EP2108451A1 - Device for causing reactions in samples - Google Patents

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Publication number
EP2108451A1
EP2108451A1 EP08007209A EP08007209A EP2108451A1 EP 2108451 A1 EP2108451 A1 EP 2108451A1 EP 08007209 A EP08007209 A EP 08007209A EP 08007209 A EP08007209 A EP 08007209A EP 2108451 A1 EP2108451 A1 EP 2108451A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
unit
reaction
sample
reaction vessel
exchangeable
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Withdrawn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
EP08007209A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Lutz Timmann
Mathias Baumgartner
Vinh Duong
Andreas Schirr
Stefan Roth
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.)
Eppendorf SE
Original Assignee
Eppendorf SE
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 Eppendorf SE filed Critical Eppendorf SE
Priority to EP08007209A priority Critical patent/EP2108451A1/en
Publication of EP2108451A1 publication Critical patent/EP2108451A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L7/00Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices
    • B01L7/52Heating or cooling apparatus; Heat insulating devices with provision for submitting samples to a predetermined sequence of different temperatures, e.g. for treating nucleic acid samples
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/025Align devices or objects to ensure defined positions relative to each other
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/02Adapting objects or devices to another
    • B01L2200/028Modular arrangements
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/04Exchange or ejection of cartridges, containers or reservoirs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2200/00Solutions for specific problems relating to chemical or physical laboratory apparatus
    • B01L2200/14Process control and prevention of errors
    • B01L2200/141Preventing contamination, tampering
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/02Identification, exchange or storage of information
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/02Identification, exchange or storage of information
    • B01L2300/021Identification, e.g. bar codes
    • B01L2300/022Transponder chips
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/08Geometry, shape and general structure
    • B01L2300/0809Geometry, shape and general structure rectangular shaped
    • B01L2300/0829Multi-well plates; Microtitration plates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/18Means for temperature control
    • B01L2300/1805Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks
    • B01L2300/1822Conductive heating, heat from thermostatted solids is conducted to receptacles, e.g. heating plates, blocks using Peltier elements

Definitions

  • the invention relates to a device for carrying out reactions in samples according to the preamble of claim 1 or 14.
  • Such a device which is often also referred to as a thermal cycler, has a base unit which has at least one receiving area for at least one exchangeable reaction unit, and at least one exchangeable reaction unit which has at least one reaction vessel for a sample and is designed to be placed in the receiving area of the base unit is on.
  • a thermal cycler for example, temperature cycles can be run, which are required for carrying out a polymerase chain reaction (PCR).
  • PCR polymerase chain reaction
  • the PCR reaction is well described in the US patents US 4,683,202 . US 4,683,195 . US 4,889,818 and EP 258,017 ,
  • the base body has a heating and cooling device in the receiving area, in which then the reaction vessels containing the samples to be amplified, are used.
  • a cover may additionally be provided on the base unit, which is formed either only as a heated lid ( US 5,475,610 ), or additionally includes an optical measuring device to cause and evaluate a fluorescence excitation of the samples and thus perform a real-time PCR ( US 5,928,907 ).
  • the base body is configured as a metal block containing bores as a receiving area into which the reaction vessels are then inserted.
  • the entire metal block In order to subject the samples contained in the reaction vessels of a PCR reaction, the entire metal block must be cyclic be heated and cooled. For heating elements and cooling elements are positioned below the metal block in the conventional devices.
  • This type of temperature control is very energy-consuming and there are local temperature deviations from the desired / set temperature. The latter has the consequence that due to these inhomogeneities, not every sample is exposed to exactly the same temperatures, and thus the results can deviate from one another due to temperature.
  • Miniaturized thermal cyclers are known from the prior art, which seek to circumvent some of these disadvantages of conventional devices.
  • Both are miniaturized flow thermal cyclers that implement the essential components of the device for performing reactions in chip size samples.
  • These miniaturized reaction systems have in common that they each contain a sample channel for passing a sample and at least one heating zone and one cooling zone in thermal contact with the sample channel, which components are usually arranged on a heat-insulating substrate.
  • Both devices of the cited documents use to build the heating and cooling zones each Peltier components.
  • a fluid channel is provided in thermal contact with the Peltier components to dissipate the excess heat or cold, which is formed during cooling or heating of the sample channel by the Peltier components, by means of a fluid flow;
  • the integration of a temperature sensor and an optical detection system in the chip is possible.
  • miniaturized flow thermal cyclers are only suitable for treating very small sample volumes in the flow-through method. They are also not designed to amplify samples from the back to miniaturized reaction systems. Since both heating and cooling devices are attached to these flow thermocyclers, there is a risk of burns when handling them.
  • a device is to be created that allows a more accurate, energy-efficient and better controlled performance of the reactions in the respective samples.
  • the device has a base unit which has at least one receiving area for at least one exchangeable reaction unit, and at least one exchangeable reaction unit which has at least one reaction vessel for a sample and is designed to be placed in the receiving area of the base unit.
  • the exchangeable reaction unit has at least one unit for interacting with the sample in the at least one reaction vessel and a first coupling device connected to the interaction unit; and the base unit includes second coupling means for coupling to the first coupling means of the removable reaction unit for coupling to the interaction unit.
  • a system consisting of a base unit comprising a tempering body, which is preferably used to dissipate excess heat, that is to say as a heat sink, and a detachable or exchangeable reaction unit, is created.
  • this interaction unit interacts more directly with the reaction vessel or the sample therein, so that, for example, losses due to interfaces and long transmission paths between the base unit and the exchangeable reaction unit are avoided. In this way it is possible to carry out the reactions in the samples in the reaction vessel more efficiently, more accurately and with less expenditure of energy.
  • the interaction unit (s) in the exchangeable reaction unit Due to the integration of the interaction unit (s) in the exchangeable reaction unit, it is advantageously also possible to use on a base unit different exchangeable reaction units with different shapes, sizes and numbers of reaction vessels.
  • samples can be stored or stored in the exchangeable reaction units.
  • the replaceable reaction units can also be used successively on a plurality of base units in order to carry out a number of reactions on one sample in succession.
  • reactions in the samples encompasses all possible influencing of the sample volumes in the reaction vessels.
  • these reactions include tempering (increasing, decreasing or maintaining the temperature) as well as various chemical, biological and physical reactions.
  • this term is also understood to mean the performance of detection reactions by means of fluorescence and / or electrical conductivity.
  • the term also includes combinations of influencing measures, such as tempering and detection.
  • interaction with the sample includes all conceivable interactions between an element and the sample, in particular those for triggering reactions in the sample, detection and monitoring of chemical, biological and / or physical properties of the sample, tempering (ie increasing, decreasing or maintaining the temperature) of the sample, and the like. Since the device according to the invention can also be used, for example, to carry out a PCR, the interactions should in particular also include all those in connection with a PCR or real-time PCR.
  • unit of interaction or "unit of interaction” describe an element that is capable of interacting with the sample. Interactions can take place in both directions: for example, a detection device sends a first exciting signal into the sample and the sample reacts with an emission of a second signal that is received by the detection device. Alternatively, it is one-way interactions: for example, a heating element can introduce heat into the sample and thus interact with the sample, but the sample itself does not interact with the heating element. If the heating element also had a temperature sensor, an interaction could again take place in both directions. These last examples are merely illustrative of the principle of unilateral and bilateral interactions, and are not meant to be limiting.
  • the term “unit for interaction” includes elements such as tempering devices, detection devices, radiation devices, sensors and any combination of these elements.
  • sample encompasses all types of fluids, in particular liquids, solutions, suspensions, emulsions, reaction mixtures and the like, even in the frozen state, which, for example, are altered, measured, observed, stored and / or temporarily stored for specific purposes be and / or become.
  • sample also includes reference material and controls.
  • receiving area describes a region of the base body into which the exchangeable reaction unit (s) can be placed. This area can be formed in one piece or even interrupted, so that there are several areas. In principle, the receiving area can be formed at any position on the base body of the base unit.
  • reaction unit describes the combination of reaction vessel (with or without lid) and unit of interaction.
  • the interaction unit that can interact with the sample in the reaction vessel.
  • the "at least one reaction vessel” in the exchangeable reaction unit basically comprises any number of reaction vessels. Typical numbers are in the range of 1 to about 10,000. Conventionally, numbers of reaction vessels corresponding to those typical array formats are used, such as 8, 12, 16, 24, 64, 96, 256, 384, 1024, 1536, 4096, 6144.
  • the coupling between the first and second coupling means and thus between the base unit and the interaction unit can be either contacting or non-contact (e.g., inductive, optical, infrared, etc.).
  • the at least one exchangeable reaction unit is designed as a consumable article.
  • a consumable basically there is a lower risk of contamination and less cleaning. Since unused exchangeable reaction units with consequently unused interaction units are also available in this case, on the one hand very precise specifications can be given and on the other hand higher accuracies and safety in the functions of the respective interaction units can be achieved.
  • the at least one interaction unit may, for example, comprise at least one tempering device, which is arranged in direct or indirect thermal contact with, on, in, under and / or integrated in a wall of the at least one reaction vessel, around the sample in the at least one reaction vessel to temper, ie to increase, decrease or maintain the temperature of the sample. Due to the proximity of the tempering device to the reaction vessel, the thermal mass of the device and thus also the energy consumption of the device are significantly reduced while at the same time increasing the tempering speed and temperature control accuracy. If an indirect thermal contact is sought, the skilled person knows from the usual measures such as graphite foil, coatings, conductive pastes, etc. to select.
  • This tempering device preferably contains a Peltier element.
  • the type and size of the Peltier element are adapted to the respective reaction vessels in the exchangeable reaction unit.
  • Peltier elements of very small dimensions are already available, which are suitable, for example, for tempering reaction vessels having a sample volume in the range from about 0.1 to 100 ⁇ l.
  • other types of tempering devices may be used, such as electrical or inductive heating systems.
  • the at least one interaction unit may comprise at least one device for exciting or triggering a reaction of the sample in the at least one reaction vessel.
  • This exciter includes, for example, a power supply device for supplying e.g. electromagnetic radiation, heat, etc. to the sample in the at least one reaction vessel, which in a specific embodiment may comprise a light source for fluorescence excitation of the sample.
  • the at least one interaction unit may further comprise at least one means for detecting a physical, chemical and / or biological property of the sample in the at least one reaction vessel.
  • This detection device contains, for example, a temperature sensor for detecting a temperature of the at least one reaction vessel or the sample in the at least one reaction vessel and / or a device for detecting electromagnetic radiation emitted by the sample in the at least one reaction vessel or through the sample in FIG the at least one reaction vessel is allowed to pass through.
  • the temperature sensor this can either be in thermal contact with the at least one reaction vessel and / or with the sample in the at least one reaction vessel or be designed for contactless detection of the temperature of the at least one reaction vessel and / or the sample (38) in the at least one reaction vessel.
  • Further detection devices contain, for example, sensors for detecting an electrical conductivity, a surface potential, a capacity and / or biosensors for detecting biological substances and / or properties of the samples.
  • biosensors are conceivable that are based on the hybridization principle.
  • the integration of detection devices in the exchangeable reaction unit increases the accuracy of measurement, since the measurement of the measured values is very close to the sample and there is a defined geometric arrangement of the components involved with few interfaces.
  • the at least one interaction unit is integrated into a control loop of the device.
  • the temperature control of the samples in the exchangeable reaction unit can be regulated very precisely by means of the integrated temperature sensor.
  • a reaction in the samples upon termination of a desired chemical, biological, and / or physical property of the samples being monitored may be discontinued, interrupted, or varied.
  • the exchangeable reaction unit has a plurality of reaction vessels and each of the plurality of reaction vessels is assigned its own interaction unit.
  • the exchangeable reaction unit has a plurality of reaction vessels and all reaction vessels are assigned a common interaction unit.
  • the exchangeable reaction unit has a plurality of groups of reaction vessels and each of the plurality of groups of reaction vessels is assigned its own interaction unit.
  • the exchangeable reaction unit including the reaction vessel, is designed to carry out a PCR and / or a real-time PCR.
  • the person skilled in the field of laboratory equipment will readily be able to select suitable materials and dimensions of the reaction vessels for this purpose.
  • the at least one reaction vessel can be designed to accommodate a sample with a minimum gas volume, so that, for example, condensate avoidance is not required.
  • the reaction vessel may for example have an overflow area or have a flexible boundary surface. This embodiment has the particular advantage that no additional heating lid for heating the reaction vessel or the sample from above is required.
  • the exchangeable reaction unit is provided with an additional heating device for condensate avoidance in the at least one reaction vessel.
  • the base device has a lid, which rests on the exchangeable reaction units during operation of the device. To avoid condensation, this cover can be configured as a conventional heated lid.
  • the second coupling device of the base unit is provided in the region of the receiving area and has a spring-loaded contact.
  • the first coupling device on the exchangeable reaction unit also preferably has a spring-loaded contact.
  • the base unit can also have a plurality of receiving areas for at least one exchangeable reaction unit.
  • the base unit is provided with a receiving area for a plurality of exchangeable reaction units.
  • the base unit has at least one further unit for interacting with the sample in the at least one reaction vessel.
  • the tempering devices and the temperature sensors can be integrated into the exchangeable reaction unit, while the radiation source and the detector for fluorescence measurement are further provided on the base device.
  • the device preferably has a guide device.
  • the interchangeable reaction unit may be provided with at least one first guide member and the base unit with at least one corresponding second guide member or the interchangeable reaction unit is itself formed with a guide surface which can be guided in a correspondingly shaped receiving area of the base unit.
  • the base unit can also have an operating device with operating elements and / or display elements and optionally an interface for connection or communication of the base device with one or more external devices.
  • the at least one exchangeable reaction unit further comprises at least one identification device for uniquely identifying the at least one replaceable reaction unit and / or the at least one reaction vessel in the replaceable reaction unit.
  • an identification device which may be implemented, for example, in the form of a semiconductor element, for example a silicon chip, a barcode, an RFID system or the like, the exchangeable reaction units and their reaction vessels can be uniquely identified, resulting in better, safer and easier data evaluation to carry out the reactions in the samples. This measure is particularly advantageous if the exchangeable reaction units be used successively on multiple devices or devices.
  • a tempering device with a Peltier element based on silicon at the same time allows such an identification by integrating the identification function into the semiconductor element.
  • the device has a base unit 10 with a base body 11, which is preferably provided with an operating device 12 for the user, the operating device 12 having display elements 14 and operating elements 16 for controlling and monitoring the desired reactions in samples.
  • the base unit 10 usually also includes a controller (not shown) to independently control and monitor the flow of the reactions, in particular to control and communicate with the later-discussed interaction units of the base 10 and interchangeable reactors 22.
  • the base unit 10 may also have an interface 18 via which the base unit can be connected to external devices (control devices, screens, printers, etc.) if required.
  • external devices control devices, screens, printers, etc.
  • the base unit 10 is further provided with at least one receiving area 20 for at least one exchangeable reaction unit 22. It is possible within the scope of the invention to provide exactly one receiving area for exactly one exchangeable reaction unit, to provide exactly one receiving area for a plurality of exchangeable reaction units, to provide a plurality of receiving areas for exactly one exchangeable reaction unit or to provide a plurality of receiving areas for a plurality of exchangeable reaction units.
  • the at least one receiving area 20 is preferably provided on the upper side of the base unit 10, without being restricted to this position. In one embodiment, the receiving area is formed in or on the temperature control body of the base unit.
  • exchangeable reaction units 22 can also be advantageously designed as consumables. This reduces the cleaning effort and allows a lower risk of contamination of the reaction vessels in the removable Reaction units. In the context of the present invention, however, the exchangeable reaction units can of course also be designed as reusable articles.
  • Fig. 2 shows the section of the receiving area 20 of the base unit 10 with an exchangeable reaction unit 22 placed thereon.
  • Embodiments with a plurality of receiving areas 20 and / or a plurality of exchangeable reaction units 22 are, of course, of analog construction.
  • the exchangeable reaction unit 22 is preferably provided with at least one first guide element 24, for example in the form of a recess, and in the receiving area 20 of the base unit 10 a second guide element 26 is formed, for example, in the form of a corresponding guide pin, which in FIG the first guide member 24 can be performed to place the removable reaction unit 22 exactly on the receiving area 20 of the base unit.
  • first guide element 24 for example in the form of a recess
  • second guide element 26 is formed, for example, in the form of a corresponding guide pin, which in FIG the first guide member 24 can be performed to place the removable reaction unit 22 exactly on the receiving area 20 of the base unit.
  • the first guide member 24 is formed on the exchangeable reaction unit 22, for example, in / on a side wall of the reaction vessel 32 explained later, the second guide member 26 is provided in the temperature control body 30 in / on the accommodating portion 20 of the base 10, for example.
  • first guide element 24 may also be formed on the replaceable reaction unit 22 in the form of a pin and the second guide element 26 on the base device 26 in the form of a recess or guide bushing.
  • the device according to the invention may have a plurality, preferably at least two, first and second guide elements 24, 26.
  • this guiding or positioning device 24, 26 is also provided in all exemplary embodiments described below.
  • the invention is not limited only to the guide elements 24, 26 described and illustrated here.
  • the guide elements may alternatively also be provided on the side surfaces of the exchangeable reaction unit 22 or of the receiving region 20 of the base unit 10 and be designed, for example, as grooves and webs which can be guided into one another.
  • the replaceable reaction unit 22 has in particular a reaction vessel 32 for receiving a sample 38, which is provided with a filler neck 34 and a ventilation stub 36.
  • the reaction vessel 32 may further have an overflow area or be formed with a flexible boundary surface (eg film) to minimize the gas volume of the reaction vessel 32, so that a condensate avoidance is not required.
  • the reaction vessel 32 can be filled with a sample amount that exceeds the volume of the reaction vessel 32, so that the reaction vessel is completely filled without an additional gas volume in the upper region of the reaction vessel and the excess amount of sample can flow into the overflow region ,
  • reaction vessel for example, no additional heated lid is required to heat the reaction vessel or the sample for condensate avoidance from above, without the present invention being limited to this variant.
  • the exchangeable reaction unit 22 can optionally also have a plurality of such reaction vessels 32. This applies in the same way for all embodiments described below.
  • a temperature control device 40 is arranged with a Peltier element as the first embodiment of an interaction unit in the removable reaction unit 22.
  • a temperature control device 40 is arranged with a Peltier element as the first embodiment of an interaction unit in the removable reaction unit 22.
  • at least the wall 42 of the reaction vessel 32 contacting the tempering device 40 is as thin as possible and made of a material with good thermal conductivity.
  • Suitable materials for the reaction vessels 32 include, for example, polypropylene and LSR (Liquid Silicon Rubber), without the invention being restricted to the use of these materials. As is known, these materials are also suitable for the reaction vessel 32 if a PCR or real-time PCR is to be carried out in it.
  • the tempering device 40 is used for tempering the reaction vessel 32 or the sample 38 therein. In other words, by means of this tempering device 40, the temperature of the sample 38 can be increased, decreased or maintained according to the need and the embodiment of the tempering device.
  • the base unit 10 contains a tempering block 30 (for cooling or heating the tempering device 40 in the exchangeable reaction unit 22) with a sufficiently large thermal mass.
  • the tempering body 30 serves as a heat sink or heating element for controlling the temperature of the rear side of the Peltier element.
  • the temperature control body 30 is a heat sink
  • the temperature control unit 40 Change in the sample temperature caused.
  • the heat sink provides a temperature level that is as constant as possible, with the tempering device 40 continuing to cause the sample temperature to change.
  • the exchangeable reaction unit 22 is preferably pressed against this tempering block 30.
  • the exchangeable reaction unit 22 for example, a body 44 which rests on the reaction vessel 32 and generates the necessary contact pressure solely by its weight.
  • a suitable tensioning device (not shown) may also be provided which, for example, can also be brought into engagement with the base unit 10.
  • Other ways of applying the necessary forces for good thermal contact between components 30 and 40 also include vacuum systems, magnetic devices, and the like.
  • the positioning of the tempering device 40 is of course not on the embodiment of Fig. 2 limited. Of course, this tempering device 40 can of course also be arranged above the reaction vessel 32 or laterally thereto. In addition, a plurality of such tempering devices 40 can optionally also be arranged in the exchangeable reaction unit 22 around the reaction vessel 32, which enables a more homogeneous and faster temperature control of the sample 38 in the reaction vessel 32. Further, the tempering devices 40 are not limited to any specific embodiments and not limited to the use of Peltier elements. With suitable positioning of a heater 40, this can also be used to avoid condensate in the reaction vessel 32.
  • the exchangeable reaction unit 22 furthermore has a first coupling device 46 with electrical contacts, which are brought into contact with a corresponding second coupling device 50 on the base device 10.
  • the second coupling device 50 of the base unit 10 is preferably provided in the region of the receiving area 20 and has sprung contacts in order to ensure a secure coupling even with different geometric dimensions and positioning, for example due to manufacturing tolerances.
  • a screw with an internal spring pin can be used, which comes to form an electrical contact to a male part to the plant.
  • the first coupling device can be sprung, for example in the form of spring strips executed.
  • the second coupling device 50 is arranged, for example, in a recess 48 in the receiving region 20 and connected to a corresponding connection 52 in the base device 10 in order to supply energy to the tempering device 40 and optionally also to monitor its operating state.
  • the first and the second coupling means 46, 50 of this embodiment form as mentioned preferably a spring-loaded contact system, but alternatively is also a rigid plug-socket system or a connection system via cable and plug or flex foil and plugs conceivable.
  • contactless coupling systems can be used.
  • the exchangeable reaction unit 22 with the reaction vessel (s) 32 can be produced, for example, by injection molding, with the interaction unit 40 and the first coupling device 46 being previously inserted ("insert" technique).
  • the thin walls 42 can be produced for example by the injection molding of films.
  • the exchangeable reaction unit may also be joined by laser welding technology or the like.
  • the present invention is not limited to the manufacturing techniques mentioned here for the exchangeable reaction units 22.
  • the apply here mentioned manufacturing method of course, in an analogous manner for the embodiments discussed below.
  • the device according to the invention can advantageously be used, for example, for a PCR or real-time PCR. Furthermore, in the device, the upstream or downstream steps such as purification or analysis can be performed. Further possible applications of the reaction system according to the invention can be mentioned, for example: growth of bacteria, cultivation of yeasts, bead technology (eg protein purification), immunoprecipitation, enzyme reactions, transformations, denaturation of DNA, RNA or proteins, isolation of DNA fragments, plasmid Purification, hybridization, gentle thawing, storage of enzymes, nucleic acids, etc. at defined temperature, in vitro - translations, ligations, cell lysis, and much more
  • the interchangeable reaction unit 22 of this embodiment may be provided with identification means for uniquely identifying the replaceable reaction unit 22 and / or its reaction vessels 32 and thus their samples 38.
  • the exchangeable reaction unit 22 may have such an identification device or all the reaction vessels 32 may be provided with their own identification device.
  • the tempering device 40 contains at least one Peltier element based on silicon, in which the identification function is also integrated.
  • RFID systems or barcodes can also be used as the identification device.
  • the reliability of the assignment of the data in carrying out the reactions in the samples is increased, since it can be ensured that the correct reactions are carried out for all samples.
  • a simpler and better data analysis can be achieved.
  • the identification numbers can either be assigned by the manufacturer during the manufacture of the exchangeable reaction units or by the user on site.
  • the device described above is suitable both as a laboratory device, but can also be used as a portable device for field use.
  • FIG. 4 A second embodiment of a device according to the invention will now be referred to Fig. 4 explained in the same components with the same reference numerals as in the above Fig. 2 Marked are.
  • a temperature sensor 54 is provided as an interaction unit in the removable reaction unit 22.
  • this second embodiment corresponds to the first embodiment of Fig. 2 and a repeated description of the same or corresponding components will be omitted.
  • the temperature sensor 54 is disposed on a wall of the reaction vessel 32 and thus in direct thermal contact therewith to detect the temperature of the reaction vessel 32 and the sample 38 in the reaction vessel 32, respectively.
  • the measurement data of the temperature sensor 54 are transmitted via a first (contacting or contactless) coupling device 56 of the exchangeable reaction unit 22 to a second coupling device 57 and corresponding further connections 58 of the base device 10. Structure and arrangement of these coupling devices and Connections 56-58 correspond to the embodiment variants described above for the tempering device 40.
  • the temperature sensor 54 allows direct monitoring of the temperature of the sample 38, so that a much more accurate temperature detection and thus also temperature of the sample 38 is made possible in comparison to conventional systems in which only the temperature of the provided in the base unit 10 tempering. If the exchangeable reaction unit 22 contains a plurality of reaction vessels 32, preferably each reaction vessel 32 is assigned its own temperature sensor 54, so that an individual temperature monitoring of several samples 38 in different reaction vessels is possible.
  • the temperature sensor can also be designed for a non-contact measurement of the temperature of the reaction vessel 32 or the sample 38 in the reaction vessel 32.
  • the present invention is not limited to any specific embodiments.
  • FIG. 5 A third embodiment of a device according to the invention will now be referred to Fig. 5 explained in the same components with the same reference numerals as in the above Fig. 2 Marked are.
  • a radiation source 60 is provided as an interaction unit in the exchangeable reaction unit 22.
  • this third embodiment corresponds to the first embodiment of Fig. 2 and a repeated description of the same or corresponding components will be omitted.
  • the radiation source 60 is arranged next to the reaction vessel 32 in order to direct a corresponding radiation onto the sample 38 in the reaction vessel 32.
  • the structure and arrangement of these couplings 62 - 64 basically correspond again to those possibilities for the tempering device 40.
  • the apparatus further includes This detection device 66 is arranged on the base device 10 or a cover of the base device 10 and serves for detecting electromagnetic radiation emitted by the sample 38 in the reaction vessel 32 itself (eg due to excitation of the sample 38 by the irradiation with the radiation source 60) or through the sample 38.
  • This detection device 66 is arranged on the base device 10 or a cover of the base device 10 and serves for detecting electromagnetic radiation emitted by the sample 38 in the reaction vessel 32 itself (eg due to excitation of the sample 38 by the irradiation with the radiation source 60) or through the sample 38.
  • the detection device is not located on the base unit itself, but is located outside of another device.
  • the base unit of commercially available detection devices, such as fluorometer, photometer u. connect other laboratory equipment.
  • the radiation source 60 includes one or more light emitting diodes for fluorescence excitation of the sample 38 in the reaction vessel 32
  • the detection device 66 has corresponding photosensitive elements such as semiconductor detectors or photodiodes for receiving the fluorescence signals emitted by the sample 38.
  • the device of the invention is advantageously suitable for performing a real-time PCR.
  • the reaction vessel 32 is of course made in this third embodiment of a material which is at least partially permeable to the respective radiation of the radiation source 60 and the sample 38; This is true at least for the wall regions of the reaction vessel 32 facing the radiation source 60 and the radiation detector 66. It may also be advantageous to use the upper and the lateral walls of the reaction vessel 32, which none of the interaction units 40, 60 and 68, to provide reflective properties.
  • the exchangeable reaction unit 22 contains a plurality of reaction vessels 32, either a separate radiation source 60 and a separate detector 66 can be assigned to each reaction vessel 32, or all the reaction vessels 32 are assigned a common radiation source 60 and a common detector 66. As a further embodiment, a common radiation source 60 can be assigned to all reaction vessels 32, but a separate detector 66 can be assigned to each reaction vessel 32.
  • the exchangeable reaction unit 22 can contain both temperature sensors 54 and radiation sources 60 as an interaction unit. If the sample also emits radiation without external irradiation by the radiation source 60 (eg solely by thermal action), in this case only the detection device 66 on the base device 10 is sufficient and the radiation source 60 in the exchangeable reaction unit 22 can be dispensed with.
  • the embodiment of Fig. 6 differs from the above third embodiment in that the detection device is not provided on the base unit 10, but is also integrated as an interaction device 68 in the removable reaction unit 22.
  • the measuring signals and the control signal of this detection device 68 are communicated with the base unit 10 via a first coupling device 70 of the exchangeable reaction unit 22, a second coupling device 71 in the receiving area 20 of the base unit 10 and the connections 72 in the base unit 10.
  • the structure and arrangement of the coupling devices 62 to 64 basically correspond to those for the tempering device 40, wherein for detection devices especially the non-contact coupling systems can be used in an advantageous manner.
  • this fourth embodiment corresponds to the third embodiment of Fig. 5 although all the modifications and variants mentioned there can likewise be used here.
  • Fig. 7 shows as a fifth embodiment a modification of the above fourth embodiment of Fig. 6 , wherein the same or corresponding components with the same reference numerals as in Fig. 6 Marked are.
  • This embodiment differs from that in FIG Fig. 6 shown device in that the tempering device 40 is not integrated in the removable reaction unit 22, but that the tempering is provided as a further interaction unit 74 in the receiving area 20 of the base unit 10.
  • the tempering device 74 is of course controlled directly via the terminals 52 in the base unit 10 and the first and the second coupling device 46, 50 can be omitted.
  • optical filters can also be integrated into the exchangeable reaction unit 22.
  • optical filters can also be integrated into the exchangeable reaction unit 22.
  • the temperature sensor 54 is disposed respectively in the exchangeable reaction unit 22 outside of the reaction vessel 32 and on its outer wall, respectively. It is also conceivable that the temperature sensor for direct detection of the temperature of the sample 38 in the reaction vessel 32 projects into the reaction vessel.
  • reaction vessels 32 can basically be selected arbitrarily.
  • reaction vessels will be used in typical array formats, i. for example 8, 12, 24, 96, 384, 1536, 6144 reaction vessels.
  • the interaction units of the exchangeable reaction unit can optionally also be integrated into the control loop of the device.
  • the tempering device can be regulated by means of the temperature sensor, or reactions in the samples can be interrupted or interrupted by means of other detection devices or the measures triggering these reactions (for example energy supply) can be terminated.

Abstract

The device has base equipment (10), which has an acceptance area (20) for changeable reaction unit (22). The changeable reaction unit has an interation unit for interation with sample in reaction vessel. The base equipment has coupling device for coupling with another coupling device for coupling with the interation unit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 14.The invention relates to a device for carrying out reactions in samples according to the preamble of claim 1 or 14.

Eine solche Vorrichtung, die häufig auch als Thermocycler bezeichnet wird, weist ein Basisgerät, das wenigstens einen Aufnahmebereich für wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit aufweist, und wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit, die wenigstens ein Reaktionsgefäß für eine Probe aufweist und zum Platzieren in den Aufnahmebereich des Basisgeräts ausgebildet ist, auf. Mit einem derartigen Thermocycler können zum Beispiel Temperaturzyklen gefahren werden, die zur Durchführung einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR) erforderlich sind. Die PCR Reaktion ist beispielsweise hinlänglich beschrieben in den U.S. Patenten US 4,683,202 , US 4,683,195 , US 4,889,818 und EP 258,017 .Such a device, which is often also referred to as a thermal cycler, has a base unit which has at least one receiving area for at least one exchangeable reaction unit, and at least one exchangeable reaction unit which has at least one reaction vessel for a sample and is designed to be placed in the receiving area of the base unit is on. With such a thermal cycler, for example, temperature cycles can be run, which are required for carrying out a polymerase chain reaction (PCR). For example, the PCR reaction is well described in the US patents US 4,683,202 . US 4,683,195 . US 4,889,818 and EP 258,017 ,

Bei einem herkömmlichen Thermocycler ( US 6,703,236 ) weist der Basiskörper eine Heiz- und Kühleinrichtung im Aufnahmebereich auf, in den dann die Reaktionsgefäße, die die zu amplifizierenden Proben enthalten, eingesetzt werden. Je nach Ausführungsform kann zusätzlich ein Deckel an dem Basisgerät vorgesehen sein, der entweder nur als Heizdeckel ausgeformt ist ( US 5,475,610 ), oder zusätzlich noch eine optische Messeinrichtung beinhaltet, um eine Fluoreszenzanregung der Proben zu bewirken und auszuwerten und so eine Realtime-PCR durchzuführen ( US 5,928,907 ).In a conventional thermal cycler ( US 6,703,236 ), the base body has a heating and cooling device in the receiving area, in which then the reaction vessels containing the samples to be amplified, are used. Depending on the embodiment, a cover may additionally be provided on the base unit, which is formed either only as a heated lid ( US 5,475,610 ), or additionally includes an optical measuring device to cause and evaluate a fluorescence excitation of the samples and thus perform a real-time PCR ( US 5,928,907 ).

An den Schnittstellen zwischen dem Basisgerät und den eingesetzten Reaktionsgefäßen kommt es zwangsweise zu Verlusten bei der Übertragung von Wärme, Strahlung und dergleichen. Beispielsweise ist bei den herkömmlichen Thermocyclern der Basiskörper als Metallblock ausgestaltet, der Bohrungen als Aufnahmebereich enthält, in die dann die Reaktionsgefäße eingesetzt werden. Um die in den Reaktionsgefäßen enthaltenen Proben einer PCR Reaktion zu unterwerfen, muss der gesamte Metallblock zyklisch aufgeheizt und gekühlt werden. Dafür sind bei den herkömmlichen Geräten Heizelemente und Kühlelemente unterhalb des Metallblocks positioniert. Diese Art der Temperierung ist sehr energieaufwendig und es treten lokale Temperaturabweichungen von der angestrebten/eingestellten Temperatur auf. Letzteres hat zur Folge, dass aufgrund dieser Inhomogenitäten nicht jede Probe exakt den gleichen Temperaturen ausgesetzt ist, und die Ergebnisse somit temperaturbedingt voneinander abweichen können.At the interfaces between the base unit and the reaction vessels used, it inevitably leads to losses in the transmission of heat, radiation and the like. For example, in the conventional thermocyclers, the base body is configured as a metal block containing bores as a receiving area into which the reaction vessels are then inserted. In order to subject the samples contained in the reaction vessels of a PCR reaction, the entire metal block must be cyclic be heated and cooled. For heating elements and cooling elements are positioned below the metal block in the conventional devices. This type of temperature control is very energy-consuming and there are local temperature deviations from the desired / set temperature. The latter has the consequence that due to these inhomogeneities, not every sample is exposed to exactly the same temperatures, and thus the results can deviate from one another due to temperature.

Bei der Durchführung einer Real-Time PCR mit herkömmlichen Real-Time - Thermocyclern liegt ein langer optischer Strahlenweg zwischen Probe und Detektionseinrichtung. Aufgrund des langen optischen Strahlenweges kommt es zu Signalverlusten sowohl bei der Einstrahlung des anregenden Signals wie auch bei der Detektion des emittierten Signals. Weiterhin erhöht der lange optische Strahlenweg die Wahrscheinlichkeit, dass Partikel (Schmutz und Feuchtigkeit) in den Strahlenweg eindringen und die Signalstärke negativ beeinflussen.When real-time PCR is performed with conventional real-time thermocyclers, there is a long optical beam path between the sample and the detection device. Due to the long optical beam path, signal losses occur both in the irradiation of the exciting signal and in the detection of the emitted signal. Furthermore, the long optical beam path increases the probability that particles (dirt and moisture) will penetrate the beam path and adversely affect the signal strength.

Aus dem Stand der Technik sind miniaturisierte Thermocycler bekannt, die einen Teil dieser Nachteile herkömmlicher Geräte zu umgehen suchen. In diesem Zusammenhang sind zum Beispiel die US 2006/0288708 A1 und die WO 98/50147 A1 zu erwähnen. Beides sind miniaturisierte Fluss-Thermocycler, bei denen die wesentlichen Komponenten der Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben in Chipgröße realisiert sind. Diesen miniaturisierten Reaktionssystemen ist gemeinsam, dass sie jeweils einen Probenkanal zum Durchleiten einer Probe sowie wenigstens je eine Heizzone und eine Kühlzone in thermischem Kontakt zum Probenkanal beinhalten, welche Komponenten üblicherweise auf einem wärmeisolierenden Substrat angeordnet sind. Beide Vorrichtungen der genannten Druckschriften verwenden zum Aufbau der Heiz-und Kühlzonen jeweils Peltier-Komponenten. Im Fall der US 2006/0288708 A1 ist zusätzlich ein Fluidkanal in thermischem Kontakt zu den Peltier-Komponenten vorgesehen, um die überschüssige Wärme bzw. Kälte, die beim Kühlen bzw. Heizen des Probenkanals durch die Peltier-Komponenten entsteht, mittels eines Fluidstroms abzuführen; außerdem ist die Integration eines Temperatursensors und eines optischen Detektionssystems in den Chip möglich. Derartige miniaturisierte Fluss-Thermocycler sind naturgemäß nur zum Behandeln sehr kleiner Probenvolumina im Durchflussverfahren geeignet. Sie sind auch nicht dazu ausgelegt, amplifizierte Proben aus den miniaturisierten Reaktionssystemen wieder zurück zu gewinnen. Da an diesen Fluss-Thermocyclern sowohl Heiz- als auch Kühleinrichtungen angebracht sind, besteht beim Umgang mit diesen die Gefahr der Verbrennungen.Miniaturized thermal cyclers are known from the prior art, which seek to circumvent some of these disadvantages of conventional devices. In this context, for example, the US 2006/0288708 A1 and the WO 98/50147 A1 to mention. Both are miniaturized flow thermal cyclers that implement the essential components of the device for performing reactions in chip size samples. These miniaturized reaction systems have in common that they each contain a sample channel for passing a sample and at least one heating zone and one cooling zone in thermal contact with the sample channel, which components are usually arranged on a heat-insulating substrate. Both devices of the cited documents use to build the heating and cooling zones each Peltier components. In the case of US 2006/0288708 A1 In addition, a fluid channel is provided in thermal contact with the Peltier components to dissipate the excess heat or cold, which is formed during cooling or heating of the sample channel by the Peltier components, by means of a fluid flow; In addition, the integration of a temperature sensor and an optical detection system in the chip is possible. Naturally, such miniaturized flow thermal cyclers are only suitable for treating very small sample volumes in the flow-through method. They are also not designed to amplify samples from the back to miniaturized reaction systems. Since both heating and cooling devices are attached to these flow thermocyclers, there is a risk of burns when handling them.

Es besteht deshalb Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben, die eine höhere Betriebseffizienz aufweisen als die herkömmlichen Geräte, weiterhin besteht Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung die ein genaueres Temperieren ermöglichen; weiterhin besteht Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung die sicheres Zuordnen der Messwerte zu den einzelnen Proben erlaubt; weiterhin besteht Bedarf an einer verbesserten Vorrichtung, die all diese Eigenschaften besitzt und zusätzlich kein Verbrennungsrisiko birgt.There is therefore a need for an improved apparatus for performing reactions in samples having a higher operating efficiency than the conventional apparatuses, and a need still exist for an improved apparatus which allows for more accurate tempering; Furthermore, there is a need for an improved device that allows the reliable assignment of the measured values to the individual samples; Furthermore, there is a need for an improved device which has all these properties and in addition has no risk of burns.

Es ist somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben bereitzustellen, welche die oben genannten Nachteile bekannter Vorrichtungen vermeidet. Insbesondere soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die eine genauere, energieeffizientere und besser kontrollierte Durchführung der Reaktionen in den jeweiligen Proben erlaubt.It is thus an object of the present invention to provide an improved apparatus for performing reactions in samples which avoids the above-mentioned disadvantages of known apparatus. In particular, a device is to be created that allows a more accurate, energy-efficient and better controlled performance of the reactions in the respective samples.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a device for carrying out reactions in samples having the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are specified in the dependent claims.

Die Vorrichtung hat ein Basisgerät, das wenigstens einen Aufnahmebereich für wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit aufweist, und wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit, die wenigstens ein Reaktionsgefäß für eine Probe aufweist und zum Platzieren in den Aufnahmebereich des Basisgeräts ausgebildet ist. Die wechselbare Reaktionseinheit weist wenigstens eine Einheit zur Wechselwirkung mit der Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß sowie eine erste Kopplungseinrichtung, die mit der Wechselwirkungseinheit verbunden ist, auf; und das Basisgerät weist eine zweite Kopplungseinrichtung zum Koppeln mit der ersten Kopplungseinrichtung der wechselbare Reaktionseinheit zur Kopplung mit der Wechselwirkungseinheit auf.The device has a base unit which has at least one receiving area for at least one exchangeable reaction unit, and at least one exchangeable reaction unit which has at least one reaction vessel for a sample and is designed to be placed in the receiving area of the base unit. The exchangeable reaction unit has at least one unit for interacting with the sample in the at least one reaction vessel and a first coupling device connected to the interaction unit; and the base unit includes second coupling means for coupling to the first coupling means of the removable reaction unit for coupling to the interaction unit.

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Reaktionssystemen wird ein System bestehend aus einem Basisgerät umfassend einen Temperierkörper, der vorzugsweise zum Abführen überschüssiger Wärme eingesetzt wird, also als Kühlkörper funktioniert, und einer lösbaren bzw. wechselbaren Reaktionseinheit, geschaffen. Durch die Integration der Wechselwirkungseinheit in die wechselbare Reaktionseinheit steht diese Wechselwirkungseinheit in direkterer Wechselwirkung mit dem Reaktionsgefäß bzw. der Probe darin, sodass zum Beispiel Verluste aufgrund von Schnittstellen und langen Übertragungswegen zwischen dem Basisgerät und der wechselbaren Reaktionseinheit vermieden werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Reaktionen in den Proben im Reaktionsgefäß effizienter, genauer und mit geringerem Energieaufwand durchzuführen.In contrast to the conventional reaction systems, a system consisting of a base unit comprising a tempering body, which is preferably used to dissipate excess heat, that is to say as a heat sink, and a detachable or exchangeable reaction unit, is created. As a result of the integration of the interaction unit into the exchangeable reaction unit, this interaction unit interacts more directly with the reaction vessel or the sample therein, so that, for example, losses due to interfaces and long transmission paths between the base unit and the exchangeable reaction unit are avoided. In this way it is possible to carry out the reactions in the samples in the reaction vessel more efficiently, more accurately and with less expenditure of energy.

Aufgrund der Integration der Wechselwirkungseinheit(en) in die wechselbare Reaktionseinheit ist es in vorteilhafter Weise auch möglich, auf einem Basisgerät verschiedene wechselbare Reaktionseinheiten mit unterschiedlichen Formen, Größen und Anzahlen von Reaktionsgefäßen zu verwenden. Außerdem können in den wechselbaren Reaktionseinheiten auch Proben aufbewahrt bzw. zwischengelagert werden. Ferner können die wechselbaren Reaktionseinheiten bei Bedarf auch nacheinander auf mehreren Basisgeräten eingesetzt werden, um so an einer Probe mehrere Reaktionen hintereinander auszuführen.Due to the integration of the interaction unit (s) in the exchangeable reaction unit, it is advantageously also possible to use on a base unit different exchangeable reaction units with different shapes, sizes and numbers of reaction vessels. In addition, samples can be stored or stored in the exchangeable reaction units. Furthermore, if necessary, the replaceable reaction units can also be used successively on a plurality of base units in order to carry out a number of reactions on one sample in succession.

Im Folgenden werden zunächst einige der verwendeten Begriffe definiert und erläutert.In the following, some of the terms used are defined and explained.

Der Begriff "Reaktionen in den Proben" umfasst im Rahmen der vorliegenden Erfindung alle denkbaren Beeinflussungen der Probenvolumina in den Reaktionsgefäßen. Insbesondere zählen zu diesen Reaktionen auch das Temperieren (Erhöhen, Verringern oder Halten der Temperatur) sowie verschiedene chemische, biologische und physikalische Reaktionen. Des Weiteren wird unter diesem Begriff auch das Durchführen von Detektionsreaktionen mittels Fluoreszenz und/oder elektrischer Leitfähigkeit verstanden. Unter den Begriff fallen auch Kombinationen der Beeinflussungsmaßnahmen, wie beispielsweise Temperieren und Detektieren.In the context of the present invention, the term "reactions in the samples" encompasses all possible influencing of the sample volumes in the reaction vessels. In particular, these reactions include tempering (increasing, decreasing or maintaining the temperature) as well as various chemical, biological and physical reactions. Furthermore, this term is also understood to mean the performance of detection reactions by means of fluorescence and / or electrical conductivity. The term also includes combinations of influencing measures, such as tempering and detection.

Der Begriff der "Wechselwirkung mit der Probe" enthält alle denkbaren Wechselwirkungen zwischen einem Element und der Probe, insbesondere solche zum Auslösen bzw. Anregen von Reaktionen in der Probe, Erfassen und Überwachen von chemischen, biologischen und/oder physikalischen Eigenschaften der Probe, Temperieren (d.h. Erhöhen, Verringern oder Halten der Temperatur) der Probe, und dergleichen. Da die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise auch zur Durchführung einer PCR benutzt werden kann, sollen die Wechselwirkungen insbesondere auch all jene in Zusammenhang mit einer PCR oder Realtime-PCR umfassen.The term "interaction with the sample" includes all conceivable interactions between an element and the sample, in particular those for triggering reactions in the sample, detection and monitoring of chemical, biological and / or physical properties of the sample, tempering (ie increasing, decreasing or maintaining the temperature) of the sample, and the like. Since the device according to the invention can also be used, for example, to carry out a PCR, the interactions should in particular also include all those in connection with a PCR or real-time PCR.

Die Begriffe "Einheit zur Wechselwirkung" bzw. "Wechselwirkungseinheit" beschreiben ein Element, das geeignet ist, Wechselwirkungen mit der Probe einzugehen. Wechselwirkungen können dabei in beide Richtungen erfolgen: beispielsweise sendet eine Detektionseinrichtung ein erstes anregendes Signal in die Probe und die Probe reagiert mit einer Emission eines zweiten Signals, das von der Detektionseinrichtung empfangen wird. Alternativ handelt es sich um einseitige Wechselwirkungen: beispielsweise kann eine Heizelement Wärme in die Probe einbringen und so in Wechselwirkung mit der Probe treten, die Probe selber tritt aber nicht in Wechselwirkung mit dem Heizelement. Falls das Heizelement ebenfalls über einen Temperatursensor verfügen würde, könnte wieder eine Wechselwirkung in beide Richtungen erfolgen. Diese letzten Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung des Prinzips von einseitigen und beidseitigen Wechselwirkungen, und sind nicht als limitierend zu verstehen. Unter den Begriff "Einheit zur Wechselwirkung" fallen beispielsweise Elemente wie Temperiereinrichtungen, Detektionseinrichtungen, Strahlungseinrichtungen, Sensoren sowie jedwede Kombination dieser Elemente.The terms "unit of interaction" or "unit of interaction" describe an element that is capable of interacting with the sample. Interactions can take place in both directions: for example, a detection device sends a first exciting signal into the sample and the sample reacts with an emission of a second signal that is received by the detection device. Alternatively, it is one-way interactions: for example, a heating element can introduce heat into the sample and thus interact with the sample, but the sample itself does not interact with the heating element. If the heating element also had a temperature sensor, an interaction could again take place in both directions. These last examples are merely illustrative of the principle of unilateral and bilateral interactions, and are not meant to be limiting. By way of example, the term "unit for interaction" includes elements such as tempering devices, detection devices, radiation devices, sensors and any combination of these elements.

Der Begriff "Probe" umfasst im Rahmen dieser Erfindung alle Arten von Fluiden, insbesondere Flüssigkeiten, Lösungen, Suspensionen, Emulsionen, Reaktionsansätze und dergleichen, auch im gefrorenen Zustand, die zu bestimmten Zwecken beispielsweise verändert, gemessen, beobachtet, transportiert gelagert und/oder zwischengelagert werden und/oder werden sollen. Der Begriff schließt auch Referenzmaterial und Kontrollen ein.For the purposes of the present invention, the term "sample" encompasses all types of fluids, in particular liquids, solutions, suspensions, emulsions, reaction mixtures and the like, even in the frozen state, which, for example, are altered, measured, observed, stored and / or temporarily stored for specific purposes be and / or become. The term also includes reference material and controls.

Der Begriff "Aufnahmebereich" beschreibt einen Bereich des Basiskörpers in den die wechselbare Reaktionseinheit/en platziert werden kann. Dieser Bereich kann an einem Stück ausgeformt sein oder auch unterbrochen sein, so dass mehrere Bereiche vorliegen. Grundsätzlich kann der Aufnahmebereich an beliebiger Position am Basiskörper des Basisgerätes ausgebildet sein.The term "receiving area" describes a region of the base body into which the exchangeable reaction unit (s) can be placed. This area can be formed in one piece or even interrupted, so that there are several areas. In principle, the receiving area can be formed at any position on the base body of the base unit.

Der Begriff "Reaktionseinheit" beschreibt die Kombination aus Reaktionsgefäß (mit oder ohne Deckel) und Einheit zur Wechselwirkung. An, auf, in, unter dem Reaktionsgefäß, einschließlich Deckel, und/oder integriert in eine Wand des Reaktionsgefäßes, einschließlich Deckelwand, befindet sich somit die Einheit zur Wechselwirkung, die mit dem in der in dem Reaktionsgefäß befindlichen Probe in Wechselwirkung treten kann.The term "reaction unit" describes the combination of reaction vessel (with or without lid) and unit of interaction. Thus, on, in, in, under the reaction vessel, including the lid, and / or integrated into a wall of the reaction vessel, including the top wall, is the interaction unit that can interact with the sample in the reaction vessel.

Der Begriff "wechselbar" bedeutet im Zusammenhang mit der "Reaktionseinheit", dass diese nicht dauerhaft mit dem Basiskörper verbunden ist, sondern loslösbar in den Aufnahmebereich eingesetzt ist und vom Anwender ausgewechselt werden kann.The term "interchangeable" in connection with the "reaction unit" means that it is not permanently connected to the base body, but is detachably inserted into the receiving area and can be replaced by the user.

Das "wenigstens eine Reaktionsgefäß" in der wechselbaren Reaktionseinheit umfasst grundsätzlich beliebige Anzahlen von Reaktionsgefäßen. Typische Anzahlen liegen dabei im Bereich von 1 bis etwa 10.000. Üblicherweise kommen Anzahlen von Reaktionsgefäßen zum Einsatz, die jenen typischer Array-Formate entsprechen, wie zum Beispiel 8, 12, 16, 24, 64, 96, 256, 384, 1024, 1536, 4096, 6144.The "at least one reaction vessel" in the exchangeable reaction unit basically comprises any number of reaction vessels. Typical numbers are in the range of 1 to about 10,000. Conventionally, numbers of reaction vessels corresponding to those typical array formats are used, such as 8, 12, 16, 24, 64, 96, 256, 384, 1024, 1536, 4096, 6144.

Die Kopplung zwischen der ersten und der zweiten Kopplungseinrichtung und damit zwischen dem Basisgerät und der Wechselwirkungseinheit kann entweder kontaktierend oder berührungslos (z.B. induktiv, optisch, Infrarot, etc.) erfolgen.The coupling between the first and second coupling means and thus between the base unit and the interaction unit can be either contacting or non-contact (e.g., inductive, optical, infrared, etc.).

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit als Verbrauchsartikel ausgebildet. Bei einem Verbrauchsartikel bestehen grundsätzlich eine geringere Kontaminationsgefahr und ein geringerer Reinigungsaufwand. Da in diesem Fall auch jeweils ungebrauchte wechselbare Reaktionseinheiten mit demzufolge ungebrauchten Wechselwirkungseinheiten zur Verfügung stehen, können einerseits sehr genaue Spezifikationen angegeben werden und anderseits höhere Genauigkeiten und Sicherheiten bei den Funktionen der jeweiligen Wechselwirkungseinheiten erzielt werden.In one embodiment of the invention, the at least one exchangeable reaction unit is designed as a consumable article. In a consumable basically there is a lower risk of contamination and less cleaning. Since unused exchangeable reaction units with consequently unused interaction units are also available in this case, on the one hand very precise specifications can be given and on the other hand higher accuracies and safety in the functions of the respective interaction units can be achieved.

Die wenigstens eine Wechselwirkungseinheit kann zum Beispiel wenigstens eine Temperiereinrichtung umfassen, die in mittelbaren oder unmittelbaren thermischem Kontakt an, auf, in, unter und/oder integriert in eine Wand des wenigstens einen Reaktionsgefäß angeordnet ist, um die Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß zu temperieren, d.h. die Temperatur der Probe zu erhöhen, zu verringern oder zu halten. Aufgrund der Nähe der Temperiereinrichtung zu dem Reaktionsgefäß reduzieren sich deutlich die thermischen Masse der Einrichtung und somit auch der Energieverbrauch der Vorrichtung bei gleichzeitiger Erhöhung der Temperiergeschwindigkeit und Temperiergegenauigkeit. Falls ein mittelbarer thermischer Kontakt angestrebt wird, weiß der Fachmann aus den üblichen Maßnahmen wie Graphitleitfolie, Beschichtungen, Leitpasten etc. auszuwählen.The at least one interaction unit may, for example, comprise at least one tempering device, which is arranged in direct or indirect thermal contact with, on, in, under and / or integrated in a wall of the at least one reaction vessel, around the sample in the at least one reaction vessel to temper, ie to increase, decrease or maintain the temperature of the sample. Due to the proximity of the tempering device to the reaction vessel, the thermal mass of the device and thus also the energy consumption of the device are significantly reduced while at the same time increasing the tempering speed and temperature control accuracy. If an indirect thermal contact is sought, the skilled person knows from the usual measures such as graphite foil, coatings, conductive pastes, etc. to select.

Diese Temperiereinrichtung enthält vorzugsweise ein Peltier-Element. Die Art und die Größe des Peltier-Elements sind dabei an die jeweiligen Reaktionsgefäße in der wechselbaren Reaktionseinheit angepasst. Derzeit stehen bereits Peltier-Elemente sehr kleiner Dimensionen zur Verfügung, die zum Beispiel zum Temperieren von Reaktionsgefäßen mit einem Probenvolumen im Bereich von etwa 0,1 bis 100 µl geeignet sind. Alternativ können auch andere Arten von Temperiereinrichtungen verwendet werden, wie beispielsweise elektrische oder induktive Heizsysteme.This tempering device preferably contains a Peltier element. The type and size of the Peltier element are adapted to the respective reaction vessels in the exchangeable reaction unit. At present, Peltier elements of very small dimensions are already available, which are suitable, for example, for tempering reaction vessels having a sample volume in the range from about 0.1 to 100 μl. Alternatively, other types of tempering devices may be used, such as electrical or inductive heating systems.

Alternativ oder zusätzlich kann die wenigstens eine Wechselwirkungseinheit wenigstens eine Einrichtung zum Anregen bzw. Auslösen einer Reaktion der Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß umfassen. Diese Anregungseinrichtung enthält zum Beispiel eine Vorrichtung zur Energiezufuhr zum Zuführen von z.B. elektromagnetischer Strahlung, Wärme, etc. zur Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß, die in einer speziellen Ausführungsform eine Lichtquelle zur Fluoreszenzanregung der Probe aufweisen kann.Alternatively or additionally, the at least one interaction unit may comprise at least one device for exciting or triggering a reaction of the sample in the at least one reaction vessel. This exciter includes, for example, a power supply device for supplying e.g. electromagnetic radiation, heat, etc. to the sample in the at least one reaction vessel, which in a specific embodiment may comprise a light source for fluorescence excitation of the sample.

Alternativ oder zusätzlich kann die wenigstens eine Wechselwirkungseinheit ferner wenigstens eine Einrichtung zum Detektieren einer physikalischen, chemischen und/oder biologischen Eigenschaft der Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß umfassen. Diese Detektionseinrichtung enthält zum Beispiel einen Temperatursensor zum Erfassen einer Temperatur des wenigstens einen Reaktionsgefäßes bzw. der Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß und/oder eine Vorrichtung zum Erfassen von elektromagnetischer Strahlung, die von der Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß emittiert oder durch die Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß hindurch gelassen wird. Im Fall des Temperatursensors kann dieser entweder in thermischem Kontakt mit dem wenigstens einen Reaktionsgefäß und/oder mit der Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß stehen oder zum berührungslosen Erfassen der Temperatur des wenigstens einen Reaktionsgefäßes und/oder der Probe (38) in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß ausgebildet sein. Weitere Detektionseinrichtungen enthalten zum Beispiel Sensoren zum Erfassen einer elektrischen Leitfähigkeit, eines Oberflächenpotentials, einer Kapazität und/oder Biosensoren zum Erfassen biologischer Substanzen und/oder Eigenschaften der Proben. Insbesondere sind Biosensoren denkbar, die auf dem Hybridisierungsprinzip beruhen.Alternatively or additionally, the at least one interaction unit may further comprise at least one means for detecting a physical, chemical and / or biological property of the sample in the at least one reaction vessel. This detection device contains, for example, a temperature sensor for detecting a temperature of the at least one reaction vessel or the sample in the at least one reaction vessel and / or a device for detecting electromagnetic radiation emitted by the sample in the at least one reaction vessel or through the sample in FIG the at least one reaction vessel is allowed to pass through. In the case of the temperature sensor, this can either be in thermal contact with the at least one reaction vessel and / or with the sample in the at least one reaction vessel or be designed for contactless detection of the temperature of the at least one reaction vessel and / or the sample (38) in the at least one reaction vessel. Further detection devices contain, for example, sensors for detecting an electrical conductivity, a surface potential, a capacity and / or biosensors for detecting biological substances and / or properties of the samples. In particular, biosensors are conceivable that are based on the hybridization principle.

Die Integration von Detektionseinrichtungen in die wechselbare Reaktionseinheit erhöht die Messgenauigkeit, da die Erfassung der Messwerte sehr dicht an der Probe erfolgt und eine definierte geometrische Anordnung der beteiligten Komponenten mit wenigen Schnittstellen vorliegt.The integration of detection devices in the exchangeable reaction unit increases the accuracy of measurement, since the measurement of the measured values is very close to the sample and there is a defined geometric arrangement of the components involved with few interfaces.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die wenigstens eine Wechselwirkungseinheit in einen Regelkreis der Vorrichtung integriert. So kann zum Beispiel das Temperieren der Proben in der wechselbaren Reaktionseinheit mittels des integrierten Temperatursensors sehr genau geregelt werden. Als weiteres Beispiel kann eine Reaktion in den Proben bei Erreichen einer gewünschten chemischen, biologischen und/oder physikalischen Eigenschaft der Proben, welche überwacht wird, abgebrochen, unterbrochen oder variiert werden.In an advantageous embodiment of the invention, the at least one interaction unit is integrated into a control loop of the device. For example, the temperature control of the samples in the exchangeable reaction unit can be regulated very precisely by means of the integrated temperature sensor. As another example, a reaction in the samples upon termination of a desired chemical, biological, and / or physical property of the samples being monitored may be discontinued, interrupted, or varied.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die wechselbare Reaktionseinheit mehrere Reaktionsgefäße auf und jedem der mehreren Reaktionsgefäße ist eine eigene Wechselwirkungseinheit zugeordnet. Alternativ weist die wechselbare Reaktionseinheit mehrere Reaktionsgefäße auf und allen Reaktionsgefäßen ist eine gemeinsame Wechselwirkungseinheit zugeordnet. Gemäß einer weiteren Alternative weist die wechselbare Reaktionseinheit mehrere Gruppen von Reaktionsgefäßen auf und jeder der mehreren Gruppen von Reaktionsgefäßen ist eine eigene Wechselwirkungseinheit zugeordnet. Ferner ist es möglich, auch Mischformen der genannten Alternativen zu realisieren. So ist es zum Beispiel denkbar, dass allen Reaktionsgefäßen einer wechselbaren Reaktionseinheit eine gemeinsame Temperiereinrichtung zugeordnet ist, aber jedes Reaktionsgefäß eine eigene Strahlungsquelle und einen eigenen Strahlungsdetektor aufweist.In a further embodiment of the invention, the exchangeable reaction unit has a plurality of reaction vessels and each of the plurality of reaction vessels is assigned its own interaction unit. Alternatively, the exchangeable reaction unit has a plurality of reaction vessels and all reaction vessels are assigned a common interaction unit. According to a further alternative, the exchangeable reaction unit has a plurality of groups of reaction vessels and each of the plurality of groups of reaction vessels is assigned its own interaction unit. Furthermore, it is possible to realize mixed forms of said alternatives. Thus, it is conceivable, for example, that all reaction vessels of a replaceable reaction unit are assigned a common tempering device, but each reaction vessel has its own radiation source and its own radiation detector.

In einer noch weiteren Ausgestaltung ist die wechselbare Reaktionseinheit einschließlich des Reaktionsgefäßes zum Durchführen einer PCR und/oder einer Realtime-PCR ausgebildet. Der Fachmann auf dem Gebiet von Laborgeräten wird ohne weiteres hierfür geeignete Materialien und Dimensionen der Reaktionsgefäße auswählen können.In a further embodiment, the exchangeable reaction unit, including the reaction vessel, is designed to carry out a PCR and / or a real-time PCR. The person skilled in the field of laboratory equipment will readily be able to select suitable materials and dimensions of the reaction vessels for this purpose.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das wenigstens eine Reaktionsgefäß zum Aufnehmen einer Probe bei minimalem Gasvolumen ausgebildet sein, sodass zum Beispiel eine Kondensatvermeidung nicht erforderlich ist. Zu diesem Zweck kann das Reaktionsgefäß beispielsweise über einen Überlaufbereich verfügen oder eine flexible Begrenzungsfläche aufweisen. Diese Ausführungsform hat den besonderen Vorteil, dass kein zusätzlicher Heizdeckel zum Beheizen des Reaktionsgefäßes bzw. der Probe von oben erforderlich ist.According to a further aspect of the invention, the at least one reaction vessel can be designed to accommodate a sample with a minimum gas volume, so that, for example, condensate avoidance is not required. For this purpose, the reaction vessel may for example have an overflow area or have a flexible boundary surface. This embodiment has the particular advantage that no additional heating lid for heating the reaction vessel or the sample from above is required.

In einer alternativen Ausführungsform ist die wechselbare Reaktionseinheit mit einer zusätzlichen Heizvorrichtung zur Kondensatvermeidung in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß versehen. Alternativ weist die Basisvorrichtung einen Deckel auf, der den wechselbaren Reaktionseinheiten im Betrieb der Vorrichtung aufliegt. Zur Kondensatvermeidung kann dieser Deckel als herkömmlicher Heizdeckel ausgestaltet sein.In an alternative embodiment, the exchangeable reaction unit is provided with an additional heating device for condensate avoidance in the at least one reaction vessel. Alternatively, the base device has a lid, which rests on the exchangeable reaction units during operation of the device. To avoid condensation, this cover can be configured as a conventional heated lid.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die zweite Kopplungseinrichtung des Basisgeräts im Bereich des Aufnahmebereichs vorgesehen und weist einen gefederten Kontakt auf. Auch die erste Kopplungseinrichtung an der wechselbaren Reaktionseinheit weist bevorzugt einen gefederten Kontakt auf. Durch den bzw. die gefederten Kontakt(e) kann ein sicherer elektrischer Kontakt zwischen der ersten und der zweiten Kopplungseinrichtung auch bei unterschiedlichen geometrischen Ausführungen zum Beispiel aufgrund von Fertigungstoleranzen gewährleistet werden. Alternativ ist es auch möglich, die Kopplungseinrichtungen an anderen Stellen als im Aufnahmebereich des Basisgeräts vorzusehen. Außerdem sind neben der hier genannten kontaktierenden Kopplung auch berührungslose Kopplungen möglich, was insbesondere für die Übertragung von Steuerdaten und Messdaten vorteilhaft sein kann.In a preferred embodiment of the invention, the second coupling device of the base unit is provided in the region of the receiving area and has a spring-loaded contact. The first coupling device on the exchangeable reaction unit also preferably has a spring-loaded contact. By the spring-loaded contact (s), a reliable electrical contact between the first and the second coupling device can be ensured even with different geometric designs, for example due to manufacturing tolerances. Alternatively, it is also possible to provide the coupling devices at locations other than in the receiving area of the base unit. In addition, non-contact couplings are possible in addition to the contacting coupling mentioned here, which may be advantageous in particular for the transmission of control data and measurement data.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Basisgerät auch mehrere Aufnahmebereiche für jeweils wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit aufweisen.In a still further embodiment of the invention, the base unit can also have a plurality of receiving areas for at least one exchangeable reaction unit.

Alternativ ist das Basisgerät mit einem Aufnahmebereich für mehrere wechselbare Reaktionseinheiten versehen.Alternatively, the base unit is provided with a receiving area for a plurality of exchangeable reaction units.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Basisgerät wenigstens eine weitere Einheit zur Wechselwirkung mit der Probe in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß auf. Beispielsweise können die Temperiereinrichtungen sowie die Temperatursensoren in die wechselbare Reaktionseinheit integriert werden, während die Strahlungsquelle und der Detektor zur Fluoreszenzmessung weiter am Basisgerät vorgesehen werden.According to yet another aspect of the present invention, the base unit has at least one further unit for interacting with the sample in the at least one reaction vessel. For example, the tempering devices and the temperature sensors can be integrated into the exchangeable reaction unit, while the radiation source and the detector for fluorescence measurement are further provided on the base device.

Zur einfacheren und genaueren Positionierung der wechselbaren Reaktionseinheit im Aufnahmebereich des Basisgeräts weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Führungseinrichtung auf. Auf diese Weise ist auch eine sichere Kopplung zwischen den ersten und zweiten Kopplungseinrichtungen gewährleistet. Zum Beispiel können die wechselbare Reaktionseinheit mit wenigstens einem ersten Führungselement und das Basisgerät mit wenigstens einem entsprechenden zweiten Führungselement versehen sein oder die wechselbare Reaktionseinheit ist selbst mit einer Führungsfläche ausgebildet, welche in einem entsprechend geformten Aufnahmebereich des Basisgeräts geführt werden kann.For easier and more accurate positioning of the replaceable reaction unit in the receiving area of the base unit, the device preferably has a guide device. In this way, a secure coupling between the first and second coupling devices is ensured. For example, the interchangeable reaction unit may be provided with at least one first guide member and the base unit with at least one corresponding second guide member or the interchangeable reaction unit is itself formed with a guide surface which can be guided in a correspondingly shaped receiving area of the base unit.

Ferner kann das Basisgerät auch eine Bedieneinrichtung mit Bedienelementen und/oder Anzeigeelementen sowie optional eine Schnittstelle zur Verbindung bzw. Kommunikation des Basisgeräts mit einer oder mehreren externen Vorrichtungen aufweisen.Furthermore, the base unit can also have an operating device with operating elements and / or display elements and optionally an interface for connection or communication of the base device with one or more external devices.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit ferner wenigstens eine Identifikationseinrichtung zum eindeutigen Identifizieren der wenigstens einen wechselbaren Reaktionseinheit und/oder des wenigstens einen Reaktionsgefäßes in der wechselbaren Reaktionseinheit auf. Durch eine solche Identifikationseinrichtung, die zum Beispiel in Form eines Halbleiterelements, beispielsweise ein Siliziumchip, eines Barcodes, eines RFID-Systems oder dergleichen realisiert sein kann, können die wechselbaren Reaktionseinheiten und ihre Reaktionsgefäße eindeutig identifiziert werden, was eine bessere, sicherere und einfachere Datenauswertung bei der Durchführung der Reaktionen in den Proben ermöglicht. Diese Maßnahme ist insbesondere auch dann von Vorteil, wenn die wechselbaren Reaktionseinheiten nacheinander auf mehreren Geräten oder Vorrichtungen benutzt werden sollen. In einer speziellen Ausgestaltung erlaubt eine Temperiereinrichtung mit einem Peltier-Element auf Silizium basis (allgemein: mit einem Halbleiterelement) gleichzeitig eine solche Identifikation, indem die Identifikationsfunktion in das Halbleiterelement integriert wird.In yet another embodiment of the invention, the at least one exchangeable reaction unit further comprises at least one identification device for uniquely identifying the at least one replaceable reaction unit and / or the at least one reaction vessel in the replaceable reaction unit. By such an identification device, which may be implemented, for example, in the form of a semiconductor element, for example a silicon chip, a barcode, an RFID system or the like, the exchangeable reaction units and their reaction vessels can be uniquely identified, resulting in better, safer and easier data evaluation to carry out the reactions in the samples. This measure is particularly advantageous if the exchangeable reaction units be used successively on multiple devices or devices. In a special embodiment, a tempering device with a Peltier element based on silicon (in general: with a semiconductor element) at the same time allows such an identification by integrating the identification function into the semiconductor element.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen:

Figur 1
eine schematische Darstellung des Grundaufbaus einer Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben gemäß der vorliegenden Erfindung;
Figur 2
eine schematische Schnittdarstellung des wesentlichen Teils eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben;
Figuren 3A
und 3B jeweils eine vergrößerte Teilschnittansicht von zwei Varianten der Einzelheit X in Fig. 2;
Figur 4
eine schematische Schnittdarstellung des wesentlichen Teils eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben;
Figur 5
eine schematische Schnittdarstellung des wesentlichen Teils eines dritten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben;
Figur 6
eine schematische Schnittdarstellung des wesentlichen Teils eines vierten Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben; und
Figur 7
eine schematische Schnittdarstellung des wesentlichen Teils eines fünften Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben.
The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description of various preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. Show:
FIG. 1
a schematic representation of the basic structure of an apparatus for performing reactions in samples according to the present invention;
FIG. 2
a schematic sectional view of the essential part of a first embodiment of an apparatus for performing reactions in samples;
FIGS. 3A
and FIG. 3B is an enlarged fragmentary sectional view of two variants of the detail X in FIG Fig. 2 ;
FIG. 4
a schematic sectional view of the essential part of a second embodiment of an apparatus for performing reactions in samples;
FIG. 5
a schematic sectional view of the essential part of a third embodiment of an apparatus for performing reactions in samples;
FIG. 6
a schematic sectional view of the essential part of a fourth embodiment of an apparatus for performing reactions in samples; and
FIG. 7
a schematic sectional view of the essential part of a fifth embodiment of an apparatus for performing reactions in samples.

Bezug nehmend auf Fig. 1 wird zunächst der Grundaufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben näher erläutert.Referring to Fig. 1 First, the basic structure of the device according to the invention for performing reactions in samples will be explained in more detail.

Die Vorrichtung hat ein Basisgerät 10 mit einem Basiskörper 11, der vorzugsweise mit einer Bedieneinrichtung 12 für den Benutzer versehen ist, wobei die Bedieneinrichtung 12 Anzeigeelemente 14 und Bedienelemente 16 zum Steuern und Überwachen der gewünschten Reaktionen in Proben aufweist. Das Basisgerät 10 enthält üblicherweise auch eine Steuerung (nicht dargestellt), um den Ablauf der Reaktionen selbständig zu steuern und zu überwachen, insbesondere um die später erläuterten Wechselwirkungseinheiten des Basisgeräts 10 und der wechselbaren Reaktionseinheiten 22 zu steuern und mit ihnen zu kommunizieren.The device has a base unit 10 with a base body 11, which is preferably provided with an operating device 12 for the user, the operating device 12 having display elements 14 and operating elements 16 for controlling and monitoring the desired reactions in samples. The base unit 10 usually also includes a controller (not shown) to independently control and monitor the flow of the reactions, in particular to control and communicate with the later-discussed interaction units of the base 10 and interchangeable reactors 22.

Optional kann das Basisgerät 10 auch über eine Schnittstelle 18 verfügen, über welche das Basisgerät mit externen Vorrichtungen (Steuergeräten, Bildschirme, Drucker, etc.) bei Bedarf verbunden werden kann.Optionally, the base unit 10 may also have an interface 18 via which the base unit can be connected to external devices (control devices, screens, printers, etc.) if required.

Das Basisgerät 10 ist ferner mit wenigstens einem Aufnahmebereich 20 für wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit 22 versehen. Es ist dabei im Rahmen der Erfindung möglich, genau einen Aufnahmebereich für genau eine wechselbare Reaktionseinheit vorzusehen, genau einen Aufnahmebereich für mehrere wechselbare Reaktionseinheiten vorzusehen, mehrere Aufnahmebereiche für jeweils genau eine wechselbare Reaktionseinheit vorzusehen oder mehrere Aufnahmebereiche für jeweils mehrere wechselbare Reaktionseinheiten vorzusehen. Der wenigstens eine Aufnahmebereich 20 ist vorzugsweise an der Oberseite des Basisgeräts 10 vorgesehen, ohne auf diese Position beschränkt zu sein. In einer Ausführungsform ist der Aufnahmebereich im oder auf dem Temperierkörper des Basisgeräts ausgebildet.The base unit 10 is further provided with at least one receiving area 20 for at least one exchangeable reaction unit 22. It is possible within the scope of the invention to provide exactly one receiving area for exactly one exchangeable reaction unit, to provide exactly one receiving area for a plurality of exchangeable reaction units, to provide a plurality of receiving areas for exactly one exchangeable reaction unit or to provide a plurality of receiving areas for a plurality of exchangeable reaction units. The at least one receiving area 20 is preferably provided on the upper side of the base unit 10, without being restricted to this position. In one embodiment, the receiving area is formed in or on the temperature control body of the base unit.

Außerdem können die wechselbaren Reaktionseinheiten 22 in vorteilhafter Weise auch als Verbrauchsartikel konzipiert sein. Dies reduziert den Reinigungsaufwand und ermöglicht eine geringere Kontaminationsgefahr der Reaktionsgefäße in den wechselbaren Reaktionseinheiten. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die wechselbaren Reaktionseinheiten aber natürlich auch als mehrfach verwendbare Artikel konzipiert sein.In addition, the exchangeable reaction units 22 can also be advantageously designed as consumables. This reduces the cleaning effort and allows a lower risk of contamination of the reaction vessels in the removable Reaction units. In the context of the present invention, however, the exchangeable reaction units can of course also be designed as reusable articles.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer solchen Vorrichtung zum Durchführen von chemischen und/oder biologischen und/oder physikalischen Reaktionen in Proben wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 2 im Detail beschrieben.A first embodiment of such a device for carrying out chemical and / or biological and / or physical reactions in samples will now be described with reference to FIG Fig. 2 described in detail.

Fig. 2 zeigt dabei den Ausschnitt des Aufnahmebereichs 20 des Basisgeräts 10 mit einer darauf platzierten wechselbaren Reaktionseinheit 22. Ausführungsformen mit mehreren Aufnahmebereichen 20 und/oder mehreren wechselbaren Reaktionseinheiten 22 sind natürlich analog aufgebaut. Fig. 2 shows the section of the receiving area 20 of the base unit 10 with an exchangeable reaction unit 22 placed thereon. Embodiments with a plurality of receiving areas 20 and / or a plurality of exchangeable reaction units 22 are, of course, of analog construction.

Wie in der Einzelheit von Fig. 3A bzw. 3B dargestellt, ist die wechselbare Reaktionseinheit 22 vorzugsweise mit wenigstens einem ersten Führungselement 24 zum Beispiel in Form einer Ausnehmung bzw. Hülse versehen und im Aufnahmebereich 20 des Basisgeräts 10 ist ein zweites Führungselement 26 zum Beispiel in Form eines entsprechenden Führungsstifts ausgebildet, der in dem ersten Führungselement 24 geführt werden kann, um die wechselbare Reaktionseinheit 22 genau auf dem Aufnahmebereich 20 des Basisgeräts zu platzieren. Eine genaue Platzierung der wechselbaren Reaktionseinheit 22 ist insbesondere im Hinblick auf eine sichere Kopplung zwischen den Kopplungseinrichtungen, die später erläutert werden, für die Funktionsweise der Vorrichtung wichtig.As in the detail of Fig. 3A 3B, the exchangeable reaction unit 22 is preferably provided with at least one first guide element 24, for example in the form of a recess, and in the receiving area 20 of the base unit 10 a second guide element 26 is formed, for example, in the form of a corresponding guide pin, which in FIG the first guide member 24 can be performed to place the removable reaction unit 22 exactly on the receiving area 20 of the base unit. Accurate placement of the replaceable response unit 22 is important to the operation of the device, particularly with regard to secure coupling between the coupling devices, which will be discussed later.

Während das erste Führungselement 24 an der wechselbaren Reaktionseinheit 22 zum Beispiel in/an einer Seitenwand des später erläuterten Reaktionsgefäßes 32 ausgebildet ist, ist das zweite Führungselement 26 zum Beispiel im Temperierkörper 30 im / am Aufnahmebereich 20 des Basisgeräts 10 vorgesehen.While the first guide member 24 is formed on the exchangeable reaction unit 22, for example, in / on a side wall of the reaction vessel 32 explained later, the second guide member 26 is provided in the temperature control body 30 in / on the accommodating portion 20 of the base 10, for example.

Wie in der Variante von Fig. 3B veranschaulicht, ist es zur einfacheren Positionierung von Vorteil, die Führungsbuchse 24 zumindest teilweise konisch auszubilden, um die Zentrierung der beiden Führungselemente 24, 26 zueinander zu erleichtern. Obwohl nicht separat dargestellt, ist es natürlich ebenso möglich, den Führungsstift 26 des Basisgeräts 10 zumindest teilweise konisch auszuführen.As in the variant of Fig. 3B illustrated, it is for ease of positioning advantageous to form the guide bush 24 at least partially conical in order to facilitate the centering of the two guide elements 24, 26 to each other. Although not shown separately, it is of course also possible to make the guide pin 26 of the base unit 10 at least partially conical.

Ferner kann das Konzept der beiden ineinander greifenden Führungselemente 24, 26 natürlich auch umgekehrt werden. Mit anderen Worten kann das erste Führungselement 24 an der wechselbaren Reaktionseinheit 22 auch in Stiftform und das zweite Führungselement 26 am Basisgerät 26 auch in Form einer Aussparung oder Führungsbuchse ausgebildet werden.Furthermore, the concept of the two interlocking guide elements 24, 26 can of course be reversed. In other words, the first guide element 24 may also be formed on the replaceable reaction unit 22 in the form of a pin and the second guide element 26 on the base device 26 in the form of a recess or guide bushing.

Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Vorrichtung mehrere, bevorzugt wenigstens zwei erste und zweite Führungselemente 24, 26 aufweisen.Of course, the device according to the invention may have a plurality, preferably at least two, first and second guide elements 24, 26.

Diese Führungs- bzw. Positionierungseinrichtung 24, 26 ist bevorzugt natürlich auch bei allen nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen.Of course, this guiding or positioning device 24, 26 is also provided in all exemplary embodiments described below.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht nur auf die hier beschriebenen und dargestellten Führungselemente 24, 26 beschränkt. So können die Führungselemente alternativ auch an den Seitenflächen der wechselbaren Reaktionseinheit 22 bzw. des Aufnahmebereichs 20 des Basisgeräts 10 vorgesehen sein und beispielsweise als ineinander führbare Nuten und Stege ausgebildet sein. Als weitere Alternative ist es auch denkbar, den Körper der wechselbaren Reaktionseinheit 22 selbst mit einer (vorzugsweise konischen) Führungsfläche zu versehen, welche in eine entsprechend ausgebildete Fläche des Aufnahmebereichs 20 passt.Of course, the invention is not limited only to the guide elements 24, 26 described and illustrated here. Thus, the guide elements may alternatively also be provided on the side surfaces of the exchangeable reaction unit 22 or of the receiving region 20 of the base unit 10 and be designed, for example, as grooves and webs which can be guided into one another. As a further alternative, it is also conceivable to provide the body of the exchangeable reaction unit 22 with a (preferably conical) guide surface, which fits into a correspondingly formed surface of the receiving region 20.

Die wechselbare Reaktionseinheit 22 weist insbesondere ein Reaktionsgefäß 32 zur Aufnahme einer Probe 38 auf, das mit einem Einfüllstutzen 34 und einem Belüftungsstutzen 36 versehen ist. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann das Reaktionsgefäß 32 ferner über einen Überlaufbereich verfügen oder mit einer flexiblen Begrenzungsfläche (z.B. Folie) ausgebildet sein, um das Gasvolumen des Reaktionsgefäßes 32 zu minimieren, sodass eine Kondensatvermeidung nicht erforderlich ist. Im Fall des Vorsehens eines Überlaufbereichs kann zum Beispiel das Reaktionsgefäß 32 mit einer Probenmenge gefüllt werden, welche das Volumen des Reaktionsgefäßes 32 übersteigt, sodass das Reaktionsgefäß ohne ein zusätzliches Gasvolumen im oberen Bereich des Reaktiongefäßes vollständig gefüllt ist und die überschüssige Probenmenge in den Überlaufbereich abfließen kann.The replaceable reaction unit 22 has in particular a reaction vessel 32 for receiving a sample 38, which is provided with a filler neck 34 and a ventilation stub 36. In a particularly advantageous embodiment, the reaction vessel 32 may further have an overflow area or be formed with a flexible boundary surface (eg film) to minimize the gas volume of the reaction vessel 32, so that a condensate avoidance is not required. In the case of providing an overflow region, for example, the reaction vessel 32 can be filled with a sample amount that exceeds the volume of the reaction vessel 32, so that the reaction vessel is completely filled without an additional gas volume in the upper region of the reaction vessel and the excess amount of sample can flow into the overflow region ,

Bei einer derartigen Ausführungsform des Reaktionsgefäßes ist zum Beispiel kein zusätzlicher Heizdeckel erforderlich, um das Reaktionsgefäß bzw. die Probe zur Kondensatvermeidung auch von oben zu beheizen, ohne dass die vorliegende Erfindung auf diese Variante beschränkt sein soll.In such an embodiment of the reaction vessel, for example, no additional heated lid is required to heat the reaction vessel or the sample for condensate avoidance from above, without the present invention being limited to this variant.

Obwohl in Fig. 2 nur ein Reaktionsgefäß 32 veranschaulicht ist, kann die wechselbare Reaktionseinheit 22 wahlweise auch über mehrere solcher Reaktionsgefäße 32 verfügen. Dies gilt in gleicher Weise auch für alle nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele.Although in Fig. 2 If only one reaction vessel 32 is illustrated, the exchangeable reaction unit 22 can optionally also have a plurality of such reaction vessels 32. This applies in the same way for all embodiments described below.

Auf der dem Basisgerät 10 zugewandten Seite des Reaktionsgefäßes 32 ist in der wechselbare Reaktionseinheit 22 eine Temperiereinrichtung 40 mit einem Peltier-Element als erste Ausführungsform einer Wechselwirkungseinheit angeordnet. Um einen guten thermischen Kontakt zwischen dieser Temperiereinrichtung 40 und der Probe 38 in dem Reaktionsgefäß 32 zu gewährleisten, ist zumindest die die Temperiereinrichtung 40 kontaktierende Wandung 42 des Reaktionsgefäßes 32 möglichst dünn und aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit ausgebildet. Zu den geeigneten Materialien für die Reaktionsgefäße 32 zählen zum Beispiel Polypropylen und LSR (Liquid Silicon Rubber), ohne dass die Erfindung auf die Verwendung dieser Materialien beschränkt sein soll. Diese Materialien sind bekanntermaßen auch dann für das Reaktionsgefäß 32 geeignet, wenn in diesem eine PCR oder Realtime-PCR durchgeführt werden soll.On the base unit 10 facing side of the reaction vessel 32, a temperature control device 40 is arranged with a Peltier element as the first embodiment of an interaction unit in the removable reaction unit 22. In order to ensure good thermal contact between this tempering device 40 and the sample 38 in the reaction vessel 32, at least the wall 42 of the reaction vessel 32 contacting the tempering device 40 is as thin as possible and made of a material with good thermal conductivity. Suitable materials for the reaction vessels 32 include, for example, polypropylene and LSR (Liquid Silicon Rubber), without the invention being restricted to the use of these materials. As is known, these materials are also suitable for the reaction vessel 32 if a PCR or real-time PCR is to be carried out in it.

Die Temperiereinrichtung 40 dient dem Temperieren des Reaktionsgefäßes 32 bzw. der Probe 38 darin. Mit anderen Worten kann durch diese Temperiereinrichtung 40 die Temperatur der Probe 38 je nach Bedarf und Ausführungsform der Temperiereinrichtung erhöht, erniedrigt oder gehalten werden.The tempering device 40 is used for tempering the reaction vessel 32 or the sample 38 therein. In other words, by means of this tempering device 40, the temperature of the sample 38 can be increased, decreased or maintained according to the need and the embodiment of the tempering device.

Je nach Funktionsweise der Temperiereinrichtung 40 erzeugt diese überschüssige Wärme oder Kälte, die abgeführt werden muss. Während im Fall der eingangs genannten US 2006/0288708 A1 diese Abwärme oder Kälte über einen in die wechselbare Reaktionseinheit integrierten Fluidkanal abgeführt wird, werden derartige Fluidkanäle und damit auch die mit diesen verbundenen Dichtheitsprobleme im Fall der vorliegenden Erfindung vermieden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält das Basisgerät 10 einen Temperierblock 30 (zum Kühlen oder Heizen der Temperiereinrichtung 40 in der wechselbaren Reaktionseinheit 22) mit einer ausreichend großen thermischen Masse. Je nach aktueller Betriebsart der Temperiereinrichtung 40 dient der Temperierkörper 30 als Kühlkörper oder Heizkörper zur Temperierung der Rückseite des Peltier-Elements dient. Da die überschüssige Wärme oder Kälte mit Hilfe des Temperierblocks 30 in das Basisgerät 10 abgeführt wird, besteht für den Benutzer auch keine Gefahr beim Handling der wechselbaren Reaktionseinheiten 22. Bevorzugt wird eine Ausführung bei der der Temperierkörper 30 ein Kühlkörper ist, und die Temperiereinrichtung 40 die Veränderung der Probentemperatur verursacht. In einer besonders bevorzugten Ausführung stellt der Kühlkörper ein möglichst konstantes Temperaturniveau bereit, wobei weiterhin die Temperiereinrichtung 40 die Veränderung der Probentemperatur verursacht.Depending on the mode of operation of the tempering device 40, this generates excess heat or cold, which must be dissipated. While in the case of the aforementioned US 2006/0288708 A1 this waste heat or cold is discharged via a fluid channel integrated into the exchangeable reaction unit, such fluid channels and thus also the leakage problems associated with these are avoided in the case of the present invention. In the present exemplary embodiment, the base unit 10 contains a tempering block 30 (for cooling or heating the tempering device 40 in the exchangeable reaction unit 22) with a sufficiently large thermal mass. Depending on the current operating mode of the tempering device 40, the tempering body 30 serves as a heat sink or heating element for controlling the temperature of the rear side of the Peltier element. Since the excess heat or cold is dissipated into the base unit 10 with the aid of the tempering block 30, there is no danger for the user when handling the exchangeable reaction units 22. An embodiment in which the temperature control body 30 is a heat sink is preferred, and the temperature control unit 40 Change in the sample temperature caused. In a particularly preferred embodiment, the heat sink provides a temperature level that is as constant as possible, with the tempering device 40 continuing to cause the sample temperature to change.

Um einen guten thermischen Kontakt zwischen der Temperiereinrichtung 40 der wechselbaren Reaktionseinheit 22 und dem Temperierblock 30 im Basisgerät 10 zu gewährleisten, wird die wechselbare Reaktionseinheit 22 vorzugsweise gegen diesen Temperierblock 30 gedrückt. Hierzu hat die wechselbare Reaktionseinheit 22 zum Beispiel einen Körper 44, der auf dem Reaktionsgefäß 32 aufliegt und allein durch seine Gewichtskraft den notwendigen Anpressdruck erzeugt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine geeignete Spanneinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen sein, die zum Beispiel auch mit dem Basisgerät 10 in Eingriff gebracht werden kann. Weitere Möglichkeiten zum Aufbringen der notwendigen Kräfte für den guten thermischen Kontakt zwischen den Komponenten 30 und 40 beinhalten auch Unterdrucksysteme, magnetische Einrichtungen und dergleichen.In order to ensure a good thermal contact between the tempering device 40 of the exchangeable reaction unit 22 and the tempering block 30 in the base unit 10, the exchangeable reaction unit 22 is preferably pressed against this tempering block 30. For this purpose, the exchangeable reaction unit 22, for example, a body 44 which rests on the reaction vessel 32 and generates the necessary contact pressure solely by its weight. Alternatively or additionally, a suitable tensioning device (not shown) may also be provided which, for example, can also be brought into engagement with the base unit 10. Other ways of applying the necessary forces for good thermal contact between components 30 and 40 also include vacuum systems, magnetic devices, and the like.

Außerdem ist die Positionierung der Temperiereinrichtung 40 selbstverständlich nicht auf das Ausführungsbeispiel von Fig. 2 beschränkt. So kann diese Temperiereinrichtung 40 natürlich auch oberhalb des Reaktionsgefäßes 32 oder seitlich zu diesem angeordnet werden. Außerdem können wahlweise auch mehrere solcher Temperiereinrichtungen 40 in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 um das Reaktionsgefäß 32 herum angeordnet werden, was eine homogenere und schnellere Temperierung der Probe 38 in dem Reaktionsgefäß 32 ermöglicht. Ferner sind die Temperiereinrichtungen 40 auf keine speziellen Ausführungsformen und nicht nur auf die Verwendung von Peltier-Elementen eingeschränkt. Bei geeigneter Positionierung einer Heizeinrichtung 40 kann diese auch zur Kondensatvermeidung im Reaktionsgefäß 32 benutzt werden.In addition, the positioning of the tempering device 40 is of course not on the embodiment of Fig. 2 limited. Of course, this tempering device 40 can of course also be arranged above the reaction vessel 32 or laterally thereto. In addition, a plurality of such tempering devices 40 can optionally also be arranged in the exchangeable reaction unit 22 around the reaction vessel 32, which enables a more homogeneous and faster temperature control of the sample 38 in the reaction vessel 32. Further, the tempering devices 40 are not limited to any specific embodiments and not limited to the use of Peltier elements. With suitable positioning of a heater 40, this can also be used to avoid condensate in the reaction vessel 32.

Zum Betreiben der in die wechselbare Reaktionseinheit 22 integrierten Temperiereinrichtung 40 besitzt die wechselbare Reaktionseinheit 22 ferner eine erste Kopplungseinrichtung 46 mit elektrischen Kontakten, welche mit einer entsprechenden zweiten Kopplungseinrichtung 50 am Basisgerät 10 in Kontakt gebracht werden. Die zweite Kopplungseinrichtung 50 des Basisgeräts 10 ist vorzugsweise im Bereich des Aufnahmebereichs 20 vorgesehen und verfügt über gefederte Kontakte, um eine sichere Kopplung auch bei unterschiedlichen geometrischen Abmessungen und Positionierungen zum Beispiel aufgrund von Fertigungstoleranzen zu gewährleisten. Beispielsweise kann eine Schraube mit einem innen liegenden Federstift eingesetzt werden, der zur Ausbildung eines elektrischen Kontakts an einem Einsteckteil zur Anlage kommt. Zusätzlich kann auch die erste Kopplungseinrichtung gefedert, zum Beispiel in Form von Federleisten, ausgeführt sein. Die zweite Kopplungseinrichtung 50 ist zum Beispiel in einer Ausnehmung 48 im Aufnahmebereich 20 angeordnet und mit einem entsprechenden Anschluss 52 im Basisgerät 10 verbunden, um der Temperiereinrichtung 40 Energie zuzuführen und optional auch ihren Betriebszustand zu überwachen.For operating the tempering device 40 integrated in the exchangeable reaction unit 22, the exchangeable reaction unit 22 furthermore has a first coupling device 46 with electrical contacts, which are brought into contact with a corresponding second coupling device 50 on the base device 10. The second coupling device 50 of the base unit 10 is preferably provided in the region of the receiving area 20 and has sprung contacts in order to ensure a secure coupling even with different geometric dimensions and positioning, for example due to manufacturing tolerances. For example, a screw with an internal spring pin can be used, which comes to form an electrical contact to a male part to the plant. In addition, the first coupling device can be sprung, for example in the form of spring strips executed. The second coupling device 50 is arranged, for example, in a recess 48 in the receiving region 20 and connected to a corresponding connection 52 in the base device 10 in order to supply energy to the tempering device 40 and optionally also to monitor its operating state.

Die erste und die zweite Kopplungseinrichtung 46, 50 dieses Ausführungsbeispiels (und analog auch jene aller nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele) bilden wie erwähnt vorzugsweise ein verfedertes Kontaktsystem, alternativ ist aber auch ein starres Stecker-Buchse-System oder ein Anschlusssystem über Kabel und Stecker bzw. Flexfolie und Stecker denkbar. Als weitere Alternative sind auch berührungslose Kopplungssysteme einsetzbar.The first and the second coupling means 46, 50 of this embodiment (and analogously also those of all embodiments described below) form as mentioned preferably a spring-loaded contact system, but alternatively is also a rigid plug-socket system or a connection system via cable and plug or flex foil and plugs conceivable. As a further alternative contactless coupling systems can be used.

Die wechselbare Reaktionseinheit 22 mit dem/den Reaktionsgefäß(en) 32 kann zum Beispiel im Spritzgussverfahren hergestellt werden, wobei die Wechselwirkungseinheit 40 und die erste Kopplungseinrichtung 46 vorher eingelegt werden ("Insert"-Technik). Die dünnen Wandungen 42 können dabei zum Beispiel durch das Hinterspritzen von Folien hergestellt werden. Alternativ kann die wechselbare Reaktionseinheit auch durch eine Laserschweißtechnologie oder dergleichen gefügt werden. Die vorliegende Erfindung ist aber selbstverständlich nicht auf die hier genannten Fertigungstechniken für die wechselbaren Reaktionseinheiten 22 beschränkt. Außerdem gelten die hier genannten Fertigungsverfahren natürlich in analoger Weise auch für die nachfolgend diskutierten Ausführungsbeispiele.The exchangeable reaction unit 22 with the reaction vessel (s) 32 can be produced, for example, by injection molding, with the interaction unit 40 and the first coupling device 46 being previously inserted ("insert" technique). The thin walls 42 can be produced for example by the injection molding of films. Alternatively, the exchangeable reaction unit may also be joined by laser welding technology or the like. Of course, the present invention is not limited to the manufacturing techniques mentioned here for the exchangeable reaction units 22. In addition, the apply here mentioned manufacturing method, of course, in an analogous manner for the embodiments discussed below.

In den Reaktionsgefäßen 32 der wechselbaren Reaktionseinheiten 22 können - bei einer entsprechenden Ausgestaltung derselben - verschiedene Reaktionen in Proben 38 durchgeführt werden. Wie bereits erwähnt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in vorteilhafter Weise zum Beispiel für eine PCR oder auch Realtime-PCR eingesetzt werden. Ferner können in der Vorrichtung auch die vor- oder nachgelagerten Schritte wie Aufreinigung oder Analyse durchgeführt werden. Als weitere Anwendungsmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Reaktionssystems können zum Beispiel genannt werden: Anzucht von Bakterien, Anzucht von Hefen, Bead Technologie (z.B. Proteinreinigung), Immunpräzipitation, Enzym-Reaktionen, Transformationen, Denaturierung von DNA, RNA oder Proteinen, Isolierung von DNA-Fragmenten, Plasmid-Aufreinigung, Hybridisierungen, schonendes Auftauen, Aufbewahren von Enzymen, Nukleinsäuren, etc. bei definierter Temperatur, in vitro - Translationen, Ligationen, Zelllysen, u.v.m.In the reaction vessels 32 of the exchangeable reaction units 22 - with a corresponding embodiment of the same - different reactions in samples 38 can be carried out. As already mentioned, the device according to the invention can advantageously be used, for example, for a PCR or real-time PCR. Furthermore, in the device, the upstream or downstream steps such as purification or analysis can be performed. Further possible applications of the reaction system according to the invention can be mentioned, for example: growth of bacteria, cultivation of yeasts, bead technology (eg protein purification), immunoprecipitation, enzyme reactions, transformations, denaturation of DNA, RNA or proteins, isolation of DNA fragments, plasmid Purification, hybridization, gentle thawing, storage of enzymes, nucleic acids, etc. at defined temperature, in vitro - translations, ligations, cell lysis, and much more

Obwohl in den Zeichnungen nicht dargestellt, kann die wechselbare Reaktionseinheit 22 dieses Ausführungsbeispiels (und auch aller anderen Ausführungsbeispiele) mit einer Identifikationseinrichtung zum eindeutigen Identifizieren der wechselbaren Reaktionseinheit 22 und/oder ihrer Reaktionsgefäße 32 und damit ihrer Proben 38 versehen sein. Wahlweise kann die wechselbare Reaktionseinheit 22 eine solche Identifikationseinrichtung aufweisen oder es können alle Reaktionsgefäße 32 mit einer eigenen Identifikationseinrichtung versehen sein.Although not shown in the drawings, the interchangeable reaction unit 22 of this embodiment (as well as all other embodiments) may be provided with identification means for uniquely identifying the replaceable reaction unit 22 and / or its reaction vessels 32 and thus their samples 38. Optionally, the exchangeable reaction unit 22 may have such an identification device or all the reaction vessels 32 may be provided with their own identification device.

Für die Identifikationseinrichtung wird in der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorzugsweise ein Siliziumchip verwendet, auf dem die entsprechenden Identifikationsinformationen abgespeichert sind, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsform beschränkt sein soll. In einer speziellen Ausführungsform enthält die Temperiereinrichtung 40 wenigstens ein Peltier-Element auf Siliziumbasis, in welches außerdem die Identifikationsfunktion integriert ist.For the identification device, a silicon chip is preferably used in the device according to the invention, on which the corresponding identification information is stored, without the invention being restricted to this embodiment. In a special embodiment, the tempering device 40 contains at least one Peltier element based on silicon, in which the identification function is also integrated.

Alternativ können als Identifikationseinrichtung zum Beispiel auch RFID-Systeme oder Barcodes zum Einsatz kommen.Alternatively, for example, RFID systems or barcodes can also be used as the identification device.

Mittels der Identifikationseinrichtung wird die Sicherheit der Zuordnung der Daten bei der Durchführung der Reaktionen in den Proben erhöht, da gewährleistet werden kann, dass für alle Proben jeweils die richtigen Reaktionen durchgeführt werden. Außerdem kann eine einfachere und bessere Datenauswertung erreicht werden. Diese Vorteile sind noch offensichtlicher, wenn die verwendeten wechselbaren Reaktionseinheiten 22 auf mehreren Basisgeräten 10 benutzt werden sollen, um zum Beispiel nacheinander mehrere Reaktionen an den selben Proben durchzuführen, oder wenn die Proben in den Reaktionseinheiten 22 für längere Zeiten zwischengelagert werden sollen.By means of the identification device, the reliability of the assignment of the data in carrying out the reactions in the samples is increased, since it can be ensured that the correct reactions are carried out for all samples. In addition, a simpler and better data analysis can be achieved. These advantages are even more evident when the replaceable reaction units 22 used are to be used on multiple base units 10, for example, to successively perform multiple reactions on the same samples, or if the samples are to be stored in the reaction units 22 for longer times.

Die Identifikationsnummern können entweder durch den Hersteller bei der Fertigung der wechselbaren Reaktionseinheiten oder durch den Benutzer vor Ort vergeben werden.The identification numbers can either be assigned by the manufacturer during the manufacture of the exchangeable reaction units or by the user on site.

Die oben beschriebene Vorrichtung ist sowohl als Laborgerät geeignet, kann aber ebenso als tragbares Gerät für den Feldeinsatz verwendet werden.The device described above is suitable both as a laboratory device, but can also be used as a portable device for field use.

Ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun Bezug nehmend auf Fig. 4 erläutert, in der gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie in der oben beschriebenen Fig. 2 gekennzeichnet sind.A second embodiment of a device according to the invention will now be referred to Fig. 4 explained in the same components with the same reference numerals as in the above Fig. 2 Marked are.

Die in Fig. 4 veranschaulichte Vorrichtung unterscheidet sich von dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass zusätzlich zu der Temperiereinrichtung 40 ein Temperatursensor 54 als Wechselwirkungseinheit in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 vorgesehen ist. Im Übrigen entspricht dieses zweite Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform von Fig. 2 und auf eine wiederholte Beschreibung gleicher bzw. entsprechender Komponenten wird verzichtet.In the Fig. 4 illustrated device differs from the first embodiment described above in that in addition to the tempering device 40, a temperature sensor 54 is provided as an interaction unit in the removable reaction unit 22. Incidentally, this second embodiment corresponds to the first embodiment of Fig. 2 and a repeated description of the same or corresponding components will be omitted.

Der Temperatursensor 54 ist an einer Wandung des Reaktionsgefäßes 32 und damit in direktem thermischem Kontakt zu diesem angeordnet, um die Temperatur des Reaktionsgefäßes 32 bzw. der Probe 38 in dem Reaktionsgefäß 32 zu erfassen. Die Messdaten des Temperatursensors 54 werden über eine erste (kontaktierende oder berührungslose) Kopplungseinrichtung 56 der wechselbaren Reaktionseinheit 22 an eine zweite Kopplungseinrichtung 57 und entsprechende weitere Anschlüsse 58 des Basisgeräts 10 übertragen. Aufbau und Anordnung dieser Kopplungseinrichtungen und Anschlüsse 56 - 58 entsprechen den für die Temperiereinrichtung 40 oben beschriebenen Ausführungsvarianten.The temperature sensor 54 is disposed on a wall of the reaction vessel 32 and thus in direct thermal contact therewith to detect the temperature of the reaction vessel 32 and the sample 38 in the reaction vessel 32, respectively. The measurement data of the temperature sensor 54 are transmitted via a first (contacting or contactless) coupling device 56 of the exchangeable reaction unit 22 to a second coupling device 57 and corresponding further connections 58 of the base device 10. Structure and arrangement of these coupling devices and Connections 56-58 correspond to the embodiment variants described above for the tempering device 40.

Der Temperatursensor 54 ermöglicht die direkte Überwachung der Temperatur der Probe 38, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, bei denen nur die Temperatur der im Basisgerät 10 vorgesehenen Temperiereinrichtung erfasst wird, eine wesentlich genauere Temperaturerfassung und damit auch Temperierung der Probe 38 ermöglicht wird. Falls die wechselbare Reaktionseinheit 22 mehrere Reaktionsgefäße 32 enthält, ist vorzugsweise jedem Reaktionsgefäß 32 ein eigener Temperatursensor 54 zugeordnet, sodass eine individuelle Temperaturüberwachung mehrerer Proben 38 in verschiedenen Reaktionsgefäßen möglich ist.The temperature sensor 54 allows direct monitoring of the temperature of the sample 38, so that a much more accurate temperature detection and thus also temperature of the sample 38 is made possible in comparison to conventional systems in which only the temperature of the provided in the base unit 10 tempering. If the exchangeable reaction unit 22 contains a plurality of reaction vessels 32, preferably each reaction vessel 32 is assigned its own temperature sensor 54, so that an individual temperature monitoring of several samples 38 in different reaction vessels is possible.

Anstelle der kontaktierenden Temperaturerfassung durch den Temperatursensor 54, wie in Fig. 4 dargestellt, kann der Temperatursensor alternativ auch für eine berührungslose Messung der Temperatur des Reaktionsgefäßes 32 bzw. der Probe 38 in dem Reaktionsgefäß 32 ausgebildet sein. Hinsichtlich der Technologie zur Temperaturerfassung ist die vorliegende Erfindung auf keine speziellen Ausführungsformen eingeschränkt.Instead of the contacting temperature detection by the temperature sensor 54, as in Fig. 4 As an alternative, the temperature sensor can also be designed for a non-contact measurement of the temperature of the reaction vessel 32 or the sample 38 in the reaction vessel 32. With respect to the temperature detection technology, the present invention is not limited to any specific embodiments.

Ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nun Bezug nehmend auf Fig. 5 erläutert, in der gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie in der oben beschriebenen Fig. 2 gekennzeichnet sind.A third embodiment of a device according to the invention will now be referred to Fig. 5 explained in the same components with the same reference numerals as in the above Fig. 2 Marked are.

Die in Fig. 5 dargestellte Vorrichtung unterscheidet sich von dem oben beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass zusätzlich zu der Temperiereinrichtung 40 eine Strahlungsquelle 60 als Wechselwirkungseinheit in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 vorgesehen ist. Im Übrigen entspricht dieses dritte Ausführungsbeispiel der ersten Ausführungsform von Fig. 2 und auf eine wiederholte Beschreibung gleicher bzw. entsprechender Komponenten wird verzichtet.In the Fig. 5 The apparatus shown differs from the first exemplary embodiment described above in that, in addition to the tempering device 40, a radiation source 60 is provided as an interaction unit in the exchangeable reaction unit 22. Incidentally, this third embodiment corresponds to the first embodiment of Fig. 2 and a repeated description of the same or corresponding components will be omitted.

Die Strahlungsquelle 60 ist neben dem Reaktionsgefäß 32 angeordnet, um eine entsprechende Strahlung auf die Probe 38 in dem Reaktionsgefäß 32 zu richten. Die Ansteuerung der Strahlungsquelle 60 erfolgt über eine erste Kopplungseinrichtung 62 der wechselbaren Reaktionseinheit 22, die über eine zweite Kopplungseinrichtung 63 mit einem entsprechenden Anschluss 64 des Basisgeräts 10 verbunden ist. Aufbau und Anordnung dieser Kopplungen 62 - 64 entsprechen grundsätzlich wieder jenen Möglichkeiten für die Temperiereinrichtung 40.The radiation source 60 is arranged next to the reaction vessel 32 in order to direct a corresponding radiation onto the sample 38 in the reaction vessel 32. The control of the radiation source 60 via a first coupling device 62 of the removable reaction unit 22, which via a second coupling device 63 with a corresponding terminal 64 of the base unit 10 is connected. The structure and arrangement of these couplings 62 - 64 basically correspond again to those possibilities for the tempering device 40.

Soll die Probe 38 in dem Reaktionsgefäß 32 nicht nur bestrahlt werden, sondern außerdem eine durch diese Bestrahlung bewirkte Reaktion der Probe 38 oder eine Eigenschaft der Probe 38 in Zusammenhang mit der jeweiligen Strahlung (z.B. Absorptionsvermögen, Transmissionsgrad) erfasst werden, so enthält die Vorrichtung ferner als weitere Wechselwirkungseinheit eine Detektionseinrichtung 66. Diese Detektionseinrichtung 66 ist an dem Basisgerät 10 oder einem Deckel des Basisgeräts 10 angeordnet und dient dem Erfassen von elektromagnetischer Strahlung, die von der Probe 38 in dem Reaktionsgefäß 32 selbst emittiert wird (z.B. aufgrund einer Anregung der Probe 38 durch die Bestrahlung mit der Strahlungsquelle 60) oder durch die Probe 38 hindurch gelassen wird. Grundsätzlich ist auch eine Kombination der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer externen Detektionseinrichtung möglich. Bei dieser Ausgestaltung befindet sich die Detektionseinrichtung nicht am Basisgerät selber, sondern liegt außerhalb an einem weiteren Gerät. Beispielsweise ist es möglich das Basisgerät an handelsüblichen Detektionseinrichtungen, wie Fluorometer, Photometer u. andere Laborgeräte anzuschließen.If the sample 38 in the reaction vessel 32 is not only to be irradiated, but also a reaction of the sample 38 caused by this irradiation or a property of the sample 38 in connection with the respective radiation (eg, absorptivity, transmittance) are detected, the apparatus further includes This detection device 66 is arranged on the base device 10 or a cover of the base device 10 and serves for detecting electromagnetic radiation emitted by the sample 38 in the reaction vessel 32 itself (eg due to excitation of the sample 38 by the irradiation with the radiation source 60) or through the sample 38. In principle, a combination of the device according to the invention with an external detection device is also possible. In this embodiment, the detection device is not located on the base unit itself, but is located outside of another device. For example, it is possible the base unit of commercially available detection devices, such as fluorometer, photometer u. connect other laboratory equipment.

In einem Ausführungsbeispiel enthält die Strahlungsquelle 60 zum Beispiel eine oder mehrere Leuchtdioden zur Fluoreszenzanregung der Probe 38 im Reaktionsgefäß 32 und die Detektionseinrichtung 66 weist entsprechende lichtempfindliche Elemente wie Halbleiterdetektoren oder Photodioden zur Aufnahme der von der Probe 38 emittierten Fluoreszenzsignale auf. In diesem Fall ist die Vorrichtung der Erfindung in vorteilhafter Weise zur Durchführung einer Realtime-PCR geeignet.For example, in one embodiment, the radiation source 60 includes one or more light emitting diodes for fluorescence excitation of the sample 38 in the reaction vessel 32, and the detection device 66 has corresponding photosensitive elements such as semiconductor detectors or photodiodes for receiving the fluorescence signals emitted by the sample 38. In this case, the device of the invention is advantageously suitable for performing a real-time PCR.

Das Reaktionsgefäß 32 ist in diesem dritten Ausführungsbeispiel selbstverständlich aus einem Material gefertigt, welches für die jeweilige Strahlung der Strahlungsquelle 60 bzw. der Probe 38 zumindest teilweise durchlässig ist; dies gilt zumindest für die der Strahlungsquelle 60 und dem Strahlungsdetektor 66 zugewandten Wandbereiche des Reaktionsgefäßes 32. Außerdem kann es von Vorteil sein, die obere und die seitlichen Wände des Reaktionsgefäßes 32, welche keiner der Wechselwirkungseinheiten 40, 60 und 68 zugewandt sind, mit reflektierenden Eigenschaften auszubilden bzw. zu versehen.The reaction vessel 32 is of course made in this third embodiment of a material which is at least partially permeable to the respective radiation of the radiation source 60 and the sample 38; This is true at least for the wall regions of the reaction vessel 32 facing the radiation source 60 and the radiation detector 66. It may also be advantageous to use the upper and the lateral walls of the reaction vessel 32, which none of the interaction units 40, 60 and 68, to provide reflective properties.

Falls die wechselbare Reaktionseinheit 22 mehrere Reaktionsgefäße 32 beinhaltet, kann entweder jedem Reaktionsgefäß 32 eine eigene Strahlungsquelle 60 und ein eigener Detektor 66 zugeordnet werden oder allen Reaktionsgefäßen 32 werden eine gemeinsame Strahlungsquelle 60 und ein gemeinsamer Detektor 66 zugeordnet. Als weitere Ausführungsform kann auch allen Reaktionsgefäßen 32 eine gemeinsame Strahlungsquelle 60, aber jedem Reaktionsgefäß 32 ein eigener Detektor 66 zugewiesen werden.If the exchangeable reaction unit 22 contains a plurality of reaction vessels 32, either a separate radiation source 60 and a separate detector 66 can be assigned to each reaction vessel 32, or all the reaction vessels 32 are assigned a common radiation source 60 and a common detector 66. As a further embodiment, a common radiation source 60 can be assigned to all reaction vessels 32, but a separate detector 66 can be assigned to each reaction vessel 32.

Ferner kann dieses dritte Ausführungsbeispiel natürlich auch mit dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kombiniert werden. D.h. die wechselbare Reaktionseinheit 22 kann als Wechselwirkungseinheit sowohl Temperatursensoren 54 als auch Strahlungsquellen 60 enthalten. Sofern die Probe auch ohne externe Bestrahlung durch die Strahlungsquelle 60 (z.B. allein durch thermische Wirkung) Strahlung emittiert, genügt in diesem Fall auch nur die Detektionseinrichtung 66 am Basisgerät 10 und auf die Strahlungsquelle 60 in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 kann verzichtet werden.Furthermore, this third embodiment, of course, with the in Fig. 4 illustrated embodiment are combined. That is, the exchangeable reaction unit 22 can contain both temperature sensors 54 and radiation sources 60 as an interaction unit. If the sample also emits radiation without external irradiation by the radiation source 60 (eg solely by thermal action), in this case only the detection device 66 on the base device 10 is sufficient and the radiation source 60 in the exchangeable reaction unit 22 can be dispensed with.

Unter Bezug auf Fig. 6 wird nun ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben, wobei gleiche Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie in der oben beschriebenen Fig. 2 gekennzeichnet sind.With reference to Fig. 6 Now, a fourth embodiment of a device according to the invention will be described in more detail, wherein like components with the same reference numerals as in the above described Fig. 2 Marked are.

Das Ausführungsbeispiel von Fig. 6 unterscheidet sich von dem obigen dritten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Detektionseinrichtung nicht am Basisgerät 10 vorgesehen ist, sondern als Wechselwirkungseinrichtung 68 ebenfalls in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 integriert ist. Die Messsignale und die Steuersignal dieser Detektionseinrichtung 68 werden mit dem Basisgerät 10 über eine erste Kopplungseinrichtung 70 der wechselbaren Reaktionseinheit 22, eine zweite Kopplungseinrichtung 71 im Aufnahmebereich 20 des Basisgeräts 10 und die Anschlüsse 72 im Basisgerät 10 kommuniziert. Aufbau und Anordnung der Kopplungseinrichtungen 62 bis 64 entsprechen grundsätzlich jenen für die Temperiereinrichtung 40, wobei für Detektionseinrichtungen speziell auch die berührungslosen Kopplungssysteme in vorteilhafter Weise eingesetzt werden können.The embodiment of Fig. 6 differs from the above third embodiment in that the detection device is not provided on the base unit 10, but is also integrated as an interaction device 68 in the removable reaction unit 22. The measuring signals and the control signal of this detection device 68 are communicated with the base unit 10 via a first coupling device 70 of the exchangeable reaction unit 22, a second coupling device 71 in the receiving area 20 of the base unit 10 and the connections 72 in the base unit 10. The structure and arrangement of the coupling devices 62 to 64 basically correspond to those for the tempering device 40, wherein for detection devices especially the non-contact coupling systems can be used in an advantageous manner.

Im Übrigen entspricht dieses vierte Ausführungsbeispiel dem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 5, wobei auch alle dort genannten Modifikationen und Varianten hier ebenfalls zur Anwendung kommen können.Incidentally, this fourth embodiment corresponds to the third embodiment of Fig. 5 although all the modifications and variants mentioned there can likewise be used here.

Fig. 7 zeigt als fünftes Ausführungsbeispiel eine Abwandlung des obigen vierten Ausführungsbeispiels von Fig. 6, wobei gleiche bzw. entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 6 gekennzeichnet sind. Fig. 7 shows as a fifth embodiment a modification of the above fourth embodiment of Fig. 6 , wherein the same or corresponding components with the same reference numerals as in Fig. 6 Marked are.

Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der in Fig. 6 dargestellten Vorrichtung dadurch, dass die Temperiereinrichtung 40 nicht in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 integriert ist, sondern dass die Temperiereinrichtung als weitere Wechselwirkungseinheit 74 im Aufnahmebereich 20 des Basisgeräts 10 vorgesehen ist. In diesem Fall wird die Temperiereinrichtung 74 natürlich direkt über die Anschlüsse 52 im Basisgerät 10 angesteuert und die erste und die zweite Kopplungseinrichtung 46, 50 können entfallen.This embodiment differs from that in FIG Fig. 6 shown device in that the tempering device 40 is not integrated in the removable reaction unit 22, but that the tempering is provided as a further interaction unit 74 in the receiving area 20 of the base unit 10. In this case, the tempering device 74 is of course controlled directly via the terminals 52 in the base unit 10 and the first and the second coupling device 46, 50 can be omitted.

Für die Temperiereinrichtung 74 gelten die gleichen Ausführungen analog, wie sie oben in Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 angegeben sind.For the tempering device 74, the same statements apply analogously, as above in connection with the first embodiment of Fig. 2 are indicated.

Diese Variante, bei der die Temperiereinrichtung 74 am Basisgerät 10 vorgesehen ist, kann selbstverständlich auch bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen von Fig. 4 und 5 umgesetzt werden.This variant, in which the tempering device 74 is provided on the base unit 10, can of course also in the above-described embodiments of 4 and 5 be implemented.

Ferner sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung natürlich alle hier gezeigten Ausführungsbeispiele in beliebiger Weise miteinander kombinierbar. Um die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen, muss nur wenigstens eine der Wechselwirkungseinheiten 40, 54, 60, 68 in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 integriert sein.Furthermore, in the context of the present invention, of course, all embodiments shown here can be combined with one another in any desired manner. To achieve the advantages of the present invention, only at least one of the interaction units 40, 54, 60, 68 need be integrated into the replaceable reaction unit 22.

Darüber hinaus sind im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der durch die anhängenden Ansprüche definiert ist, auch zahlreiche weitere Abwandlungen und Modifikationen möglich.Moreover, numerous other modifications and variations are possible within the scope of the present invention, which is defined by the appended claims.

So können zum Beispiel in Kombination mit der Strahlungsquelle 60 oder der Detektionseinrichtung 68 auch noch optische Filter in die wechselbare Reaktionseinheit 22 integriert werden. Ferner können in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 und in ihrem Reaktionsgefäß 32 auch gezielt optisch transparente oder undurchlässige Materialien eingesetzt werden, um die Strahlungswege gezielt zu beeinflussen und Hintergrund, Streulicht und dergleichen Störungen zu vermeiden.For example, in combination with the radiation source 60 or the detection device 68, optical filters can also be integrated into the exchangeable reaction unit 22. Furthermore, in the replaceable reaction unit 22 and in its reaction vessel 32, it is also possible to use optically transparent or impermeable materials in a targeted manner in order to influence the radiation paths in a targeted manner and to avoid background, stray light and the like.

Ferner ist in den obigen Ausführungsbeispielen der Temperatursensor 54 jeweils in der wechselbaren Reaktionseinheit 22 außerhalb des Reaktionsgefäßes 32 bzw. an seiner Außenwand angeordnet. Es ist ebenso denkbar, dass der Temperatursensor zur direkten Erfassung der Temperatur der Probe 38 im Reaktionsgefäß 32 in das Reaktionsgefäß hinein ragt.Further, in the above embodiments, the temperature sensor 54 is disposed respectively in the exchangeable reaction unit 22 outside of the reaction vessel 32 and on its outer wall, respectively. It is also conceivable that the temperature sensor for direct detection of the temperature of the sample 38 in the reaction vessel 32 projects into the reaction vessel.

Des Weiteren sind die Anzahlen der wechselbaren Reaktionseinheiten 22 und der Reaktionsgefäße 32 grundsätzlich beliebig wählbar. Üblicherweise werden Reaktionsgefäße in typischen Array-Formaten eingesetzt werden, d.h. zum Beispiel 8, 12, 24, 96, 384, 1536, 6144 Reaktionsgefäße.Furthermore, the numbers of exchangeable reaction units 22 and the reaction vessels 32 can basically be selected arbitrarily. Usually, reaction vessels will be used in typical array formats, i. for example 8, 12, 24, 96, 384, 1536, 6144 reaction vessels.

Auch wenn dies in den obigen Ausführungsbeispielen nicht explizit dargestellt ist, so können die Wechselwirkungseinheiten der wechselbaren Reaktionseinheit wahlweise auch in den Regelkreis der Vorrichtung integriert werden. Zum Beispiel kann so mittels des Temperatursensors die Temperiereinrichtung geregelt werden oder mittels anderer Detektionseinrichtungen Reaktionen in den Proben abgebrochen oder unterbrochen werden bzw. die diese Reaktionen auslösenden Maßnahmen (z.B. Energiezufuhr) beendet werden.Although not explicitly shown in the above embodiments, the interaction units of the exchangeable reaction unit can optionally also be integrated into the control loop of the device. For example, the tempering device can be regulated by means of the temperature sensor, or reactions in the samples can be interrupted or interrupted by means of other detection devices or the measures triggering these reactions (for example energy supply) can be terminated.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben können - je nach konkreter Ausführungsform - insbesondere die nachfolgend aufgelisteten Vorteile einzeln oder in verschiedenen Kombinationen erzielt werden:

  • Realisierung von hohen Temperiergeschwindigkeiten (Temperaturwechsel, Temperierraten)
  • sehr genaue Messung der Probentemperatur (durch Messung dicht an der Probe
  • genaue Regelung auf eine gewünschte Probentemperatur
  • sehr gute Homogenität der Temperatur in der Probe
  • individuelle Einstellung der Probenvolumina
  • Möglichkeit der Verwendung unterschiedlicher Formate (Probenvolumen, Probenzahl, Form, Größe, etc.) der wechselbaren Reaktionseinheit auf einem Basisgerät
  • Realisierung von Reaktionen in sehr kleinen Probenvolumina
  • sehr geringer Energieverbrauch (durch geringe thermische Masse)
  • höhere Messempfindlichkeiten bei der Detektion wie Fluoreszenzmessungen (durch kurze Lichtwege, weniger Übergänge, definierte geometrische Anordnung der Komponenten, kurze Toleranzketten)
  • Möglichkeit von Realtime-Messungen (auch bei kleinsten Probenvolumina)
  • Durchführung einer PCR mit erhöhter Spezifität, d.h. wenigen Nebenprodukten
  • zeitgleiche Messung mehrerer Proben in verschiedenen Reaktionsgefäßen (z.B. mit unterschiedlichen Wellenlängen oder Temperaturen)
  • einfaches und robustes System ohne bewegliche Teile
  • Wegfall zusätzlicher Maßnahmen (z.B. Heizdeckel) zur Kondensatvermeidung
With the device according to the invention for carrying out reactions in samples, depending on the specific embodiment, the advantages listed below can be achieved individually or in different combinations, in particular:
  • Realization of high tempering rates (temperature change, tempering rates)
  • very accurate measurement of the sample temperature (by measuring close to the sample
  • accurate control to a desired sample temperature
  • very good homogeneity of the temperature in the sample
  • individual adjustment of the sample volumes
  • Possibility of using different formats (sample volume, number of samples, shape, size, etc.) of the exchangeable reaction unit on a base unit
  • Realization of reactions in very small sample volumes
  • very low energy consumption (due to low thermal mass)
  • higher detection sensitivities such as fluorescence measurements (due to short light paths, fewer transitions, defined geometrical arrangement of the components, short tolerance chains)
  • Possibility of real-time measurements (even for the smallest sample volumes)
  • Performing a PCR with increased specificity, ie few by-products
  • Simultaneous measurement of several samples in different reaction vessels (eg with different wavelengths or temperatures)
  • simple and robust system without moving parts
  • Elimination of additional measures (eg heated lid) for condensate avoidance

Claims (15)

Vorrichtung zum Durchführen von Reaktionen in Proben, mit einem Basisgerät (10), das wenigstens einen Aufnahmebereich (20) für wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit (22) aufweist; und wenigstens einer wechselbaren Reaktionseinheit (22), die wenigstens ein Reaktionsgefäß (32) für eine Probe (38) aufweist und zum Platzieren in den Aufnahmebereich (20) des Basisgeräts (10) ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wechselbare Reaktionseinheit (22) wenigstens eine Einheit (40; 54; 60; 68) zur Wechselwirkung mit der Probe (38) in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß (32) sowie eine erste Kopplungseinrichtung (46; 56; 62; 70), die mit der Wechselwirkungseinheit verbunden ist, aufweist; und
dass das Basisgerät (10) eine zweite Kopplungseinrichtung (50; 57; 63; 71) zum Koppeln mit der ersten Kopplungseinrichtung (46; 56; 62; 70) der wechselbare Reaktionseinheit (22) zur Kopplung mit der Wechselwirkungseinheit (40; 54; 60; 68) aufweist.
Apparatus for performing reactions in samples, comprising a base unit (10) having at least one receiving area (20) for at least one replaceable reaction unit (22); and at least one exchangeable reaction unit (22) having at least one reaction vessel (32) for a sample (38) and designed to be placed in the receiving area (20) of the base unit (10),
characterized,
in that the exchangeable reaction unit (22) comprises at least one unit (40; 54; 60; 68) for interacting with the sample (38) in the at least one reaction vessel (32) and a first coupling device (46; 56; 62; 70) connected to the interaction unit comprises; and
in that the base unit (10) has a second coupling device (50; 57; 63; 71) for coupling to the first coupling device (46; 56; 62; 70) of the exchangeable reaction unit (22) for coupling to the interaction unit (40; 54; 60 68).
Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit (22) als Verbrauchsartikel ausgebildet ist.
Device according to claim 1,
characterized,
the at least one changeable reaction unit (22) is designed as a consumable item.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Wechselwirkungseinheit (40; 54; 60; 68) wenigstens eine Temperiereinrichtung (40) umfasst, die in thermischem Kontakt mit dem wenigstens einen Reaktionsgefäß (32) angeordnet ist, um die Probe (38) in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß (32) zu temperieren.
Apparatus according to claim 1 or 2,
characterized,
in that the at least one interaction unit (40; 54; 60; 68) comprises at least one tempering device (40) which is in thermal contact with the at least one reaction vessel (32) is arranged to temper the sample (38) in the at least one reaction vessel (32).
Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Temperiereinrichtung (40) ein Peltier-Element enthält.
Device according to claim 3,
characterized,
in that the at least one tempering device (40) contains a Peltier element.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Wechselwirkungseinheit (40; 54; 60; 68) wenigstens eine Einrichtung (60) zum Anregen einer Reaktion der Probe (38) in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß (32) umfasst.
Device according to one of claims 1 to 4,
characterized,
in that the at least one interaction unit (40; 54; 60; 68) comprises at least one means (60) for exciting a reaction of the sample (38) in the at least one reaction vessel (32).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Wechselwirkungseinheit (40; 54; 60; 68) wenigstens eine Einrichtung (54; 68) zum Detektieren einer physikalischen, chemischen und/oder biologischen Eigenschaft der Probe (38) in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß (32) umfasst.
Device according to one of claims 1 to 5,
characterized,
in that the at least one interaction unit (40; 54; 60; 68) comprises at least one means (54; 68) for detecting a physical, chemical and / or biological property of the sample (38) in the at least one reaction vessel (32).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine Wechselwirkungseinheit (40; 54; 60; 68) der wechselbaren Reaktionseinheit (22) in einen Regelkreis der Vorrichtung integriert ist.
Device according to one of claims 1 to 6,
characterized,
in that the at least one interaction unit (40; 54; 60; 68) of the exchangeable reaction unit (22) is integrated into a control circuit of the apparatus.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wechselbare Reaktionseinheit (22) bzw. das Reaktionsgefäß (32) zum Durchführen einer PCR und/oder einer Realtime-PCR ausgebildet ist.
Device according to one of claims 1 to 7,
characterized,
in that the replaceable reaction unit (22) or the reaction vessel (32) is designed to carry out a PCR and / or a real-time PCR.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass das wenigstens eine Reaktionsgefäß (32) zum Aufnehmen einer Probe (38) bei minimalem Gasvolumen ausgebildet ist.
Device according to one of claims 1 to 8,
characterized,
in that the at least one reaction vessel (32) is designed to receive a sample (38) with a minimum gas volume.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung wenigstens eine weitere Heizvorrichtung zur Kondensatvermeidung in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß (32) aufweist.
Device according to one of claims 1 to 8,
characterized,
that the device comprises a further heating device to avoid condensation in the at least one reaction vessel (32) at least.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Basisgerät (10) wenigstens eine weitere Einheit (66; 74) zur Wechselwirkung mit der Probe (38) in dem wenigstens einen Reaktionsgefäß (32) aufweist.
Device according to one of claims 1 to 10,
characterized,
in that the base unit (10) has at least one further unit (66; 74) for interaction with the sample (38) in the at least one reaction vessel (32).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung ferner eine Führungseinrichtung (24, 26) zur Positionierung der wechselbaren Reaktionseinheit (22) im Aufnahmebereich (20) des Basisgeräts (10) aufweist.
Device according to one of claims 1 to 11,
characterized,
in that the device furthermore has a guide device (24, 26) for positioning the exchangeable reaction unit (22) in the receiving region (20) of the base device (10).
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die wenigstens eine wechselbare Reaktionseinheit (22) ferner wenigstens eine Identifikationseinrichtung zum eindeutigen Identifizieren der wenigstens einen wechselbaren Reaktionseinheit (22) und/oder des wenigstens einen Reaktionsgefäßes (32) in der wechselbaren Reaktionseinheit aufweist.
Device according to one of claims 1 to 12,
characterized,
in that the at least one exchangeable reaction unit (22) furthermore has at least one identification device for uniquely identifying the at least one exchangeable reaction unit (22) and / or the at least one reaction vessel (32) in the exchangeable reaction unit.
Vorrichtung nach Anspruch 13,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Identifikationseinrichtung Bestandteil der Wechselwirkungseinheit ist.
Device according to claim 13,
characterized,
that the identification device is part of the interaction unit.
Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Wechselwirkungseinheit (40) eine Temperiereinrichtung mit einem Peltier-Element auf Siliziumbasis ist, in das eine Identifikationsfunktion integriert ist.
Device according to claim 14,
characterized,
in that the interaction unit (40) is a tempering device with a silicon-based Peltier element into which an identification function is integrated.
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