweise kleiner als 6 g/cm3.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente aus mindestens einem der folgenden Materialien bestehen:
    - Glas;
    - Keramik;
    - Aluminium;
    - Karbonfasern.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absorptionselemente ein magnetisches Pigment enthalten, vorzugsweise aus Eisenoxid.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Material für die Probengefässe (11, ..., 18) eine kleinere Absorptionsfähigkeit und/oder eine kleinere Wärmekapazität aufweist als die Absorptionselemente.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (2) auf mehrere Probengefässe (11, ..., 18) mit zu untersuchender Flüssigkeit wirkt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Probengefässe (11, ..., 18) durch eine Transporteinheit (20) gehalten und transportierbar sind.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorelement (3) zur Bestimmung der Temperatur der zu untersuchenden Flüssigkeit vorgesehen ist, wobei das Sensorelement (3) mit der Steuereinheit (1) wirkverbunden ist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass für jedes Probengefäss (11, ..., 18) eine Sensoreinheit (3) vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Probengefässe (11, ..., 18) vorgesehen sind, die auf einem Kreis angeordnet sind.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiereinheit (2) im Zentrum des Kreises angeordnet ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiereinheit (2) unterhalb eines der Probengefässe (11, ..., 18) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorelement (3) zur Bestimmung der Temperatur der zu untersuchenden Flüssigkeit vorgesehen ist, wobei das Sensorelement (3) mit der Steuereinheit (1) wirkverbunden ist und wobei das Sensorelement (3) in Bezug auf eine Längsachse der Probengefässe (11, ..., 18) seitlich angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Probengefässe (11, ..., 18) vorgesehen sind, die auf einer Geraden angeordnet sind.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiereinheit (2) aus mindestens einem flachen Temperierelement (2a, ..., 2f) besteht.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensorelement (3) zur Bestimmung der Temperatur der zu untersuchenden Flüssigkeit vorgesehen ist, wobei das Sensorelement (3) mit der Steuereinheit wirkverbunden ist und wobei das Sensorelement (3) oberhalb eines Probengefässes (11, ..., 18) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass als Temperiereinheit (2) so genannte IR-(Infrarot)-Strahler vorgesehen sind.
  18. Verfahren zum Einstellen einer Temperatur von einer Flüssigkeit, die in einem Probengefäss (11, ..., 18) enthalten ist, wobei das Verfahren darin besteht,
    - dass der Flüssigkeit Absorptionselemente beigemischt werden und
    - dass das Probengefäss (11, ..., 18) bestrahlt wird, wobei zumindest ein Teil der Strahlungsenergie in den Absorptionselementen in Wärme umgewandelt wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlen im infraroten Wellenlängenbereich liegen.
  20. Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur der in den Probengefässen (11, ..., 18) enthaltenen Flüssigkeit gemessen wird und dass aufgrund der gemessenen Temperatur die Strahlungsenergie eingestellt wird.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2514614A (en) * 2013-05-31 2014-12-03 Simon Johnson Chemical process apparatus and methods

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996041864A1 (en) * 1995-06-13 1996-12-27 The Regents Of The University Of California Diode laser heated micro-reaction chamber with sample detection means
US5721123A (en) * 1996-01-05 1998-02-24 Microfab Technology, Inc. Methods and apparatus for direct heating of biological material
WO1998008978A1 (en) * 1996-08-27 1998-03-05 Visible Genetics Inc. Apparatus and method for performing sequencing of nucleic acid polymers

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996041864A1 (en) * 1995-06-13 1996-12-27 The Regents Of The University Of California Diode laser heated micro-reaction chamber with sample detection means
US5721123A (en) * 1996-01-05 1998-02-24 Microfab Technology, Inc. Methods and apparatus for direct heating of biological material
WO1998008978A1 (en) * 1996-08-27 1998-03-05 Visible Genetics Inc. Apparatus and method for performing sequencing of nucleic acid polymers

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2514614A (en) * 2013-05-31 2014-12-03 Simon Johnson Chemical process apparatus and methods

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