EP3653304B1 - Sample receptacle - Google Patents

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EP3653304B1
EP3653304B1 EP19212880.9A EP19212880A EP3653304B1 EP 3653304 B1 EP3653304 B1 EP 3653304B1 EP 19212880 A EP19212880 A EP 19212880A EP 3653304 B1 EP3653304 B1 EP 3653304B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
closure
section
sample container
closure element
housing
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.)
Active
Application number
EP19212880.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3653304A1 (en
Inventor
Daniel SIMONS
Dirk LEBER
Harald Quintel
Sasa Lazevski
Bruno Walder
Andreas Bretscher
Thomas Voit
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.)
Hombrechtikon Systems Engineering AG
Original Assignee
Hombrechtikon Systems Engineering AG
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 Hombrechtikon Systems Engineering AG filed Critical Hombrechtikon Systems Engineering AG
Publication of EP3653304A1 publication Critical patent/EP3653304A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3653304B1 publication Critical patent/EP3653304B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L3/00Containers or dishes for laboratory use, e.g. laboratory glassware; Droppers
    • B01L3/50Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes
    • B01L3/508Containers for the purpose of retaining a material to be analysed, e.g. test tubes rigid containers not provided for above
    • B01L3/5082Test tubes per se
    • B01L3/50825Closing or opening means, corks, bungs
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65DCONTAINERS FOR STORAGE OR TRANSPORT OF ARTICLES OR MATERIALS, e.g. BAGS, BARRELS, BOTTLES, BOXES, CANS, CARTONS, CRATES, DRUMS, JARS, TANKS, HOPPERS, FORWARDING CONTAINERS; ACCESSORIES, CLOSURES, OR FITTINGS THEREFOR; PACKAGING ELEMENTS; PACKAGES
    • B65D39/00Closures arranged within necks or pouring openings or in discharge apertures, e.g. stoppers
    • B65D39/06Balls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01LCHEMICAL OR PHYSICAL LABORATORY APPARATUS FOR GENERAL USE
    • B01L2300/00Additional constructional details
    • B01L2300/04Closures and closing means
    • B01L2300/041Connecting closures to device or container
    • B01L2300/045Connecting closures to device or container whereby the whole cover is slidable

Definitions

  • the invention relates to a sample container with a housing which forms a sample space for receiving a sample and has at least one circular opening, as well as with a spherical closure element.
  • sample containers are used in particular in biotechnological processes to process a biological sample or a sample containing biological material such as nucleic acids. They are used, for example, to replicate nucleic acids in vitro in amplification reactions such as a polymerase chain reaction (PCR).
  • PCR polymerase chain reaction
  • the sample containers serve to hold the sample containing the nucleic acid.
  • sample containers are known from the state of the art and are regularly used as disposable products in corresponding biotechnological processes such as PCR.
  • the sample containers are first filled with the sample, then sealed hermetically and finally fed into the PCR process.
  • High demands are placed on the sealing of the sample containers.
  • the sample containers must be reliably sealed so that the result of the PCR process is not affected by the unwanted entry or exit of sample material.
  • a large number of sample containers are regularly used in a PCR process and must be filled and sealed for this purpose. This should therefore be done as automatically as possible.
  • the sample containers must be cost-effective to produce, particularly because they are required in large numbers and are used as disposable products.
  • a sample container of this type is known in which one end of a cylindrical housing, which forms a sample chamber, is provided with a circular opening that extends into the sample chamber in the form of a channel.
  • the opening channel tapers shortly before the transition into the sample chamber and thereby forms a sealing seat for a spherical closure element. After the closure element has been placed on the sealing seat, it is fixed in place using a closure plug.
  • the EP 0 449 425 A2 The known sample container is a three-part system that is not only relatively complex and therefore expensive, but can also only be closed automatically with relatively great effort.
  • EP 0 264 181 A2 discloses a packaging container in which a spherical closure element can be inserted into an opening channel of a bottle.
  • the spherical closure element has elastic properties and can be fixed in the opening channel in a force-fitting manner in contact with the housing.
  • the opening channel of the bottle forms a projection on the outside opening which reduces the opening cross-section of the opening channel compared to the opening cross-section in which the closure element is fixed in a force-fitting manner for closing.
  • the diameter of the closure element is in the range from 16 to 25 mm.
  • the inner diameter of the opening channel has a dimension in the range from 13 to 14 mm. Due to this significant difference between the inner diameter of the opening channel and the diameter of the spherical closure element, longitudinal axial force components are generated to a not inconsiderable extent when the closure element is fixed in the opening channel in a force-fitting manner.
  • EP 0 503 867 A2 and US 2,367,883 A reveal a multi-part closure.
  • the invention was based on the object of specifying an improved sample container.
  • the sample container according to the invention should be inexpensive to manufacture and be able to be closed automatically with relatively little effort.
  • the sample container according to the invention should have a reliable sealing effect.
  • the essence of the invention lies in the sample container according to the EP 0 449 425 A2
  • the aim is to achieve the functions of sealing and fixing the closure element, which are achieved by two different functional elements, by only one functional element, namely the closure element itself.
  • This is achieved by clamping a spherical closure element in an opening channel of a housing of the sample container according to the invention in such a way that not only a good sealing effect but also a process-safe fixation can be achieved.
  • an additional closure plug for fixing the closure body can be dispensed with.
  • a sample container according to claim 1 is created.
  • the sample container has a housing that forms a sample space for receiving a sample and a circular opening that extends in the form of a channel into the sample space.
  • the sample container according to the invention also has a spherical closure element.
  • the (largest) diameter of the closure element is selected such that it exceeds the diameter of the opening channel in at least one (closure) section of the opening channel, but only to a degree that allows the closure element to be inserted into the closure section of the opening channel so far that the force-fitting fixation is achieved by contact of an area comprising the largest circumference of the closure element with the closure section.
  • the spherical closure element is in contact with the housing.
  • the opening channel between the closure section and the inside opening forms a (first) projection that reduces the opening cross section of the opening channel compared to the opening cross section in the closure section.
  • a one-piece closure is formed by the direct contact of the closure element with the housing.
  • the force-fitting fixation of the closure element by contact of an area comprising the largest circumference of the spherical closure element with the wall of the opening channel is important in order to achieve a secure fixation.
  • the resulting forces in this type of force-fitting fixation have no or only a relatively small (and thus negligible) force component in the longitudinal axial direction of the opening channel; rather, they are directed (largely) radially towards the center of the spherical closure element.
  • sufficient fixation and at the same time a good sealing effect can be achieved with only a relatively small (preferably elastic) deformation of the closure element and the wall of the opening channel.
  • a small deformation then requires only relatively small forces to introduce the closure element into the opening channel. This can simplify the automation of closing the sample container and also enable manual closing of the sample container.
  • the requirements for the materials used for the closure element and the housing are reduced, which keeps the manufacturing costs for the sample container low.
  • the sample container of the EP 0 449 425 A2 the diameter of the closure element exceeds the smallest diameter of the opening channel, but intentionally so much that a sealing seat is formed on which the closure element sits.
  • a sealing seat is well known in terms of its good sealing effect, but requires an additional closure element that generates sufficiently high forces in the longitudinal axial direction of the opening channel in order to press the spherical closure element into the sealing seat and thus achieve the desired sealing effect.
  • This longitudinal axial force component is also directed in such a way that - if it exceeds the frictional forces of the closure element with the opening channel in the area of the ball seat, for example due to an additional effect of excess pressure within the sample chamber - it lifts the closure element off the sealing seat, thus causing the sample container to open unintentionally.
  • An increase in the frictional forces without a simultaneous increase in the longitudinal axial force component is not possible, so that the EP 0 449 425 A2 known sample container cannot be securely closed without the additional sealing plug.
  • a ball that is softer than the housing can have advantages in terms of sealing. However, this advantage may be offset by disadvantages in terms of positioning (checking) and material selection.
  • a ball that is harder than the housing is easier to handle during insertion and enables easier positioning and position checking, but can bring with it the risk of overstretching the housing (up to the plastic range).
  • the opening channel between the closure section and the outside opening forms a (second or further) projection, which reduces the opening cross-section of the opening channel compared to the opening cross-section in the closure section.
  • a projection which can be formed, for example, in a (closed) ring shape or by one or more individual projections arranged next to one another, preferably in a ring shape, can be used in particular as a safety stop to prevent the closure element from accidentally coming loose from the closure section of the opening channel, for example as a result of an unexpectedly high pressure increase in the sample chamber, which can be caused, for example, by heating during the PCR process.
  • the closure element can - possibly after a slight displacement within the closure section of the opening channel - support itself on the projection, whereby a secure and, in particular, tight closure of the sample container can still be achieved.
  • the closure element Since the (second or further) projection must be passed by the closure element when closing the sample container, it can be designed in such a way that the closure element is inserted into the closure section by exerting a defined pressing force, which should not be so high that it causes damage to the closure element or the housing of the sample container as a result of excessive deformation, but greater than the maximum force to be expected due to an increase in pressure in the sample chamber.
  • the opening cross-section of the opening channel is larger in the region of the (second) projection than in the region of the first projection. This makes it possible to ensure that the force applied to press the closure element into the opening channel is sufficiently high for the closure element to pass the second projection, but not so high that it can also pass the first projection.
  • the distance between the first and the second closure element is dimensioned depending on the dimensions of the closure element such that a positioning tolerance of the closure element within the closure section of a maximum of 5 mm and in particular a maximum of 0.7 mm is given.
  • a displacement of the closure element over this maximum distance in particular due to an increase in pressure within the sample space, usually still leads to a tolerable change in the process conditions, for example of a PCR process.
  • the opening channel is cylindrical in the area of the closure section. This means that a substantially equal level of force-locking fixation and sealing effect is always achieved, regardless of the actual position of the closure element in the closure section.
  • the opening channel can be designed to be slightly conical (for example with an angle of inclination of 0.1 to 0.5°) in the closure section as well, which can facilitate demolding during casting and in particular injection molding of the housing.
  • the angle of inclination can be chosen to be so small that it has no significant (negative) influence on the fixation and sealing effect of the clamped closure element.
  • the housing of the sample container according to the invention can preferably be tubular (also stepped), with the opening being arranged at one (longitudinal) end of the housing. Furthermore, the housing can preferably be tapered at the second end, whereby even very small sample quantities can be easily concentrated in the sample space, which can facilitate the implementation of the biotechnological process, such as a PCR process.
  • the housing of the sample container is at least partially made of an optically transparent material.
  • the tapered end can be optically transparent, as this is preferably used to hold the sample.
  • the housing in the area that serves to hold the sample has a thinner wall thickness than (at least) a second area of the housing that forms the sample chamber.
  • a wall thickness that is as thin as possible can simplify the examination of the sample using optical methods, while a thicker wall thickness, in particular in a dead space in the sample chamber that is not filled with the sample, can prevent or reduce evaporation through the housing, which is preferably made of plastic.
  • the housing in the closure section of the opening channel is made of an (optically) transparent material.
  • This enables the position of the closure element in the closure section and also the sealing effect to be checked by optical means (also purely visual inspection).
  • optical means also purely visual inspection.
  • a change in the refractive index can be used, which is based on the fact that there is no total reflection of the light at the transition from a first solid (wall of the opening channel) to a second solid (closure element). inner wall, whereas when a solid (wall of the opening channel) changes to air, the inside of the opening channel partially reflects.
  • the housing can preferably form a shoulder to form a support surface.
  • the forces that are applied to press in the closure element can be supported on a holder that supports the sample container via this support surface.
  • the support surface can be formed at a point on the housing that is located near the closure section of the opening channel. This can prevent the forces from being transmitted via other sections of the housing, which may have thinner walls and are therefore more sensitive (in particular the wall of the housing surrounding the sample space).
  • the housing of the sample container, at least in the closure section of the opening channel, and the closure element itself are made of a material with an equally large coefficient of expansion. This prevents the pressure in the contact surface between the closure element and the wall of the opening channel from changing as a result of heating, for example during a PCR process, which could potentially change not only the fixation of the closure element but also its sealing effect to the same extent.
  • the closure element can be made of an electrically conductive material. This not only prevents electrostatic charging of the ball, which could make handling the sample container more difficult, but the conductivity can also allow contact-based or contactless, for example capacitive or inductive, detection of the position of the closure element within the opening channel and/or the sealing effects.
  • the closure element of the sample container according to the invention is made of a material that does not exhibit any inherent fluorescence. This can prevent a negative impact on monitoring of the biotechnological process, such as the PCR process, based on measuring the fluorescence of the sample.
  • the sample container can be provided with a predetermined breaking point at which the housing is split by a defined force.
  • This type of opening is suitable particularly for sample containers that are only to be used once (disposable sample container).
  • One advantage of this design of the sample container according to the invention can be that the process of opening it can be less complicated than removing the closure element fixed in the closure section of the opening channel, which is also possible.
  • a predetermined breaking point it is also possible to design the housing in two parts, with the two parts being connectable to one another, for example, via a plug or snap connection. To open the closed sample container, the housing can then be opened again at this connection point.
  • the sample container can also be opened by pushing the closure element into the sample chamber.
  • the sample chamber should have a larger cross-sectional area than the closure element in at least one section in order to be able to empty the sample chamber.
  • sample containers that are used as part of the respective biotechnological process should not be opened again.
  • the invention can also provide for the closure element to be additionally secured in the closure section, for example by welding it to the wall of the housing (e.g. by ultrasonic welding or thermal welding) with a suitable choice of material or by securing it in a form-fitting manner by flanging an upper edge of the housing.
  • the closure element can also provide for the closure element to be additionally secured in the closure section, for example by welding it to the wall of the housing (e.g. by ultrasonic welding or thermal welding) with a suitable choice of material or by securing it in a form-fitting manner by flanging an upper edge of the housing.
  • any other types of additional form-fitting, force-fitting or material-fitting fixation are possible.
  • sample container in a preferred embodiment, it can also be provided to provide a second closure section for a second closure element, with a second sample space being formed between the two closure elements. All further developments that were previously shown with regard to the first closure section and/or the first closure element can also be provided for the second closure section and/or the second closure element.
  • one bypass channel can be provided in the wall of the housing between the two closure sections of the sample container. This can serve to avoid an overpressure that would otherwise arise in the lower sample chamber as a result of the introduction of one closure element into the lower closure section and to upper sample material into the lower sample chamber by pressing down the upper closure element.
  • a method for preparing or processing a biological sample or a sample containing biological material such as nucleic acids in particular is described, in which the sample container according to the invention is used.
  • the sample container according to the invention is described in detail in the description and the claims. Reference is made to the corresponding disclosure.
  • the method can in particular be a biotechnological method such as an amplification method, in particular a PCR method.
  • the Fig.1 shows a sample container 1 according to the invention in a first embodiment.
  • the sample container 1 has a housing 2 which is designed with a largely cylindrical outer surface in a first (head section 3) and a second (middle section 4) section.
  • the outer surface has only a slight conical taper, which serves to make it easier to demold the plastic housing 2 after injection molding.
  • At the end of the middle section 4 opposite the head section 3 there is an end section 5 in which the housing 2 tapers and is thus tapered in a broader sense.
  • the housing 2 is made of an (optically) transparent material which enables the use of optical measuring elements in the context of a biotechnological process, such as a PCR process, in which the sample container 1 is to be used.
  • the housing 2 On the outside between the head section 3 and the middle section 4, the housing 2 forms a shoulder 6 which serves as a support surface via which the housing 2 can be attached to a sample container carrier 7 (cf. Fig.2 ) is supported.
  • a sample chamber is formed within the middle section 4 and the end section 5 of the housing 2, the wall thickness of the housing 2 being largely constant in these two sections, so that a largely cylindrical sample chamber section is formed within the middle section 4 and a conically tapered sample chamber section with a rounded tip is formed in the end section 5 of the housing 2.
  • An opening channel is formed in the head section 3 of the housing 2, which makes it possible to fill the sample container 1 with the sample to be examined.
  • the sample space is closed by inserting a spherical closure element 8.
  • the closure effect ie both the sealing and the fixing of the closure element 8 in the opening channel, is brought about by the largest outer diameter of the closure element 8 being slightly larger than the opening channel in a defined section (closure section 11) (cf. Fig.2 ) and the closure element 8 is thus clamped in the opening channel.
  • the opening channel is initially provided with an inlet bevel 9, which defines a relatively large opening cross-section (largest diameter: 4.5 mm) (in relation to the outer diameter of the closure element 8).
  • the inlet bevel 9 makes it easier to position the closure element 8 centrally (largest diameter: 4.1 mm to 4.2 mm).
  • the inlet bevel 9 merges into a first annular projection 10, which reduces the opening cross-section (diameter: 3.7 mm) of the opening channel in relation to the opening cross-section in the closure section of the opening channel (diameter: approx. 4.0 mm).
  • a force component
  • the force is so high that it causes a deformation of both the housing 2 in the area of the head section 3 and the closure element 8 itself, which allows the closure element 8 to pass the first projection 10 and be pushed into the closure section 11 of the opening channel.
  • the closure element 8 is fixed, i.e. clamped, in the closure section 11 by its larger (maximum) diameter compared to the diameter of the opening channel.
  • the forces are achieved by a (largely elastic) deformation of the housing 2 in the area of the closure section 11 and the closure element 8.
  • the reaction forces that act from the wall of the opening channel onto the ball - and vice versa - have no component in the longitudinal axial direction of the housing.
  • the closure element 8 is held securely after being introduced into the closure section 11, provided that no significant external forces act on it in the longitudinal axial direction of the housing 2.
  • the first projection 10, which must be passed by the closure element 8 when it is introduced into the closure section 11, serves on the one hand as an end stop which prevents the closure element 8 from being pushed out of the opening channel when excess pressure develops within the closed sample space, for example due to heating during a biotechnological process, such as a PCR process, and the sample container 1 thus opens unintentionally.
  • this projection 10 serves to generate a characteristic force curve when inserting the closure element 8, by means of which an actual insertion of the closure element 8 into the closure section 11 can be detected (in the manner of a snap-in).
  • the transition of the opening channel into the sample chamber of the housing 2 is designed as an annular shoulder.
  • This shoulder represents a second projection 12, which serves as an end stop for the closure element 8 and thus limits the closure section 11 of the opening channel on the side of the sample chamber.
  • the length of the closure section 11 of the opening channel is dimensioned such that the closure element 8 can be displaced over a certain distance x therein before it strikes one of the two projections 11, 12 (cf. Fig.3 ). In the present case, this distance is limited to a maximum of 0.7 mm, since experience has shown that with such a displacement of the closure element 8, the process parameters (in particular pressure, temperature) within the sample space change so little that no significant (negative) effects on the biotechnological process, such as the PCR process, are to be feared.
  • This positioning tolerance of the closure element 8 within the closure section 11 also has the advantage that relatively large tolerances can be specified when manufacturing the housing 2 and the closure element 8, which means that lower demands can be placed on the corresponding tools.
  • the Figures 4 to 6 show the use of a plunger 13 (in two embodiments) to push the closure element 8 into the opening channel.
  • the plunger 13 has an outer diameter of 3.6 mm (or smaller), which is thus smaller than the inner diameter of the opening channel in the area of the first projection 11.
  • the plunger 13 can thus be immersed in the opening channel.
  • the movement of the plunger should be precisely controllable in order to prevent it from pressing the closure element 8 against the second projection serving as an end stop with a force that could lead to damage to the housing 2 or the closure element 8.
  • the Figure 7a shows an example force curve (force F over the plunger path I) for a closing process using a plunger according to Fig.4 .
  • force F force over the plunger path I
  • a first section (a) of the force curve the force is almost zero; this section defines the displacement of the plunger 13 until it comes into contact with the closure element 8.
  • This is followed in a second section by a sharp increase in the force up to a first maximum value (b) (first extreme point of the curves) which is required to allow the closure element to pass the first projection 10.
  • This force drops down to a second extreme point (c) which defines the force (which then only increases slightly due to the slightly conical design of the opening channel, see section (d)) which is required to displace the ball in the closure section 11.
  • This force corresponds essentially to the force which results from the friction between the wall of the opening channel in the closure section 11 and the section of the closure element 8 which is in contact with it. If the closure process is carried out correctly, the application of force ends somewhere in section (d) of the Fig.7 .
  • the Fig. 7b shows a corresponding exemplary force curve for the use of a ram according to the Fig. 5 and 6 .
  • the force curve in sections (a) and (d) and in between corresponds to that of the Fig. 7a .
  • section (d) there is then a force increase (h), which is even stronger than in the course according to the Fig. 7a This is caused by the impact of the plunger 13 on the edge of the sample container 1.
  • the plunger 13 should then only be moved a relatively small distance further in order to avoid overloading the sample container 1 (or the To control the stroke of the ram, the force curve can be evaluated so that, for example, when the end of section (h) is reached, a (force) limit value is reached, which can, for example, lead to a ram drive being switched off.
  • a (force) limit value is reached, which can, for example, lead to a ram drive being switched off.
  • the further force progression is also shown in dashed lines, which leads to a break in the sample container due to overloading. This is marked by a continuation of section (h) (section (i)), at the end of which the break occurs. This is marked by a direct drop in the force to a level close to zero (section (k)).
  • the Fig. 20a to 20f show examples of deviations from the previously described "normal" force curves. From these deviations, the corresponding source of error can be deduced.
  • the deviating force curve is shown with a solid line, while the "normal" force curve is shown with a dashed line.
  • the Fig. 20a shows two different force curves where the dimensions or the material properties of the sample container in the area of the opening channel and/or the closure element are not correct.
  • Fig. 20b shows two different force curves where the vertical alignment of the locking element, ie the distance between the locking element and the plunger, is too small or too large. In the case of the different force curve according to the Fig.
  • the horizontal alignment is not correct, ie there is insufficient alignment of the longitudinal axes of the sample container and the plunger. This can lead to an obstruction of the movement of the closure element.
  • the Fig. 20d shows a different force curve, which occurs when the closure element is missing and the movement of the plunger takes place without significant force until a collision with the sample container.
  • the Fig. 20e The deviating force curve shown may occur if the contact surfaces of the closure element and/or the sample container do not meet the requirements.
  • Fig. 20f shows, however, a different force curve that can result from the breakage of a sample container.
  • the Fig. 8a and 8b show a second embodiment of a sample container 1, in which two closure elements 8 are fixed in a force-fitting manner in a common closure section 11 of the housing 2. This creates a second sample space between the two closure elements 8.
  • the corresponding design of the opening channel can - unlike the representation in the Fig.8 - any according to the embodiment according to the Figures 1 to 3 , ie in particular be provided with one or more projections.
  • a bypass channel 14 is also introduced into the wall of the housing.
  • the upper bypass channel 14 serves to prevent excess pressure in the two sample chambers
  • the lower bypass channel 14 is intended, however, to transfer a sample contained in the upper sample chamber into the lower sample chamber, for example as part of the PCR process, as is shown in the Fig. 8a is shown.
  • the lower closure element 8 is pushed by means of the upper closure element 8 into the section of the opening channel/sample chamber having the lower bypass channel 14, so that the sample can flow from the upper sample chamber via the lower bypass channel 14 past the lower closure element 8 into the lower sample chamber.
  • Fig. 9a to 9b show a sample container 1 in a further embodiment, in which it is intended to be opened again by the closure element 8 being pushed completely into the sample chamber up to the closed end by means of a plunger 13.
  • the sample liquid displaced in this way can flow out via a bypass channel 14 introduced into the wall of the housing 2 on one side and thus be removed from the sample container 1.
  • the Fig.10 shows a sample container 1 in which the housing 2 is provided with a varying wall thickness in the area of the sample chamber.
  • the housing 2 In the area of the sample chamber that holds the sample, the housing 2 has the smallest possible wall thickness of e.g. 0.2 to 0.3 mm.
  • a small wall thickness simplifies the examination of the sample using optical methods.
  • the wall thickness In a section of the sample chamber that forms a dead space (ie without a sample contained therein), the wall thickness is, however, thicker (e.g. twice as thick, e.g. 0.4 to 0.6 mm), which not only increases the mechanical stability of the housing 2, but also reduces evaporation of the sample through the housing 2.
  • FIGS 11 and 12 show individual components of an automated closing device (cf. Figure 17 ) which are to be used in a device for carrying out a PCR process (cf. Figure 18 ).
  • the Figure 11 a storage container 15 in which an elongated spiral guide 16 is arranged, which serves to receive and guide a plurality of closure elements 13 of a sample container 1.
  • the lower end of the guide 16 ends in an outlet opening, via which the closure elements of a closure unit 17, as partially shown in the Figure 12 shown.
  • the storage container 15, which can be sold as a filled disposable container, can be attached to the front end of the closing unit 17 for this purpose.
  • the closing unit 17 comprises an electric motor arranged in a housing 18, via which a drive disk 19 can be driven in rotation.
  • the drive disk 19 is provided with a bolt 20 in a decentralized manner, which is guided in an elongated hole 21 of a tappet guide 22.
  • the guidance of the bolt 20 in the elongated hole 21 translates the rotary movement of the drive disk 19 into a cyclical upward and downward movement of the tappet guide 22 including a tappet 13 attached to it, as is basically the case in the Figure 13 is shown.
  • a closure element 8 held in a transfer position is taken along and is guided via an outlet opening of the closure unit into the opening channel of a housing 2 of a sample container 1 arranged underneath (in the Fig. 13 not shown).
  • This embodiment can also be further developed in such a way that the cyclical movement of the plunger 13 is basically realized by a continuous rotation of the drive disk 19 and the drive motor only stops the movement and reverses its direction of movement when there is a risk of exceeding the permissible force.
  • the Fig. 14 shows a storage container 15a for a plurality of closure elements 8 in an alternative embodiment.
  • the essential differences to the storage container 15 according to the Fig. 11 are that, on the one hand, the closure elements 8 are stored unsorted in a storage space of the storage container 15a, ie as a bulk material, and, on the other hand, a plunger 13a is integrated for the individual dispensing of the closure elements 8 from the storage container 15a.
  • the bottom and wall surfaces of the storage container 15a are designed in such a way that the closure elements located at the bottom in the bulk material are fed to a dispensing channel 29, the inner diameter of which is only slightly larger than the outer diameter of the closure elements. This ensures that the closure elements are individually moved into a transfer position where they can be grasped and taken away by the plunger 13a.
  • the Fig. 15 shows the use of the storage container according to the Fig. 14 in combination with an alternative closing unit 17a (only partially shown).
  • a special feature of this combination is the use of a total of two plungers, firstly the plunger 13a integrated in the storage container 15a, which serves to individually dispense the closure elements 8 from the storage container, whereby these are placed on a sample container 1 located underneath.
  • a second plunger 13 integrated in the closing unit 17a serves to drive the closure element 8 previously placed on a (different) sample container 1 into the closure section of the opening channel of this sample container.
  • the main advantage of using two plungers is improved hygiene when the storage container 17a including the plunger 13a is used as a disposable container, which is thus disposed of after use.
  • the movements of the two tappets 13, 13a are coupled to one another.
  • the movement of the tappet 13 is thus transferred to the tappet 13a.
  • the tappet 13 itself is constructed in several parts and comprises a tappet element 31, which is axially displaceably mounted in the lower end of a base body 32 of the tappet 13.
  • the tappet element 31 is connected to a threaded pin 33, which is part of a force limiting unit, via a central bore with an internal thread.
  • the force limiting unit also comprises a spring 34 (cylindrical coil spring), which is preloaded by two contact plates 35.
  • the preload forces are supported by the upper support plate 35 and an annular projection of the tappet element 31 on corresponding contact surfaces of the base body 32.
  • the preload of the coil spring can be changed by the depth of screwing the threaded bolt 33 into the tappet element 31 and thus a limit value for the force exerted by the tappet element 31 on the closure element 8 can be set. As soon as this force is exceeded, the tappet stroke is (partially) compensated by the tappet element 13 moving back.
  • the Fig. 16 shows a closing unit 17b, which is functionally essentially the same as that of the Fig. 15 corresponds, but is structurally simpler.
  • a (mechanical) force limiting unit is not provided there, rather this is achieved electronically, by a corresponding control of a tappet drive.
  • the tappet element 31a is therefore axially immovably integrated in the base body 32a of the tappet 13 and also the bolt 30a for driving the tappet 13a of the
  • the storage container 15a is not spring-mounted.
  • the storage container 15a corresponds to that of the Fig. 15 .
  • the closing units 17, 17a, 17b and storage containers 15, 15a can be integrated into an automatic closing device 25 as shown in the Figure 17 is shown. There, the unit comprising the closing unit 17 and the storage container 15 can be moved along a first axis (in the transverse direction) via a linear drive 26.
  • the automatic closing device according to the Figure 17 is in turn integrated into a device for carrying out a PCR process according to Figure 18 integrated in such a way that the entire closing device 25 can be moved via a second linear drive 27 to a second axis (in the longitudinal direction) which is aligned perpendicular to the first axis (the travel axis of the linear drive 26 of the closing device).
  • the ability of the unit comprising the closing unit 17 and the storage container 15 to move in two axes aligned perpendicular to one another makes it possible to move a large number of housings 2 of sample containers 1, which are positioned in several rows in a total of three sample container carriers 7, and to close each one with a closure element 8.
  • the correct placement of the closure element 8 in the individual housings 2 is checked with the aid of a laser distance sensor (not shown).
  • the Fig. 19 shows in a schematic representation the possibility of releasably fixing the closure elements 8 in a conveyor belt (blister belt) 28 and of positioning them one after the other in the transfer position by moving the conveyor belt 28, from which they can then be introduced into the opening channel of a sample container 1 by means of a plunger 13.
  • the conveyor belt 28 has a base belt 36 provided with openings arranged at regular intervals, wherein in the area of each of the openings a closure element 8 rests on one side of the base belt 26 and is surrounded there by a holding band 37 and thus held.
  • the individual closure elements can be released from the conveyor belt 28 through the respective opening by means of the plunger 13 and driven into the opening channel of the sample container 1.

Description

Die Erfindung betrifft ein Probenbehältnis mit einem Gehäuse, das einen Probenraum zur Aufnahme einer Probe ausbildet und zumindest eine kreisförmige Öffnung aufweist, sowie mit einem kugelförmigen Verschlusselement.The invention relates to a sample container with a housing which forms a sample space for receiving a sample and has at least one circular opening, as well as with a spherical closure element.

Derartige Probenbehältnisse finden insbesondere im Rahmen von biotechnologischen Verfahren Anwendung, um eine biologische Probe bzw. eine biologisches Material wie bspw. Nukleinsäuren enthaltende Probe zu prozessieren. Sie werden beispielsweise dazu benutzt, im Rahmen von Amplifikationsreaktionen wie bspw. einer Polymerase-Kettenreaktion ("Polymerase Chain Reaction", PCR) Nukleinsäuren in vitro zu vervielfältigen. Die Probenbehältnisse dienen dabei der Aufnahme der die Nukleinsäure umfassenden Probe.Such sample containers are used in particular in biotechnological processes to process a biological sample or a sample containing biological material such as nucleic acids. They are used, for example, to replicate nucleic acids in vitro in amplification reactions such as a polymerase chain reaction (PCR). The sample containers serve to hold the sample containing the nucleic acid.

Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl unterschiedlicher Probenbehältnisse bekannt, die im Rahmen von entsprechenden biotechnologischen Verfahren wie bspw. der PCR regelmäßig als Einwegprodukte verwendet werden. Die Probenbehältnisse werden dabei zunächst mit der Probe befüllt, dann luftdicht verschlossen und schließlich dem PCR-Prozess zugeführt. An das Verschließen der Probenbehältnisse werden dabei hohe Anforderungen gestellt. Zum einen müssen die Probenbehältnisse zuverlässig dicht verschlossen werden, um das Ergebnis des PCR-Prozesses nicht durch den ungewollten Ein- oder Austritt von Probenmaterial zu beeinträchtigen. Zum anderen werden im Rahmen eines PCR-Prozesses regelmäßig eine Vielzahl von Probenbehältnissen verwendet, die hierzu befüllt und verschlossen werden müssen. Dies sollte daher möglichst automatisiert erfolgen. Weiterhin müssen die Probenbehältnisse kostengünstig herstellbar sein, insbesondere weil sie in großer Anzahl benötigt werden und als Einwegprodukte zum Einsatz kommen.A large number of different sample containers are known from the state of the art and are regularly used as disposable products in corresponding biotechnological processes such as PCR. The sample containers are first filled with the sample, then sealed hermetically and finally fed into the PCR process. High demands are placed on the sealing of the sample containers. On the one hand, the sample containers must be reliably sealed so that the result of the PCR process is not affected by the unwanted entry or exit of sample material. On the other hand, a large number of sample containers are regularly used in a PCR process and must be filled and sealed for this purpose. This should therefore be done as automatically as possible. Furthermore, the sample containers must be cost-effective to produce, particularly because they are required in large numbers and are used as disposable products.

Aus der EP 0 449 425 A2 ist ein gattungsgemäßes Probenbehältnis bekannt, bei dem ein Ende eines zylindrischen Gehäuses, das einen Probenraum ausbildet, mit einer kreisförmigen Öffnung versehen ist, die sich kanalförmig in den Probenraum erstreckt. Der Öffnungskanal verjüngt sich kurz vor dem Übergang in den Probenraum und bildet dadurch einen Dichtungssitz für ein kugelförmiges Verschlusselement aus. Nach dem Aufsetzen des Verschlusselements auf den Dichtungssitz wird dieses mittels eines Verschlussstopfens fixiert.From the EP 0 449 425 A2 A sample container of this type is known in which one end of a cylindrical housing, which forms a sample chamber, is provided with a circular opening that extends into the sample chamber in the form of a channel. The opening channel tapers shortly before the transition into the sample chamber and thereby forms a sealing seat for a spherical closure element. After the closure element has been placed on the sealing seat, it is fixed in place using a closure plug.

Das aus der EP 0 449 425 A2 bekannte Probenbehältnis ist als dreiteiliges System nicht nur relativ aufwendig und somit teuer sondern auch nur unter relativ großem Aufwand automatisiert verschließbar.The EP 0 449 425 A2 The known sample container is a three-part system that is not only relatively complex and therefore expensive, but can also only be closed automatically with relatively great effort.

EP 0 264 181 A2 offenbart einen Verpackungsbehälter, bei dem ein kugelförmiges Verschlusselement in einen Öffnungskanal einer Flasche eingeführt werden kann. Das kugelförmige Verschlusselement weist elastische Eigenschaften auf und kann in Kontakt mit dem Gehäuse in dem Öffnungskanal kraftschlüssig fixiert werden. Der Öffnungskanal der Flasche bildet an der außenseitigen Öffnung einen Vorsprung aus, der den Öffnungsquerschnitt des Öffnungskanals gegenüber dem Öffnungsquerschnitt, in dem das Verschlusselement zum Verschließen kraftschlüssig fixiert wird, verkleinert. In Bezug auf die Deformation des kugelförmigen Verschlusselements wird ausgeführt, dass der Durchmesser des Verschlusselements im Bereich von 16 bis 25 mm liegt. Der Innendurchmesser des Öffnungskanals weist eine Abmessung im Bereich von 13 bis 14 mm auf. Durch diesen deutlichen Unterschied zwischen dem Innendurchmesser des Öffnungskanals und dem Durchmesser des kugelförmigen Verschlusselements werden bei einer kraftschlüssigen Fixierung des Verschlusselements im Öffnungskanal längsaxiale Kraftkomponenten in nicht unerheblichem Umfang erzeugt. EP 0 264 181 A2 discloses a packaging container in which a spherical closure element can be inserted into an opening channel of a bottle. The spherical closure element has elastic properties and can be fixed in the opening channel in a force-fitting manner in contact with the housing. The opening channel of the bottle forms a projection on the outside opening which reduces the opening cross-section of the opening channel compared to the opening cross-section in which the closure element is fixed in a force-fitting manner for closing. With regard to the deformation of the spherical closure element, it is stated that the diameter of the closure element is in the range from 16 to 25 mm. The inner diameter of the opening channel has a dimension in the range from 13 to 14 mm. Due to this significant difference between the inner diameter of the opening channel and the diameter of the spherical closure element, longitudinal axial force components are generated to a not inconsiderable extent when the closure element is fixed in the opening channel in a force-fitting manner.

EP 0 503 867 A2 und US 2,367,883 A offenbaren einen mehrteiligen Verschluss. EP 0 503 867 A2 and US 2,367,883 A reveal a multi-part closure.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Probenbehältnis anzugeben. Insbesondere sollte das erfindungsgemäße Probenbehältnis kostengünstig herstellbar und unter relativ geringem Aufwand automatisiert verschließbar sein. Gleichzeitig sollte das erfindungsgemäße Probenbehältnis eine zuverlässige Dichtwirkung haben.The invention was based on the object of specifying an improved sample container. In particular, the sample container according to the invention should be inexpensive to manufacture and be able to be closed automatically with relatively little effort. At the same time, the sample container according to the invention should have a reliable sealing effect.

Diese Aufgabe wird durch ein Probenbehältnis gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This object is achieved by a sample container according to independent patent claim 1. Advantageous further developments are the subject of the dependent patent claims and emerge from the following description of the invention.

Der Kern der Erfindung liegt darin, die bei dem Probenbehältnis gemäß der EP 0 449 425 A2 von zwei verschiedenen Funktionselementen bewirkten Funktionen des Abdichtens sowie der Fixierung des Verschlusselements durch lediglich ein Funktionselement, nämlich das Verschlusselement selbst, zu bewirken. Dies wird dadurch erreicht, dass ein kugelförmiges Verschlusselement so in einem Öffnungskanal eines Gehäuses des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses geklemmt wird, das nicht nur eine gute Dichtwirkung sondern auch eine prozesssichere Fixierung erreicht werden kann. Dadurch kann - anders als bei dem aus der EP 0 449 425 A2 bekannten Probenbehältnis - auf einen zusätzlichen Verschlussstopfen zur Fixierung des Verschlusskörpers verzichtet werden.The essence of the invention lies in the sample container according to the EP 0 449 425 A2 The aim is to achieve the functions of sealing and fixing the closure element, which are achieved by two different functional elements, by only one functional element, namely the closure element itself. This is achieved by clamping a spherical closure element in an opening channel of a housing of the sample container according to the invention in such a way that not only a good sealing effect but also a process-safe fixation can be achieved. In this way - unlike the EP 0 449 425 A2 known sample container - an additional closure plug for fixing the closure body can be dispensed with.

Ein Probenbehältnis gemäß Anspruch 1 wird geschaffen. Das Probenbehältnis weist ein Gehäuse auf, das einen Probenraum zur Aufnahme einer Probe und eine kreisförmige Öffnung ausbildet, die sich kanalförmig in den Probenraum erstreckt. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Probenbehältnis ein kugelförmiges Verschlusselement auf. Der (größte) Durchmesser des Verschlusselements ist so gewählt, dass dieser den Durchmesser des Öffnungskanals in zumindest einem (Verschluss-)Abschnitt des Öffnungskanals übersteigt, jedoch nur mit einem Maß, das es erlaubt, das Verschlusselement so weit in den Verschlussabschnitt des Öffnungskanals einzubringen, dass die kraftschlüssige Fixierung durch einen Kontakt eines den größten Umfang des Verschlusselements umfassenden Bereichs mit dem Verschlussabschnitt erreicht wird. Das kugelförmige Verschlusselement ist in Kontakt mit dem Gehäuse. Ferner bildet der Öffnungskanal zwischen dem Verschlussabschnitt und der innenseitigen Öffnung einen (ersten) Vorsprung aus, der den Öffnungsquerschnitt des Öffnungskanals gegenüber dem Öffnungsquerschnitt im Verschlussabschnitt verkleinert. Durch den direkten Kontakt des Verschlusselements mit dem Gehäuse ist ein einteiliger Verschluss ausgebildet. Durch die Ausbildung eines einteiligen Verschlusselements und die Ausgestaltung des Öffnungskanals mit dem (ersten) Vorsprung kann eine kostengünstige Herstellung des Probenbehältnisses mit Verschlusselement erreicht werden, das mit relativ geringem Aufwand automatisiert verschließbar ist, wobei eine zuverlässige Dichtwirkung vorliegt. Der (erste) Vorsprung kann als Endanschlag dienen, der verhindert, dass das Verschlusselement beim Einbringen über den Verschlussabschnitt hinaus in den Probenraum gedrückt wird.A sample container according to claim 1 is created. The sample container has a housing that forms a sample space for receiving a sample and a circular opening that extends in the form of a channel into the sample space. The sample container according to the invention also has a spherical closure element. The (largest) diameter of the closure element is selected such that it exceeds the diameter of the opening channel in at least one (closure) section of the opening channel, but only to a degree that allows the closure element to be inserted into the closure section of the opening channel so far that the force-fitting fixation is achieved by contact of an area comprising the largest circumference of the closure element with the closure section. The spherical closure element is in contact with the housing. Furthermore, the opening channel between the closure section and the inside opening forms a (first) projection that reduces the opening cross section of the opening channel compared to the opening cross section in the closure section. A one-piece closure is formed by the direct contact of the closure element with the housing. By forming a one-piece closure element and designing the opening channel with the (first) projection, a cost-effective production of the sample container with closure element can be achieved, which can be closed automatically with relatively little effort, while providing a reliable sealing effect. The (first) projection can serve as an end stop that prevents the closure element from being pushed beyond the closure section into the sample space when it is inserted.

Die kraftschlüssige Fixierung des Verschlusselements durch einen Kontakt eines den größten Umfang des kugelförmigen Verschlusselements umfassenden Bereichs mit der Wand des Öffnungskanals ist wichtig, um einen sichere Fixierung zu erreichen. Die resultierenden Kräfte bei dieser Art der kraftschlüssigen Fixierung weisen nämlich keine oder nur eine verhältnismäßig kleine (und damit vernachlässigbare) Kraftkomponente in längsaxialer Richtung des Öffnungskanals auf; vielmehr sind diese (weitgehend) radial in Richtung des Zentrums des kugelförmigen Verschlusselements gerichtet. Dadurch kann mit einer nur relativ kleinen (vorzugsweise elastischen) Deformation des Verschlusselements und der Wand des Öffnungskanals eine ausreichende Fixierung und gleichzeitig eine gute Dichtwirkung erzeugt werden. Eine geringe Deformation erfordert dann auch nur relativ geringe Kräfte zum Einbringen des Verschlusselements in den Öffnungskanal. Dies kann die Automatisierung des Verschließens des Probenbehältnisses vereinfachen und auch ein manuelles Verschließen des Probenbehältnisses ermöglichen. Zudem werden die Anforderungen an die für das Verschlusselement und das Gehäuse verwendeten Werkstoffe reduziert, wodurch die Herstellungskosten für das Probenbehältnis gering gehalten werden können.The force-fitting fixation of the closure element by contact of an area comprising the largest circumference of the spherical closure element with the wall of the opening channel is important in order to achieve a secure fixation. The resulting forces in this type of force-fitting fixation have no or only a relatively small (and thus negligible) force component in the longitudinal axial direction of the opening channel; rather, they are directed (largely) radially towards the center of the spherical closure element. As a result, sufficient fixation and at the same time a good sealing effect can be achieved with only a relatively small (preferably elastic) deformation of the closure element and the wall of the opening channel. A small deformation then requires only relatively small forces to introduce the closure element into the opening channel. This can simplify the automation of closing the sample container and also enable manual closing of the sample container. In addition, the requirements for the materials used for the closure element and the housing are reduced, which keeps the manufacturing costs for the sample container low.

Bei dem Probenbehältnis der EP 0 449 425 A2 übersteigt der Durchmesser des Verschlusselements den kleinsten Durchmesser des Öffnungskanals zwar auch, jedoch bewusst so weit, dass ein Dichtungssitz ausgebildet wird, auf dem das Verschlusselement aufsitzt. Ein solcher Dichtungssitz ist zwar hinsichtlich seiner guten Dichtwirkung hinlänglich bekannt, benötigt jedoch ein zusätzliches Verschlusselement, das ausreichend hohe Kräfte in längsaxialer Richtung des Öffnungskanals erzeugt, um das kugelförmige Verschlusselement in den Dichtungssitz zu pressen und damit die gewünschte Dichtwirkung zu erreichen. Wenn diese Kräfte so hoch sind, dass es zu einer technisch relevanten elastischen Deformation des Verschlusselements oder der Wandung des Öffnungskanals kommt, kann auch bei dem Probenbehältnis gemäß der EP 0 449 425 A2 - wenn auch in geringem Maße - eine kraftschlüssige Fixierung erreicht werden, diese weist jedoch, da sie nicht am größten Umfang des kugelförmigen Verschlusselements angreift, stets eine Komponente in längsaxialer Richtung des Öffnungskanals auf. Diese längsaxiale Kraftkomponente ist zudem so gerichtet, dass sie - sofern sie die Reibungskräfte des Verschlusselements mit dem Öffnungskanal im Bereich des Kugelsitzes übersteigt, beispielsweise durch eine zusätzliche Einwirkung eines innerhalb des Probenraums herrschenden Überdrucks - das Verschlusselement von dem Dichtungssitz abhebt, das Probenbehältnis sich somit ungewollt öffnet. Eine Erhöhung der Reibungskräfte ohne gleichzeitige Erhöhung der längsaxialen Kraftkomponente ist nicht möglich, so dass das aus der EP 0 449 425 A2 bekannte Probenbehältnis nicht ohne den zusätzlichen Verschlussstopfen sicher verschlossen werden kann.The sample container of the EP 0 449 425 A2 the diameter of the closure element exceeds the smallest diameter of the opening channel, but intentionally so much that a sealing seat is formed on which the closure element sits. Such a sealing seat is well known in terms of its good sealing effect, but requires an additional closure element that generates sufficiently high forces in the longitudinal axial direction of the opening channel in order to press the spherical closure element into the sealing seat and thus achieve the desired sealing effect. If these forces are so high that a technically relevant elastic deformation of the closure element or the wall of the opening channel occurs, the sample container according to the EP 0 449 425 A2 - albeit to a small extent - a force-locking fixation can be achieved, however, since it does not act on the largest circumference of the spherical closure element, this always has a component in the longitudinal axial direction of the opening channel. This longitudinal axial force component is also directed in such a way that - if it exceeds the frictional forces of the closure element with the opening channel in the area of the ball seat, for example due to an additional effect of excess pressure within the sample chamber - it lifts the closure element off the sealing seat, thus causing the sample container to open unintentionally. An increase in the frictional forces without a simultaneous increase in the longitudinal axial force component is not possible, so that the EP 0 449 425 A2 known sample container cannot be securely closed without the additional sealing plug.

Die Wahl der Werkstoffe sowie der Abmessungen des Verschlusselements und des Gehäuses im Bereich des Verschlussabschnitts kann gezielt hinsichtlich des gewünschten Deformationsverhaltens erfolgen. Eine im Vergleich zum dem Gehäuse weiche Kugel (die sich somit deutlich mehr verformt als das Gehäuse) kann Vorteile bei der Dichtwirkung haben. Diesem Vorteil stehen jedoch gegebenenfalls Nachteile bei der Positionierung(süberprüfung) und der Werkstoffauswahl gegenüber. Eine im Vergleich zum Gehäuse harte Kugel lässt sich dagegen gut beim Einbringen handhaben und ermöglicht eine einfachere Positionierung und Positionsüberprüfung, kann jedoch das Risiko einer Überdehnung des Gehäuses (bis in den plastischen Bereich hinein) mit sich bringen.The choice of materials and dimensions of the closure element and the housing in the area of the closure section can be made specifically with regard to the desired deformation behavior. A ball that is softer than the housing (which therefore deforms significantly more than the housing) can have advantages in terms of sealing. However, this advantage may be offset by disadvantages in terms of positioning (checking) and material selection. A ball that is harder than the housing, on the other hand, is easier to handle during insertion and enables easier positioning and position checking, but can bring with it the risk of overstretching the housing (up to the plastic range).

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses kann vorgesehen sein, dass der Öffnungskanal zwischen dem Verschlussabschnitt und der außenseitigen Öffnung einen (zweiten bzw. weiteren) Vorsprung ausbildet, der den Öffnungsquerschnitt des Öffnungskanals gegenüber dem Öffnungsquerschnitt in dem Verschlussabschnitt verkleinert. Ein solcher Vorsprung, der beispielsweise (geschlossen) ringförmig oder auch durch einen oder mehrere, vorzugsweise ringförmig nebeneinander angeordnete Einzelvorsprünge ausgebildet werden kann, kann insbesondere dazu dienen, als Sicherungsanschlag ein ungewolltes Lösen des Verschlusselements aus dem Verschlussabschnitt des Öffnungskanals, beispielsweise in Folge einer unerwartet hohen Druckerhöhung in dem Probenraum, die beispielsweise durch ein Erwärmen im Rahmen des PCR-Prozesses begründet sein kann, zu verhindern. Sollte die Druckerhöhung innerhalb des Probenraums so groß werden, dass die kraftschlüssige Verbindung des in dem Verschlussabschnitt gehaltenen Verschlusselements überwunden wird, so kann sich das Verschlusselement - gegebenenfalls nach einer geringfügigen Verschiebung innerhalb des Verschlussabschnitts des Öffnungskanals - an dem Vorsprung abstützen, wodurch weiterhin ein sicheres und insbesondere dichtes Verschließen des Probenbehältnisses erreicht werden kann.In a preferred embodiment of the sample container according to the invention, it can be provided that the opening channel between the closure section and the outside opening forms a (second or further) projection, which reduces the opening cross-section of the opening channel compared to the opening cross-section in the closure section. Such a projection, which can be formed, for example, in a (closed) ring shape or by one or more individual projections arranged next to one another, preferably in a ring shape, can be used in particular as a safety stop to prevent the closure element from accidentally coming loose from the closure section of the opening channel, for example as a result of an unexpectedly high pressure increase in the sample chamber, which can be caused, for example, by heating during the PCR process. If the pressure increase within the sample chamber becomes so great that the force-fit connection of the closure element held in the closure section is overcome, the closure element can - possibly after a slight displacement within the closure section of the opening channel - support itself on the projection, whereby a secure and, in particular, tight closure of the sample container can still be achieved.

Da der (zweite bzw. weitere) Vorsprung beim Verschließen des Probenbehältnisses von dem Verschlusselement passiert werden muss, kann vorgesehen sein, diesen so zu dimensionieren, dass das Einbringen des Verschlusselements in den Verschlussabschnitt unter Ausübung einer definierten Einpresskraft erfolgt, die nicht so hoch bemessen sein sollte, dass dies zu einer Beschädigung des Verschlusselements oder des Gehäuses des Probenbehältnisses in Folge einer zu großen Deformation kommt, jedoch größer als die maximal zu erwartende, in einer Druckerhöhung im Probenraum begründete Kraft.Since the (second or further) projection must be passed by the closure element when closing the sample container, it can be designed in such a way that the closure element is inserted into the closure section by exerting a defined pressing force, which should not be so high that it causes damage to the closure element or the housing of the sample container as a result of excessive deformation, but greater than the maximum force to be expected due to an increase in pressure in the sample chamber.

Es ist vorzugsweise auch vorgesehen, dass der Öffnungsquerschnitt des Öffnungskanals im Bereich des (zweiten) Vorsprungs größer als im Bereich des ersten Vorsprungs ist. Dadurch kann erreicht werden, dass die Kraft, die zum Einpressen des Verschlusselements in den Öffnungskanal aufgebracht wird, ausreichend hoch ist, dass das Verschlusselement den zweiten Vorsprung passiert, jedoch nicht so hoch ist, dass dieses auch den ersten Vorsprung passieren kann.It is also preferably provided that the opening cross-section of the opening channel is larger in the region of the (second) projection than in the region of the first projection. This makes it possible to ensure that the force applied to press the closure element into the opening channel is sufficiently high for the closure element to pass the second projection, but not so high that it can also pass the first projection.

In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses kann zudem vorgesehen sein, dass die Distanz zwischen dem ersten und dem zweiten Verschlusselement in Abhängigkeit von den Abmessungen des Verschlusselements so bemessen wird, dass eine Positionierungstoleranz des Verschlusselements innerhalb des Verschlussabschnitts von maximal 5 mm und insbesondere von maximal 0,7 mm gegeben ist. Dies bedeutet, dass das Verschlusselement lediglich über diese Distanz zwischen den beiden Vorsprüngen verschiebbar ist. Eine Verschiebung des Verschlusselements über diese Maximaldistanz, insbesondere aufgrund einer Druckerhöhung innerhalb des Probenraums, führt in der Regel noch zu einer tolerierbaren Veränderung der Prozessbedingungen bspw. eines PCR-Prozesses. Gleichzeitig kann vermieden werden, dass eine höhere Toleranz zur Fertigung des Probenbehältnisses eingehalten werden muss, die diese verteuern könnte.In a further preferred embodiment of the sample container according to the invention, it can also be provided that the distance between the first and the second closure element is dimensioned depending on the dimensions of the closure element such that a positioning tolerance of the closure element within the closure section of a maximum of 5 mm and in particular a maximum of 0.7 mm is given. This means that the closure element can only be moved over this distance between the two projections. A displacement of the closure element over this maximum distance, in particular due to an increase in pressure within the sample space, usually still leads to a tolerable change in the process conditions, for example of a PCR process. At the same time, it can be avoided that a higher tolerance for the production of the sample container has to be maintained, which could make it more expensive.

Der Öffnungskanal ist im Bereich des Verschlussabschnitts zylindrisch ausgebildet ist. Dadurch wird unabhängig von der tatsächlichen Position des Verschlusselements in dem Verschlussabschnitt stets eine im Wesentlichen gleich hohe kraftschlüssige Fixierung und Dichtwirkung erreicht. Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, den Öffnungskanal (auch) im Verschlussabschnitt geringfügig konisch (beispielsweise mit einer Neigungswinkel von 0,1 bis 0,5°) auszubilden, der ein Entformen beim Gießen und insbesondere Spritzgießen des Gehäuses erleichtern kann. Der Neigungswinkel kann so gering gewählt sein, dass dieser keinen wesentlichen (negativen) Einfluss auf die Fixierung und Dichtwirkung des geklemmten Verschlusselements hat.The opening channel is cylindrical in the area of the closure section. This means that a substantially equal level of force-locking fixation and sealing effect is always achieved, regardless of the actual position of the closure element in the closure section. If necessary, the opening channel can be designed to be slightly conical (for example with an angle of inclination of 0.1 to 0.5°) in the closure section as well, which can facilitate demolding during casting and in particular injection molding of the housing. The angle of inclination can be chosen to be so small that it has no significant (negative) influence on the fixation and sealing effect of the clamped closure element.

Das Gehäuse des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses kann vorzugsweise (auch abgestuft) rohrförmig ausgebildet sein, wobei die Öffnung an einem (längsaxialen) Ende des Gehäuses angeordnet ist. Weiterhin vorzugsweise kann das Gehäuse an dem zweiten Ende spitz zulaufend ausgebildet sein, wodurch auch sehr geringe Probenmengen gut in dem Probenraum konzentriert werden können, was die Durchführung des biotechnologischen Verfahrens, wie bspw. eines PCR-Prozesses erleichtern kann.The housing of the sample container according to the invention can preferably be tubular (also stepped), with the opening being arranged at one (longitudinal) end of the housing. Furthermore, the housing can preferably be tapered at the second end, whereby even very small sample quantities can be easily concentrated in the sample space, which can facilitate the implementation of the biotechnological process, such as a PCR process.

Um eine Untersuchung der Probe mittels optischer Methoden (auch reine Sichtprüfung) zu ermöglichen, kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Gehäuse des Probenbehältnisses zumindest teilweise aus einem optisch transparenten Werkstoff ausgebildet ist. Insbesondere das spitz zulaufende Ende kann dabei optisch transparent ausgebildet sein, da dieses vorzugsweise der Aufnahme der Probe dient.In order to enable the sample to be examined using optical methods (including purely visual inspection), it can also be provided that the housing of the sample container is at least partially made of an optically transparent material. In particular, the tapered end can be optically transparent, as this is preferably used to hold the sample.

Weiterhin vorzugsweise kann vorgesehen sein, das Gehäuse in dem Bereich, das der Aufnahme der Probe dient, mit einer geringeren Wandstärke auszuführen als (zumindest) einen zweiten Bereich des den Probenraum bildenden Gehäuses. Eine möglichst dünne Wandstärke kann die Untersuchung der Probe mittels optischer Methoden vereinfachen, während eine dickere Wandstärke, insbesondere in einem Totraum des Probenraums, der nicht mit der Probe befüllt ist, eine Evaporation durch das vorzugsweise aus Kunststoff gefertigte Gehäuse vermeiden oder vermindern kann.Furthermore, it can preferably be provided that the housing in the area that serves to hold the sample has a thinner wall thickness than (at least) a second area of the housing that forms the sample chamber. A wall thickness that is as thin as possible can simplify the examination of the sample using optical methods, while a thicker wall thickness, in particular in a dead space in the sample chamber that is not filled with the sample, can prevent or reduce evaporation through the housing, which is preferably made of plastic.

Weiterhin kann auch vorgesehen sein, das Gehäuse in dem Verschlussabschnitt des Öffnungskanals aus einem (optisch) transparenten Werkstoff auszubilden. Dies ermöglicht die Überprüfung der Position des Verschlusselements in dem Verschlussabschnitt und zudem der Dichtwirkung mittels optischer Mittel (auch reine Sichtprüfung). Für eine maschinelle Überprüfung kann beispielsweise eine Veränderung des Brechungsindexes genutzt werden, die darin begründet ist, dass sich bei dem Übergang von einem ersten Feststoff (Wand des Öffnungskanals) zu einem zweiten Feststoff (Verschlusselement) keine Totalreflexion des Lichts an der Innenwand einstellt, beim Übergang von einem Feststoff (Wand des Öffnungskanals) zu Luft die Innenseite des Öffnungskanals dagegen teilweise spiegelt.Furthermore, it can also be provided that the housing in the closure section of the opening channel is made of an (optically) transparent material. This enables the position of the closure element in the closure section and also the sealing effect to be checked by optical means (also purely visual inspection). For a mechanical inspection, for example, a change in the refractive index can be used, which is based on the fact that there is no total reflection of the light at the transition from a first solid (wall of the opening channel) to a second solid (closure element). inner wall, whereas when a solid (wall of the opening channel) changes to air, the inside of the opening channel partially reflects.

Weiterhin bevorzugt kann das Gehäuse einen Absatz zur Ausbildung einer Auflagefläche ausbilden. Über diese Auflagefläche können die Kräfte, die zum Einpressen des Verschlusselements aufgebracht werden (typischerweise bis 60 N bis 130 N und maximal 250 N), an einer das Probenbehältnis tragenden Halterung abgestützt werden. Insbesondere kann die Auflagefläche an einer Stelle des Gehäuses ausgebildet sein, die sich in der Nähe des Verschlussabschnitts des Öffnungskanals befindet. Dadurch kann vermieden werden, dass die Kräfte über andere Abschnitte des Gehäuses, die gegebenenfalls mit geringeren Wandstärken und somit empfindlicher ausgebildet sind (insbesondere die den Probenraum umgebende Wand des Gehäuses), übertragen werden.Furthermore, the housing can preferably form a shoulder to form a support surface. The forces that are applied to press in the closure element (typically up to 60 N to 130 N and a maximum of 250 N) can be supported on a holder that supports the sample container via this support surface. In particular, the support surface can be formed at a point on the housing that is located near the closure section of the opening channel. This can prevent the forces from being transmitted via other sections of the housing, which may have thinner walls and are therefore more sensitive (in particular the wall of the housing surrounding the sample space).

Weiterhin ist das Gehäuse des Probenbehältnisses zumindest in dem Verschlussabschnitt des Öffnungskanals und das Verschlusselement selbst aus einem Werkstoff mit einem gleich großen Ausdehnungskoeffizienten ausgebildet. Dadurch kann vermieden werden, dass sich die Pressung in der Kontaktfläche zwischen dem Verschlusselement und der Wand des Öffnungskanals in Folge einer beispielsweise während eines PCR-Prozesses erfolgten Erwärmung verändert, wodurch gegebenenfalls im gleichen Maße nicht nur die Fixierung des Verschlusselements sondern auch dessen Dichtwirkung verändert würde.Furthermore, the housing of the sample container, at least in the closure section of the opening channel, and the closure element itself are made of a material with an equally large coefficient of expansion. This prevents the pressure in the contact surface between the closure element and the wall of the opening channel from changing as a result of heating, for example during a PCR process, which could potentially change not only the fixation of the closure element but also its sealing effect to the same extent.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses kann das Verschlusselement aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet sein. Dadurch kann nicht nur eine elektrostatische Aufladung der Kugel vermieden werden, die die Handhabung des Probenbehältnisses erschweren könnte, sondern die Leitfähigkeit kann zudem erlauben, eine kontaktgebundene oder auch kontaktlose, beispielsweise kapazitive oder induktive Detektion der Position des Verschlusselements innerhalb des Öffnungskanals und/oder der Dichtwirkungen durchzuführen.In a preferred embodiment of the sample container according to the invention, the closure element can be made of an electrically conductive material. This not only prevents electrostatic charging of the ball, which could make handling the sample container more difficult, but the conductivity can also allow contact-based or contactless, for example capacitive or inductive, detection of the position of the closure element within the opening channel and/or the sealing effects.

Vorzugsweise ist das Verschlusselement des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses aus einem Werkstoff ausgebildet, der keine Eigenfluoreszenz aufweist. Dadurch kann vermieden werden, dass eine auf der Messung der Fluoreszenz der Probe beruhende Überwachung des biotechnologischen Verfahrens, wie bspw. des PCR-Prozesses negativ beeinträchtigt wird.Preferably, the closure element of the sample container according to the invention is made of a material that does not exhibit any inherent fluorescence. This can prevent a negative impact on monitoring of the biotechnological process, such as the PCR process, based on measuring the fluorescence of the sample.

Um ein einfaches Öffnen des Probenbehältnisses nach der Verwendung zu ermöglichen, kann dieses mit einer Sollbruchstelle versehen sein, an der das Gehäuse durch eine definierte Krafteinwirkung zerteilt wird. Eine solche Art der Öffnung eignet sich insbesondere für solche Probenbehältnisse, die lediglich einmal verwendet werden sollen (Einweg-Probenbehältnis). Ein Vorteil dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses kann insbesondere darin liegen, dass der Prozess des Öffnens weniger aufwendig sein kann, als ein Entfernen des in dem Verschlussabschnitt des Öffnungskanals fixierten Verschlusselements, was jedoch ebenfalls möglich ist. Anstelle einer Sollbruchstelle besteht auch die Möglichkeit, das Gehäuse zweiteilig auszubilden, wobei die beiden Teile beispielsweise über eine Steck- oder Rastverbindung miteinander verbindbar sind. Zum Öffnen des verschlossenen Probenbehältnisses kann das Gehäuse an dieser Verbindungsstelle dann wieder geöffnet werden.To enable easy opening of the sample container after use, it can be provided with a predetermined breaking point at which the housing is split by a defined force. This type of opening is suitable particularly for sample containers that are only to be used once (disposable sample container). One advantage of this design of the sample container according to the invention can be that the process of opening it can be less complicated than removing the closure element fixed in the closure section of the opening channel, which is also possible. Instead of a predetermined breaking point, it is also possible to design the housing in two parts, with the two parts being connectable to one another, for example, via a plug or snap connection. To open the closed sample container, the housing can then be opened again at this connection point.

Das Probenbehältnis kann auch geöffnet werden, indem das Verschlusselement in den Probenraum gestoßen wird. Der Probenraum sollte hierzu zumindest in einem Abschnitt eine größere Querschnittsfläche als das Verschlusselement aufweisen, um den Probenraum leeren zu können.The sample container can also be opened by pushing the closure element into the sample chamber. The sample chamber should have a larger cross-sectional area than the closure element in at least one section in order to be able to empty the sample chamber.

Bei einigen Anwendungen sollen Probenbehältnisse, die im Rahmen des jeweiligen biotechnologischen Verfahrens (wie bspw. eines PCR-Prozesses) eingesetzt werden, nicht wieder geöffnet werden. Um einen dauerhaften Verschluss des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses sicherzustellen, kann erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen sein, das Verschlusselement zusätzlich in dem Verschlussabschnitt zu sichern, beispielsweise indem dieses - bei geeigneter Werkstoffwahl mit der Wand des Gehäuses verschweißt (z.B. durch Ultraschallschweißen oder thermisches Schweißen) oder durch das Umbördeln eines oberen Rands des Gehäuses formschlüssig fixiert wird. Selbstverständlich sind beliebige andere Arten der zusätzlichen form-, kraft- oder stoffschlüssigen Fixierung möglich.In some applications, sample containers that are used as part of the respective biotechnological process (such as a PCR process) should not be opened again. In order to ensure a permanent closure of the sample container according to the invention, the invention can also provide for the closure element to be additionally secured in the closure section, for example by welding it to the wall of the housing (e.g. by ultrasonic welding or thermal welding) with a suitable choice of material or by securing it in a form-fitting manner by flanging an upper edge of the housing. Of course, any other types of additional form-fitting, force-fitting or material-fitting fixation are possible.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses kann weiterhin vorgesehen sein, einen zweiten Verschlussabschnitt für ein zweites Verschlusselement vorzusehen, wobei zwischen den zwei Verschlusselementen ein zweiter Probenraum ausgebildet ist. Sämtliche Weiterbildungen, die zuvor bezüglich des ersten Verschlussabschnitts und/oder des ersten Verschlusselements aufgezeigt wurden, können dabei auch für den zweiten Verschlussabschnitt und/oder das zweite Verschlusselement vorgesehen sein.In a preferred embodiment of the sample container according to the invention, it can also be provided to provide a second closure section for a second closure element, with a second sample space being formed between the two closure elements. All further developments that were previously shown with regard to the first closure section and/or the first closure element can also be provided for the second closure section and/or the second closure element.

Vorzugsweise kann zwischen den beiden Verschlussabschnitten des Probenbehältnisses (zumindest) ein Bypasskanal in der Wand des Gehäuses vorgesehen sein. Dieser kann dazu dienen, einen ansonsten in dem unteren Probenraum entstehenden Überdruck infolge des Einbringens des einen Verschlusselements bis in den unteren Verschlussabschnitts zu vermeiden und das obere Probenmaterial in den unteren Probenraum durch ein Herunterdrücken des oberen Verschlusselements zu überführen.Preferably, (at least) one bypass channel can be provided in the wall of the housing between the two closure sections of the sample container. This can serve to avoid an overpressure that would otherwise arise in the lower sample chamber as a result of the introduction of one closure element into the lower closure section and to upper sample material into the lower sample chamber by pressing down the upper closure element.

Es wird ein Verfahren zur Aufbereitung oder Bearbeitung einer biologischen Probe oder einer biologisches Material wie insbesondere Nukleinsäuren enthaltenden Probe beschrieben, bei dem das erfindungsgemäße Probenbehältnis eingesetzt wird. Das erfindungsgemäße Probenbehältnis ist im Detail in der Beschreibung und den Ansprüchen beschrieben. Es wird auf die entsprechende Offenbarung Bezug genommen. Das Verfahren kann insbesondere ein biotechnologisches Verfahren wie bspw. ein Amplifikationsverfahren, insbesondere ein PCR Verfahren, sein.A method for preparing or processing a biological sample or a sample containing biological material such as nucleic acids in particular is described, in which the sample container according to the invention is used. The sample container according to the invention is described in detail in the description and the claims. Reference is made to the corresponding disclosure. The method can in particular be a biotechnological method such as an amplification method, in particular a PCR method.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to embodiments shown in the drawings.

In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1:
ein Probenbehältnis eines Systems;
Fig. 2:
einen Ausschnitt des Probenbehältnisses der Fig. 1 in einer geschnittenen Seitenansicht;
Fig. 3:
einen weiteren Ausschnitt des Probenbehältnisses der Fig. 1 in einer geschnittenen Seitenansicht;
Fig. 4:
das Einbringen des Verschlusselements in das Probenbehältnis gemäß den Fig. 1 bis 3 mittels eines Stößels in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 5 und 6:
das Einbringen eines Verschlusselements in ein Probenbehältnis gemäß Fig. 1 mittels eines Stößels in einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 7a:
den Kraftverlauf beim Einbringen von Verschlusselementen in Probenbehältnisse gemäß den Fig. 1 bis 3 unter Verwendung eines Stößels gemäß Fig. 4;
Fig. 7b:
den Kraftverlauf beim Einbringen von Verschlusselementen in Probenbehältnisse gemäß den Fig. 1 bis 3 unter Verwendung eines Stößels gemäß den Fig. 5 und6;
Fig. 8a und 8b:
ein Probenbehältnis eines Systems in einer zweiten Ausführungsform in zwei unterschiedlichen Schnittdarstellungen;
Fig. 9a und 9b:
ein Probenbehältnis eines Systems in einer dritten Ausführungsform;
Fig. 10:
ein Probenbehältnis eines Systems in einer vierten Ausführungsform;
Fig. 11:
ein Vorratsbehälter einer Vorrichtung zum automatischen Verschließen von Probenbehältnissen in einer ersten Ausführungsform;
Fig. 12:
eine Verschließeinheit einer Vorrichtung zum automatisierten Verschließen von erfindungsgemäßen Probenbehältnissen;
Fig. 13:
eine Prinzipzeichnung zur Funktionsweise der Verschließeinheit gemäß der Fig. 12;
Fig. 14:
eine isometrische Ansicht eines Vorratsbehälters einer Vorrichtung zum automatischen Verschließen von Probenbehältnissen in einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 15:
den Vorratsbehälter gemäß Fig. 14 in Kombination mit einer Verschließeinheit in einem Längsschnitt;
Fig. 16:
den Vorratsbehälter gemäß Fig. 14 in Kombination mit einer alternativen Verschließeinheit in einem Längsschnitt;
Fig. 17:
die Integration der Komponenten gemäß Fig. 11 und 12 in eine automatisierte Verschließvorrichtung;
Fig. 18:
die Integration der automatisierten Verschließvorrichtung gemäß Fig. 17 in eine Vorrichtung zur Durchführung einer PCR;
Fig. 18:
in einer schematischen Darstellung eine alternative Zuführung von Verschlusselementen zu einer Vorrichtung zum automatisierten Verschließen von erfindungsgemäßen Probenbehältnissen; und
Fig. 20a bis 20f:
Gegenüberstellungen eines "normalen" zu abweichenden Kraftverläufen, hervorgerufen durch verschiedene Ursachen.
In the drawings shows:
Fig.1:
a sample container of a system;
Fig. 2:
a section of the sample container of the Fig.1 in a cut side view;
Fig. 3:
another section of the sample container of the Fig.1 in a cut side view;
Fig.4:
the insertion of the closure element into the sample container according to the Fig. 1 to 3 by means of a plunger in a first embodiment;
Fig. 5 and 6:
the introduction of a closure element into a sample container according to Fig.1 by means of a plunger in a second embodiment;
Fig. 7a:
the force curve when inserting closure elements into sample containers according to the Fig. 1 to 3 using a ram according to Fig.4 ;
Fig. 7b:
the force curve when inserting closure elements into sample containers according to the Fig. 1 to 3 using a ram according to the Fig.5 and6;
Fig. 8a and 8b:
a sample container of a system in a second embodiment in two different sectional views;
Fig. 9a and 9b:
a sample container of a system in a third embodiment;
Fig. 10:
a sample container of a system in a fourth embodiment;
Fig. 11:
a storage container of a device for automatically closing sample containers in a first embodiment;
Fig. 12:
a closing unit of a device for the automated closing of sample containers according to the invention;
Fig. 13:
a principle drawing of the functioning of the closing unit according to the Fig. 12 ;
Fig. 14:
an isometric view of a storage container of a device for automatically closing sample containers in a second embodiment;
Fig. 15:
the storage container according to Fig. 14 in combination with a closing unit in a longitudinal section;
Fig. 16:
the storage container according to Fig. 14 in combination with an alternative closing unit in a longitudinal section;
Fig. 17:
the integration of components according to Fig. 11 and 12 into an automated closing device;
Fig. 18:
the integration of the automated closing device according to Fig. 17 into a device for carrying out a PCR;
Fig. 18:
in a schematic representation an alternative supply of closure elements to a device for the automated closure of sample containers according to the invention; and
Fig. 20a to 20f:
Comparisons of a "normal" force curve to deviating ones, caused by various reasons.

Die Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Probenbehältnis 1 in einer ersten Ausführungsform. Das Probenbehältnis 1 weist ein Gehäuse 2 auf, das in einem ersten (Kopfabschnitt 3) und einem zweiten (Mittelabschnitt 4) Abschnitt mit einer weitgehend zylindrischen Mantelfläche ausgebildet ist. Die Mantelfläche weist lediglich eine geringe konische Verjüngung auf, die dazu dient, das aus Kunststoff bestehende Gehäuse 2 nach dem Spritzgießen leichter entformen zu können. An dem dem Kopfabschnitt 3 gegenüberliegenden Ende des Mittelabschnitts 4 schließt sich ein Endabschnitt 5 an, in dem sich das Gehäuse 2 verjüngt und somit im weiteren Sinne spitz zulaufend ausgebildet ist. In dem Endabschnitt 5 ist das Gehäuse 2 aus einem (optisch) transparenten Werkstoff ausgebildet, das die Verwendung optischer Messelemente im Rahmen eines biotechnologischen Verfahrens, wie bspw. eines PCR-Prozesses, in dem das Probenbehältnis 1 zum Einsatz kommen soll, ermöglicht.The Fig.1 shows a sample container 1 according to the invention in a first embodiment. The sample container 1 has a housing 2 which is designed with a largely cylindrical outer surface in a first (head section 3) and a second (middle section 4) section. The outer surface has only a slight conical taper, which serves to make it easier to demold the plastic housing 2 after injection molding. At the end of the middle section 4 opposite the head section 3 there is an end section 5 in which the housing 2 tapers and is thus tapered in a broader sense. In the end section 5, the housing 2 is made of an (optically) transparent material which enables the use of optical measuring elements in the context of a biotechnological process, such as a PCR process, in which the sample container 1 is to be used.

Auf der Außenseite zwischen dem Kopf- 3 und dem Mittelabschnitt 4 bildet das Gehäuse 2 einen Absatz 6 aus, der als Auflagefläche dient, über die das Gehäuse 2 an einem Probenbehältnisträger 7 (vgl. Fig. 2) abgestützt ist.On the outside between the head section 3 and the middle section 4, the housing 2 forms a shoulder 6 which serves as a support surface via which the housing 2 can be attached to a sample container carrier 7 (cf. Fig.2 ) is supported.

Innerhalb des Mittelabschnitts 4 und des Endabschnitts 5 des Gehäuses 2 ist ein Probenraum ausgebildet, wobei die Wandstärke des Gehäuses 2 in diesen beiden Abschnitten weitgehend konstant ist, so dass ein wiederum weitgehend zylindrischer Probenraumabschnitt innerhalb des Mittelabschnitts 4 und ein sich konisch verjüngender, mit abgerundeter Spitze ausgebildeter Probenraumabschnitt in dem Endabschnitt 5 des Gehäuses 2 ausgebildet ist.A sample chamber is formed within the middle section 4 and the end section 5 of the housing 2, the wall thickness of the housing 2 being largely constant in these two sections, so that a largely cylindrical sample chamber section is formed within the middle section 4 and a conically tapered sample chamber section with a rounded tip is formed in the end section 5 of the housing 2.

In dem Kopfabschnitt 3 des Gehäuses 2 ist ein Öffnungskanal ausgebildet, der es ermöglicht, das Probenbehältnis 1 mit der zu untersuchenden Probe zu befüllen. Nach dem Befüllen wird der Probenraum durch das Einbringen eines kugelförmigen Verschlusselements 8 verschlossen. Die Verschlusswirkung, d.h. sowohl das Abdichten als auch das Fixieren des Verschlusselements 8 in dem Öffnungskanal wird dadurch bewirkt, dass der größte Außendurchmesser des Verschlusselements 8 geringfügig größer ist als der Öffnungskanal in einem definierten Abschnitt (Verschlussabschnitt 11) (vgl. Fig. 2) und das Verschlusselement 8 somit klemmend in dem Öffnungskanal fixiert ist..An opening channel is formed in the head section 3 of the housing 2, which makes it possible to fill the sample container 1 with the sample to be examined. After filling, the sample space is closed by inserting a spherical closure element 8. The closure effect, ie both the sealing and the fixing of the closure element 8 in the opening channel, is brought about by the largest outer diameter of the closure element 8 being slightly larger than the opening channel in a defined section (closure section 11) (cf. Fig.2 ) and the closure element 8 is thus clamped in the opening channel.

Ausgehend von dem oberen (freien) Ende des Kopfabschnitts 3 ist der Öffnungskanal zunächst mit einer Einlassfase 9 versehen, die einen relativ (bezogen auf den Außendurchmesser des Verschlusselements 8) großen Öffnungsquerschnitt (größter Durchmesser: 4,5 mm) definiert. Die Einlassfase 9 erleichtert das zentrische Ansetzen des Verschlusselements 8 (größter Durchmesser: 4,1 mm bis 4,2 mm). Die Einlassfase 9 geht in einen ersten ringförmigen Vorsprung 10 über, der den Öffnungsquerschnitt (Durchmesser: 3,7mm) des Öffnungskanals im Verhältnis zu dem Öffnungsquerschnitt in dem Verschlussabschnitt des Öffnungskanals (Durchmesser: ca. 4,0 mm) verkleinert. Zum Einbringen des Verschlusselements 8 in den Öffnungskanal wird dieses mit einer Kraft(komponente) belastet, die koaxial oder parallel zur der Längsachse des Gehäuses 2 und zwar in Richtung des Endabschnitts des Gehäuses 2 gerichtet ist.Starting from the upper (free) end of the head section 3, the opening channel is initially provided with an inlet bevel 9, which defines a relatively large opening cross-section (largest diameter: 4.5 mm) (in relation to the outer diameter of the closure element 8). The inlet bevel 9 makes it easier to position the closure element 8 centrally (largest diameter: 4.1 mm to 4.2 mm). The inlet bevel 9 merges into a first annular projection 10, which reduces the opening cross-section (diameter: 3.7 mm) of the opening channel in relation to the opening cross-section in the closure section of the opening channel (diameter: approx. 4.0 mm). To introduce the closure element 8 into the opening channel, it is loaded with a force (component) that is coaxial or parallel to the longitudinal axis of the housing 2, specifically in the direction of the end section of the housing 2.

Die Kraft ist so hoch bemessen, dass es zu einer Deformation sowohl des Gehäuses 2 im Bereich des Kopfabschnitts 3 als auch des Verschlusselements 8 selbst kommt, die ermöglicht, dass das Verschlusselement 8 den ersten Vorsprung 10 passiert und bis in den Verschlussabschnitt 11 des Öffnungskanals geschoben wird. Dort wird das Verschlusselement 8 durch seinen größeren (maximalen) Durchmesser im Vergleich zu dem Durchmesser des Öffnungskanals in dem Verschlussabschnitt 11 kraftschlüssig fixiert, d.h. geklemmt. Die Kräfte werden dabei durch eine (weitgehend elastische) Deformation des Gehäuses 2 im Bereich des Verschlussabschnitts 11 sowie des Verschlusselements 8 erreicht. Durch die symmetrische kraftschlüssige Fixierung des kugelförmigen Verschlusselements 8 im Bereich seines größten Querschnitts weisen die Reaktionskräfte, die von der Wand des Öffnungskanals auf die Kugel - und andersherum - wirken, keine Komponente in längsaxialer Richtung des Gehäuses auf. Dadurch wird das Verschlusselement 8 nach dem Einbringen in den Verschlussabschnitt 11 sicher gehalten, sofern nicht erhebliche äußere Kräfte in längsaxialer Richtung des Gehäuses 2 darauf einwirken.The force is so high that it causes a deformation of both the housing 2 in the area of the head section 3 and the closure element 8 itself, which allows the closure element 8 to pass the first projection 10 and be pushed into the closure section 11 of the opening channel. There, the closure element 8 is fixed, i.e. clamped, in the closure section 11 by its larger (maximum) diameter compared to the diameter of the opening channel. The forces are achieved by a (largely elastic) deformation of the housing 2 in the area of the closure section 11 and the closure element 8. Due to the symmetrical, force-fitting fixation of the spherical closure element 8 in the area of its largest cross-section, the reaction forces that act from the wall of the opening channel onto the ball - and vice versa - have no component in the longitudinal axial direction of the housing. As a result, the closure element 8 is held securely after being introduced into the closure section 11, provided that no significant external forces act on it in the longitudinal axial direction of the housing 2.

Der erste Vorsprung 10, der von dem Verschlusselement 8 beim Einbringen in den Verschlussabschnitt 11 passiert werden muss, dient zum einen als Endanschlag, der verhindert, dass das Verschlusselement 8 bei der Entstehung eines Überdrucks innerhalb des verschlossenen Probenraums, beispielsweise durch eine Erwärmung im Rahmen eines biotechnologischen Verfahrens, wie bspw. eines PCR-Prozesses, aus dem Öffnungskanal heraus geschoben wird und sich das Probenbehältnis 1 somit ungewollt öffnet.The first projection 10, which must be passed by the closure element 8 when it is introduced into the closure section 11, serves on the one hand as an end stop which prevents the closure element 8 from being pushed out of the opening channel when excess pressure develops within the closed sample space, for example due to heating during a biotechnological process, such as a PCR process, and the sample container 1 thus opens unintentionally.

Weiterhin dient dieser Vorsprung 10 dazu, einen beim Einbringen des Verschlusselements 8 charakteristischen Kraftverlauf zu erzeugen, anhand dessen ein tatsächliches Einbringen des Verschlusselements 8 bis in den Verschlussabschnitt 11 detektiert werden kann (in der Art eines Einrastens).Furthermore, this projection 10 serves to generate a characteristic force curve when inserting the closure element 8, by means of which an actual insertion of the closure element 8 into the closure section 11 can be detected (in the manner of a snap-in).

Der Übergang des Öffnungskanals in den Probenraum des Gehäuses 2 ist als ringförmiger Absatz ausgebildet. Dieser Absatz stellt einen zweiten Vorsprung 12 dar, der als Endanschlag für das Verschlusselement 8 dient und somit den Verschlussabschnitt 11 des Öffnungskanals auf Seiten des Probenraums begrenzt.The transition of the opening channel into the sample chamber of the housing 2 is designed as an annular shoulder. This shoulder represents a second projection 12, which serves as an end stop for the closure element 8 and thus limits the closure section 11 of the opening channel on the side of the sample chamber.

Die Länge des Verschlussabschnitts 11 des Öffnungskanals ist so bemessen, dass das Verschlusselement 8 über eine gewisse Distanz x darin verschoben werden kann, bevor es an einem der beiden Vorsprünge 11, 12 anschlägt (vgl. Fig. 3). Diese Distanz ist im vorliegenden Fall auf maximal 0,7 mm begrenzt, da sich erfahrungsgemäß bei einer solchen Verschiebung des Verschlusselements 8 die Prozessparameter (insbesondere Druck, Temperatur) innerhalb des Probenraums nur so wenig ändern, dass keine wesentlichen (negativen) Auswirkungen auf das biotechnologische Verfahren, wie bspw. den PCR-Prozess zu befürchten sind. Diese Positionierungstoleranz des Verschlusselements 8 innerhalb des Verschlussabschnitts 11 weist weiterhin den Vorteil auf, dass relativ große Toleranzen bei der Herstellung des Gehäuses 2 und des Verschlusselements 8 vorgegeben werden können, wodurch geringere Anforderungen an die entsprechenden Werkzeuge gestellt werden können.The length of the closure section 11 of the opening channel is dimensioned such that the closure element 8 can be displaced over a certain distance x therein before it strikes one of the two projections 11, 12 (cf. Fig.3 ). In the present case, this distance is limited to a maximum of 0.7 mm, since experience has shown that with such a displacement of the closure element 8, the process parameters (in particular pressure, temperature) within the sample space change so little that no significant (negative) effects on the biotechnological process, such as the PCR process, are to be feared. This positioning tolerance of the closure element 8 within the closure section 11 also has the advantage that relatively large tolerances can be specified when manufacturing the housing 2 and the closure element 8, which means that lower demands can be placed on the corresponding tools.

Die Figuren 4 bis 6 zeigen die Verwendung eines Stößels 13 (in zwei Ausführungsformen), um das Verschlusselement 8 in den Öffnungskanal zu schieben. Bei der Ausführungsform gemäß der Figur 4 weist der Stößel 13 einen Außendurchmesser von 3,6 mm (oder kleiner) auf, der somit geringer als der Innendurchmesser des Öffnungskanals in dem Bereich des ersten Vorsprungs 11 ist. Der Stößel 13 kann somit in den Öffnungskanal eintauchen. Hierzu sollte die Bewegung des Stößels exakt steuerbar sein, um zu verhindern, dass dieser das Verschlusselement 8 mit einer Kraft gegen den als Endanschlag dienenden zweiten Vorsprung drückt, die zu einer Beschädigung des Gehäuses 2 oder des Verschlusselements 8 führen könnte. Bei der Ausführungsform eines Stößels 13 gemäß den Fig. 5 und 6 ist daher vorgesehen, den Außendurchmesser des Stößels 3 erheblich größer als den Innendurchmesser des Öffnungskanals im Bereich der Einlassfase 9 auszubilden. Die Bewegung des Stößels 13 wird somit spätestens dadurch begrenzt, dass dieser an das freie Ende des Gehäuses 2 anschlägt. Ein Drücken des Verschlusselements 8 mittels des Stößels gegen den als Endanschlag dienenden zweiten Vorsprung 12 kann somit auf einfache Weise vermieden werden. Ein weiterer Vorteil der großen Kontaktfläche des Stößels 13 ist, dass ein Einpressen auch bei einer nicht exakt zentralen Anordnung des Stößels 13 über dem Verschlusselement 8 regelmäßig problemlos möglich ist (vgl. Fig. 6).The Figures 4 to 6 show the use of a plunger 13 (in two embodiments) to push the closure element 8 into the opening channel. In the embodiment according to the Figure 4 the plunger 13 has an outer diameter of 3.6 mm (or smaller), which is thus smaller than the inner diameter of the opening channel in the area of the first projection 11. The plunger 13 can thus be immersed in the opening channel. For this purpose, the movement of the plunger should be precisely controllable in order to prevent it from pressing the closure element 8 against the second projection serving as an end stop with a force that could lead to damage to the housing 2 or the closure element 8. In the embodiment of a plunger 13 according to the Fig. 5 and 6 It is therefore intended to make the outer diameter of the tappet 3 considerably larger than the inner diameter of the opening channel in the area of the inlet bevel 9. The movement of the tappet 13 is thus limited at the latest by the fact that it strikes the free end of the housing 2. Pressing the closure element 8 by means of the tappet against the second projection 12 serving as an end stop can thus be easily avoided. A further advantage of the large contact surface of the tappet 13 is that pressing in is usually possible without any problems even if the tappet 13 is not arranged exactly centrally above the closure element 8 (see. Fig.6 ).

Die Figur 7a zeigt einen beispielhaften Kraftverlauf (Kraft F über dem Stößelweg I) für einen Verschließvorgang unter Verwendung eines Stößels gemäß Fig. 4. In einem ersten Abschnitt (a) des Kraftverlaufs ist die Kraft nahezu Null; dieser Abschnitt definiert die Verschiebung des Stößels 13 bis zum Kontakt mit dem Verschlusselement 8. Darauf folgt in einem zweiten Abschnitt ein starker Anstieg der Kraft bis zu einem ersten Maximalwert (b) (erster Extrempunkt der Kurven), der erforderlich ist, um das Verschlusselement den ersten Vorsprung 10 passieren zu lassen. Diese Kraft fällt dann bis zu einem zweiten Extrempunkt (c) ab, der diejenige (wegen der leicht konischen Ausbildung des Öffnungskanals dann nur geringfügig ansteigende, vgl. Abschnitt (d)) Kraft definiert, die zum Verschieben der Kugel in dem Verschlussabschnitt 11 erforderlich ist. Diese Kraft entspricht im Wesentlichen der Kraft, die sie sich aus der Reibung zwischen der Wand des Öffnungskanals in dem Verschlussabschnitt 11 und dem damit im Kontakt stehenden Abschnitt des Verschlusselements 8 ergibt. Bei einem korrekt durchgeführten Verschließvorgang endet die Kraftausübung irgendwo in dem Abschnitt (d) der Fig. 7.The Figure 7a shows an example force curve (force F over the plunger path I) for a closing process using a plunger according to Fig.4 . In a first section (a) of the force curve, the force is almost zero; this section defines the displacement of the plunger 13 until it comes into contact with the closure element 8. This is followed in a second section by a sharp increase in the force up to a first maximum value (b) (first extreme point of the curves) which is required to allow the closure element to pass the first projection 10. This force then drops down to a second extreme point (c) which defines the force (which then only increases slightly due to the slightly conical design of the opening channel, see section (d)) which is required to displace the ball in the closure section 11. This force corresponds essentially to the force which results from the friction between the wall of the opening channel in the closure section 11 and the section of the closure element 8 which is in contact with it. If the closure process is carried out correctly, the application of force ends somewhere in section (d) of the Fig.7 .

Sofern der Stößel 13 jedoch zu tief in den Öffnungskanal eintaucht, kann das Verschlusselement von diesem gegen den zweiten Vorsprung 12 gedrückt werden, was sich wieder durch einen starken Kraftanstieg bemerkbar macht (Abschnitt (e)). Dieser Anstieg wird ggf. (d.h. in Abhängigkeit von dem Eintauchen des Stößels 13) durch die Bruchbelastung des Probenbehältnisses 1 (ggf. auch des Verschlusselements 8 oder des Stößels 13) begrenzt ((f)), wodurch die Kraft auf ein erheblich niedrigeres Niveau (Abschnitt (g)) abfällt.However, if the plunger 13 is immersed too deeply into the opening channel, the closure element can be pressed against the second projection 12, which again becomes noticeable through a strong increase in force (section (e)). This increase is possibly (i.e. depending on the immersion of the plunger 13) limited by the breaking load of the sample container 1 (possibly also of the closure element 8 or the plunger 13) ((f)), whereby the force drops to a considerably lower level (section (g)).

Die Fig. 7b zeigt einen entsprechenden exemplarischen Kraftverlauf für die Benutzung eines Stößels gemäß den Fig. 5 und 6. Der Kraftverlauf entspricht in den Abschnitten (a) und (d) sowie dazwischen noch demjenigen der Fig. 7a. Nach dem Abschnitt (d) erfolgt dann ein Kraftanstieg (h), der noch stärker ausfällt als bei dem Verlauf gemäß der Fig. 7a. Dieser ergibt sich durch das Auftreffen des Stößels 13 auf den Rand des Probenbehältnisses 1. Der Stößel 13 sollte dann nur noch einen relativ geringen Weg weiter bewegt werden, um eine Überbelastung des Probenbehältnisses 1 (oder des Stößels 13) zu vermeiden. Zur Steuerung des Hubs des Stößels kann der Kraftverlauf ausgewertet werden, so dass beispielsweise beim Erreichen des Endes des Abschnitts (h) ein (Kraft-)Grenzwert erreicht wird, der beispielsweise zu einem Abschalten eines Stößelantriebs führen kann. In der Fig. 7b ist in gestrichelter Linienführung auch der weitere Kraftverlauf dargestellt, der bis zu einem Bruch des Probenbehältnisses wegen Überbelastung führt. Dieser ist durch eine Fortsetzung des Abschnitts (h) gekennzeichnet (Abschnitt (i)), an dessen Ende der Bruch auftritt. Dieser ist durch einen direkten Abfall der Kraft auf ein Niveau nahe Null gekennzeichnet (Abschnitt (k)).The Fig. 7b shows a corresponding exemplary force curve for the use of a ram according to the Fig. 5 and 6 . The force curve in sections (a) and (d) and in between corresponds to that of the Fig. 7a . After section (d) there is then a force increase (h), which is even stronger than in the course according to the Fig. 7a This is caused by the impact of the plunger 13 on the edge of the sample container 1. The plunger 13 should then only be moved a relatively small distance further in order to avoid overloading the sample container 1 (or the To control the stroke of the ram, the force curve can be evaluated so that, for example, when the end of section (h) is reached, a (force) limit value is reached, which can, for example, lead to a ram drive being switched off. In the Fig. 7b The further force progression is also shown in dashed lines, which leads to a break in the sample container due to overloading. This is marked by a continuation of section (h) (section (i)), at the end of which the break occurs. This is marked by a direct drop in the force to a level close to zero (section (k)).

Die Fig. 20a bis 20f zeigen exemplarisch Abweichungen von den zuvor beschriebenen "normalen" Kraftverläufen. Aus diesen Abweichungen kann auf die entsprechende Fehlerquelle geschlossen werden. Der abweichende Kraftverlauf ist dabei mit einer durchgängigen Linie dargestellt, während der "normale" Kraftverlauf gestrichelt gezeigt ist. Die Fig. 20a zeigt zwei abweichende Kraftverläufe, bei denen die Dimensionierung oder die Werkstoffeigenschaften des Probenbehältnisses im Bereich des Öffnungskanals und/oder des Verschlusselements nicht korrekt sind. Die Fig. 20b zeigt zwei abweichende Kraftverläufe, bei denen die vertikale Ausrichtung des Verschlusselements, d.h. der Abstand zwischen dem Verschlusselement und dem Stößel zu gering oder zu groß ist. Bei dem abweichenden Kraftverlauf gemäß der Fig. 20c ist die horizontale Ausrichtung nicht korrekt, d.h. es liegt keine ausreichende Übereinstimmung der Längsachsen des Probenbehältnisses und des Stößels vor. Dies kann zu einer Behinderung der Bewegung des Verschlusselements führen. Die Fig. 20d zeigt einen abweichenden Kraftverlauf, der sich bei einem Fehlen des Verschlusselements ergibt und die Bewegung des Stößels ohne wesentlichen Kraftaufwand bis zu einer Kollision mit dem Probenbehältnis erfolgt. Der in der Fig. 20e dargestellte abweichende Kraftverlauf kann sich ergeben, wenn die Kontaktoberflächen des Verschlusselements und/oder des Probenbehältnisses nicht den Anforderungen entsprechen. Die Fig. 20f zeigt dagegen einen abweichenden Kraftverlauf, der sich bei dem Bruch eines Probenbehältnisses ergeben kann.The Fig. 20a to 20f show examples of deviations from the previously described "normal" force curves. From these deviations, the corresponding source of error can be deduced. The deviating force curve is shown with a solid line, while the "normal" force curve is shown with a dashed line. The Fig. 20a shows two different force curves where the dimensions or the material properties of the sample container in the area of the opening channel and/or the closure element are not correct. Fig. 20b shows two different force curves where the vertical alignment of the locking element, ie the distance between the locking element and the plunger, is too small or too large. In the case of the different force curve according to the Fig. 20c the horizontal alignment is not correct, ie there is insufficient alignment of the longitudinal axes of the sample container and the plunger. This can lead to an obstruction of the movement of the closure element. The Fig. 20d shows a different force curve, which occurs when the closure element is missing and the movement of the plunger takes place without significant force until a collision with the sample container. The Fig. 20e The deviating force curve shown may occur if the contact surfaces of the closure element and/or the sample container do not meet the requirements. Fig. 20f shows, however, a different force curve that can result from the breakage of a sample container.

Die Fig. 8a und 8b zeigen eine zweite Ausführungsform eines Probenbehältnisses 1, bei dem zwei Verschlusselemente 8 in einem gemeinsamen Verschlussabschnitt 11 des Gehäuses 2 kraftschlüssig fixiert werden. Dadurch wird zwischen den beiden Verschlusselementen 8 ein zweiter Probenraum ausgebildet. Die entsprechende Ausgestaltung des Öffnungskanals kann - anders als bei der Darstellung in der Fig. 8 - beliebig entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1 bis 3 sein, d.h. insbesondere mit einem oder mehreren Vorsprüngen versehen sein. Zwischen dem unteren Probenraum und dem Verschlussabschnitt 11 sowie zwischen dem Verschlussabschnitt 11 und dem oberen, offenen Ende des Probenbehältnisses ist weiterhin jeweils ein Bypasskanal 14 in die Wandung des Gehäuses eingebracht. Der obere Bypasskanal 14 dient dazu, einen Überdruck in den beiden Probenräumen, der ansonsten durch das relativ tiefe Einbringen der Verschlusselemente entstehen würde, auszugleichen. Der untere Bypasskanal 14 ist dagegen dazu vorgesehen, beispielsweise im Rahmen des PCR-Prozesses eine in der oberen Probenkammer enthaltene Probe in die untere Probenkammer zu überführen, wie dies in der Fig. 8a dargestellt ist. Hierzu wird das untere Verschlusselement 8 mittels des oberen Verschlusselements 8 in den den unteren Bypasskanal 14 aufweisenden Abschnitt des Öffnungskanals/Probenraums geschoben, so dass die Probe aus der oberen Probenkammer über den unteren Bypasskanal 14 an dem unteren Verschlusselement 8 vorbei in die untere Probenkammer strömen kann.The Fig. 8a and 8b show a second embodiment of a sample container 1, in which two closure elements 8 are fixed in a force-fitting manner in a common closure section 11 of the housing 2. This creates a second sample space between the two closure elements 8. The corresponding design of the opening channel can - unlike the representation in the Fig.8 - any according to the embodiment according to the Figures 1 to 3 , ie in particular be provided with one or more projections. Between the lower sample chamber and the closure section 11 as well as between the closure section 11 and the upper, open end of the sample container, a bypass channel 14 is also introduced into the wall of the housing. The upper bypass channel 14 serves to prevent excess pressure in the two sample chambers, the The lower bypass channel 14 is intended, however, to transfer a sample contained in the upper sample chamber into the lower sample chamber, for example as part of the PCR process, as is shown in the Fig. 8a is shown. For this purpose, the lower closure element 8 is pushed by means of the upper closure element 8 into the section of the opening channel/sample chamber having the lower bypass channel 14, so that the sample can flow from the upper sample chamber via the lower bypass channel 14 past the lower closure element 8 into the lower sample chamber.

Die Fig. 9a bis 9b zeigen ein Probenbehältnis 1 in einer weiteren Ausführungsform, bei dem vorgesehen ist, dieses wieder dadurch zu öffnen, dass das Verschlusselement 8 mittels eines Stößels 13 vollständig bis zu dem geschlossenen Ende in den Probenraum gedrückt wird. Die dabei verdrängte Probenflüssigkeit kann über einen einseitig in die Wand des Gehäuses 2 eingebrachten Bypasskanal 14 abströmen und so dem Probenbehältnis 1 entnommen werden.The Fig. 9a to 9b show a sample container 1 in a further embodiment, in which it is intended to be opened again by the closure element 8 being pushed completely into the sample chamber up to the closed end by means of a plunger 13. The sample liquid displaced in this way can flow out via a bypass channel 14 introduced into the wall of the housing 2 on one side and thus be removed from the sample container 1.

Die Fig. 10 zeigt ein Probenbehältnis 1, bei dem das Gehäuse 2 im Bereich des Probenraums mit einer variierenden Wandstärke versehen ist. In dem Bereich des Probenraums, der die Probe aufnimmt, weist das Gehäuse 2 eine möglichst geringe Wandstärke von z.B. 0,2 bis 0,3 mm auf. Eine geringe Wandstärke vereinfacht die Untersuchung der Probe mittels optischer Methoden. In einem Abschnitt des Probenraums, der einen Totraum (d.h. ohne darin enthaltene Probe) ausbildet, ist die Wandstärke dagegen stärker (z.B. doppelt so stark, z.B. 0,4 bis 0,6 mm) ausgebildet, wodurch nicht nur die mechanische Stabilität des Gehäuses 2 erhöht werden kann, sondern insbesondere auch eine Evaporation der Probe durch das Gehäuse 2 verringert werden kann.The Fig.10 shows a sample container 1 in which the housing 2 is provided with a varying wall thickness in the area of the sample chamber. In the area of the sample chamber that holds the sample, the housing 2 has the smallest possible wall thickness of e.g. 0.2 to 0.3 mm. A small wall thickness simplifies the examination of the sample using optical methods. In a section of the sample chamber that forms a dead space (ie without a sample contained therein), the wall thickness is, however, thicker (e.g. twice as thick, e.g. 0.4 to 0.6 mm), which not only increases the mechanical stability of the housing 2, but also reduces evaporation of the sample through the housing 2.

Die Figuren 11 und 12 zeigen einzelne Komponenten einer automatisierten Verschließvorrichtung (vgl. Figur 17) die in einer Vorrichtung zur Durchführung eines PCR-Prozesses eingesetzt werden sollen (vgl. Figur 18).The Figures 11 and 12 show individual components of an automated closing device (cf. Figure 17 ) which are to be used in a device for carrying out a PCR process (cf. Figure 18 ).

Dabei zeigt die Figur 11 einen Vorratsbehälter 15, in dem eine langgezogen spiralförmig verlaufende Führung 16 angeordnet ist, die der Aufnahme und Führung einer Vielzahl von Verschlusselementen 13 eines Probenbehältnisses 1 dient. Das untere Ende der Führung 16 endet in einer Auslassöffnung, über die die Verschlusselemente einer Verschließeinheit 17, wie sie teilweise in der Figur 12 dargestellt ist, übergeben werden können. Der Vorratsbehälter 15, der als befüllter Einwegbehälter vertrieben werden kann, kann hierzu an dem vorderseitigen Ende der Verschließeinheit 17 befestigt werden.The Figure 11 a storage container 15 in which an elongated spiral guide 16 is arranged, which serves to receive and guide a plurality of closure elements 13 of a sample container 1. The lower end of the guide 16 ends in an outlet opening, via which the closure elements of a closure unit 17, as partially shown in the Figure 12 shown. The storage container 15, which can be sold as a filled disposable container, can be attached to the front end of the closing unit 17 for this purpose.

Die Verschließeinheit 17 umfasst einen in einem Gehäuse 18 angeordneten Elektromotor, über den eine Antriebsscheibe 19 rotierend antreibbar ist. Die Antriebscheibe 19 ist dezentral mit einem Bolzen 20 versehen, der in einem Langloch 21 einer Stößelführung 22 geführt ist. Die Führung des Bolzens 20 in dem Langloch 21 übersetzt die Drehbewegung der Antriebsscheibe 19 in eine zyklische Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Stößelführung 22 einschließlich eines daran befestigten Stößels 13, wie dies prinzipiell in der Figur 13 dargestellt ist. Bei jeder Abwärtsbewegung des Stößels 13 wird ein in einer Übergabeposition gehaltenes Verschlusselement 8 mitgenommen und über eine Austrittsöffnung der Verschließeinheit in den Öffnungskanal eines darunter angeordneten Gehäuses 2 eines Probenbehältnisses 1 (in der Fig. 13 nicht dargestellt) gedrückt. Nach dem erneuten Hochfahren des Stößels 13 kann dann ein weiteres der hintereinander in einem Zuführkanal 23 zwischengelagerten Verschlusselemente 8 (schwerkraftbeaufschlagt) in die Übergabeposition rollen, wo dieses über ein federnd gelagertes Sperrelement 24 gehalten wird. Bei der darauf folgenden Abwärtsbewegung des Stößels 13 wird dann das nächste Verschlusselement 8 mitgenommen, wobei das Sperrelement 24 seitlich verdrängt wird, um die Austrittsöffnung freizugeben.The closing unit 17 comprises an electric motor arranged in a housing 18, via which a drive disk 19 can be driven in rotation. The drive disk 19 is provided with a bolt 20 in a decentralized manner, which is guided in an elongated hole 21 of a tappet guide 22. The guidance of the bolt 20 in the elongated hole 21 translates the rotary movement of the drive disk 19 into a cyclical upward and downward movement of the tappet guide 22 including a tappet 13 attached to it, as is basically the case in the Figure 13 is shown. With each downward movement of the plunger 13, a closure element 8 held in a transfer position is taken along and is guided via an outlet opening of the closure unit into the opening channel of a housing 2 of a sample container 1 arranged underneath (in the Fig. 13 not shown). After the plunger 13 is raised again, another of the closure elements 8 stored one behind the other in a feed channel 23 can then roll (under the influence of gravity) into the transfer position, where it is held by a spring-loaded locking element 24. During the subsequent downward movement of the plunger 13, the next closure element 8 is then taken along, with the locking element 24 being displaced sideways to release the outlet opening.

Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die periodische Hin-und-her-Bewegung des Stößels 13 nicht durch eine gleichgerichtete Rotation (um 360°) der Antriebsscheibe 19 zu bewirken, sondern diese kann auch mittels eines Schrittmotors mit einem (zyklischen) Drehrichtungswechsel angetrieben werden, um die Bewegung des Stößels 13 zu realisieren. Dadurch können beliebige und insbesondere sich auch ändernde Verfahrwege, Geschwindigkeitsprofile, etc. des Stößels 13 realisiert werden. Dies kann insbesondere dazu herangezogen werden, die von dem Stößel 13 auf das Verschlusselement 8 ausgeübte Kraft (in Verbindung mit einer sensorischen Messung) durch eine entsprechende Steuerung des Schrittmotors zu begrenzen. Diese Ausführungsform kann auch so weitergebildet werden, dass die zyklische Bewegung des Stößels 13 grundsätzlich durch eine kontinuierliche Rotation der Antriebsscheibe 19 realisiert wird und der Antriebsmotor die Bewegung lediglich bei einer drohenden Überschreitung der zulässigen Kraft stoppt und seine Bewegungsrichtung umkehrt.Alternatively, it is also possible to effect the periodic back-and-forth movement of the plunger 13 not by a rotation in the same direction (by 360°) of the drive disk 19, but rather this can also be driven by a stepper motor with a (cyclical) change in the direction of rotation in order to realize the movement of the plunger 13. This makes it possible to realize any and in particular changing travel paths, speed profiles, etc. of the plunger 13. This can be used in particular to limit the force exerted by the plunger 13 on the closure element 8 (in conjunction with a sensor measurement) by appropriate control of the stepper motor. This embodiment can also be further developed in such a way that the cyclical movement of the plunger 13 is basically realized by a continuous rotation of the drive disk 19 and the drive motor only stops the movement and reverses its direction of movement when there is a risk of exceeding the permissible force.

Die Fig. 14 zeigt einen Vorratsbehälter 15a für eine Vielzahl von Verschlusselementen 8 in einer alternativen Ausführungsform. Die wesentlichen Unterschiede zu dem Vorratsbehälter 15 gemäß der Fig. 11 liegen darin, dass zum Einen die Verschlusselemente 8 in einem Vorratsraum des Vorratsbehälters 15a unsortiert, d.h. als Schüttung gelagert sind und zum Anderen ein Stößel 13a zum vereinzelten Ausgeben der Verschlusselemente 8 aus dem Vorratsbehälter 15a integriert ist. Die Boden- und Wandflächen des Vorratsbehälters 15a sind so ausgebildet, dass die unten in der Schüttung liegenden Verschlusselemente einem Ausgabekanal 29 zugeführt werden, dessen Innendurchmesser nur geringfügig größer als der Außendurchmesser der Verschlusselemente ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Verschlusselemente vereinzelt in eine Übergabeposition gelangen, wo diese von dem Stößel 13a erfasst und mitgenommen werden können.The Fig. 14 shows a storage container 15a for a plurality of closure elements 8 in an alternative embodiment. The essential differences to the storage container 15 according to the Fig. 11 are that, on the one hand, the closure elements 8 are stored unsorted in a storage space of the storage container 15a, ie as a bulk material, and, on the other hand, a plunger 13a is integrated for the individual dispensing of the closure elements 8 from the storage container 15a. The bottom and wall surfaces of the storage container 15a are designed in such a way that the closure elements located at the bottom in the bulk material are fed to a dispensing channel 29, the inner diameter of which is only slightly larger than the outer diameter of the closure elements. This ensures that the closure elements are individually moved into a transfer position where they can be grasped and taken away by the plunger 13a.

Die Fig. 15 zeigt die Verwendung des Vorratsbehälters gemäß der Fig. 14 in Kombination mit einer alternativen Verschließeinheit 17a (nur teilweise dargestellt). Eine Besonderheit dieser Kombination ist die Verwendung von insgesamt zwei Stößeln, zum Einen dem in den Vorratsbehälter 15a integrierten Stößel 13a, der zum vereinzelten Ausgeben der Verschlusselemente 8 aus dem Vorratsbehälter dient, wodurch diese auf ein darunter liegendes Probenbehältnis 1 gelegt werden. Ein zweiter, in die Verschließeinheit 17a integrierter Stößel 13 dient dagegen dazu, das zuvor auf ein (anderes) Probenbehältnis 1 gelegtes Verschlusselement 8 in den Verschlussabschnitt des Öffnungskanals dieses Probenbehältnisses zu treiben. Der wesentliche Vorteil der Verwendung von zwei Stößeln liegt in einer verbesserten Hygiene, wenn der Vorratsbehälter 17a einschließlich des Stößels 13a als Einwegbehälter zum Einsatz kommt, der somit nach der Benutzung entsorgt wird.The Fig. 15 shows the use of the storage container according to the Fig. 14 in combination with an alternative closing unit 17a (only partially shown). A special feature of this combination is the use of a total of two plungers, firstly the plunger 13a integrated in the storage container 15a, which serves to individually dispense the closure elements 8 from the storage container, whereby these are placed on a sample container 1 located underneath. A second plunger 13 integrated in the closing unit 17a, on the other hand, serves to drive the closure element 8 previously placed on a (different) sample container 1 into the closure section of the opening channel of this sample container. The main advantage of using two plungers is improved hygiene when the storage container 17a including the plunger 13a is used as a disposable container, which is thus disposed of after use.

Wie sich aus der Fig. 15 ergibt, sind die Bewegungen der beiden Stößel 13, 13a miteinander gekoppelt. Hierzu greift ein Bolzen 30, der in einem Abschnitt des Stößels 13 federnd gelagert ist, in eine korrespondierende Öffnung in dem Stößel 13a. Die Bewegung des Stößels 13 wird somit auf den Stößel 13a übertragen. Der Stößel 13 selbst ist mehrteilig aufgebaut und umfasst ein Stößelelement 31, das in dem unteren Ende eines Grundkörpers 32 des Stößels 13 axial verschiebbar gelagert ist. Über eine zentrale Bohrung mit einem Innengewinde ist das Stößelelement 31 mit einem Gewindezapfen 33 verbunden, der Teil einer Kraftbegrenzungseinheit ist. Die Kraftbegrenzungseinheit umfasst zudem eine Feder 34 (zylindrische Schraubenfeder), die von zwei Anlageplatten 35 vorgespannt wird. Die Vorspannkräfte werden dabei über eine Anlage der oberen Anlageplatte 35 und eines ringförmigen Vorsprungs des Stößelelements 31 an entsprechenden Kontaktflächen des Grundkörpers 32 abgestützt. Über die Einschraubtiefe des Gewindebolzens 33 in das Stößelelement 31 kann die Vorspannung der Schraubenfeder verändert und somit ein Grenzwert für die von dem Stößelelement 31 auf das Verschlusselement 8 ausgeübte Kraft eingestellt werden. Sobald diese Kraft überschritten wird erfolgt eine (teilweise) Kompensierung des Stößelhubs durch ein Zurückweichen des Stößelelements 13.As can be seen from the Fig. 15 The movements of the two tappets 13, 13a are coupled to one another. For this purpose, a bolt 30, which is spring-mounted in a section of the tappet 13, engages in a corresponding opening in the tappet 13a. The movement of the tappet 13 is thus transferred to the tappet 13a. The tappet 13 itself is constructed in several parts and comprises a tappet element 31, which is axially displaceably mounted in the lower end of a base body 32 of the tappet 13. The tappet element 31 is connected to a threaded pin 33, which is part of a force limiting unit, via a central bore with an internal thread. The force limiting unit also comprises a spring 34 (cylindrical coil spring), which is preloaded by two contact plates 35. The preload forces are supported by the upper support plate 35 and an annular projection of the tappet element 31 on corresponding contact surfaces of the base body 32. The preload of the coil spring can be changed by the depth of screwing the threaded bolt 33 into the tappet element 31 and thus a limit value for the force exerted by the tappet element 31 on the closure element 8 can be set. As soon as this force is exceeded, the tappet stroke is (partially) compensated by the tappet element 13 moving back.

Die Fig. 16 zeigt eine Verschließeinheit 17b, die funktional im Wesentlichen derjenigen der Fig. 15 entspricht, dabei jedoch konstruktiv einfacher aufgebaut ist. Ein (mechanische) Kraftbegrenzungseinheit ist dort nicht vorgesehen, vielmehr wird diese elektronisch, durch eine entsprechende Ansteuerung eines Stößelantriebs erreicht. Das Stößelelement 31a ist daher axial unbeweglich in dem Grundkörper 32a des Stößels 13 integriert und auch der Bolzen 30a zur Mitnahme des Stößels 13a des Vorratsbehälters ist nicht federnd gelagert. Der Vorratsbehälter 15a entspricht hierbei demjenigen der Fig. 15.The Fig. 16 shows a closing unit 17b, which is functionally essentially the same as that of the Fig. 15 corresponds, but is structurally simpler. A (mechanical) force limiting unit is not provided there, rather this is achieved electronically, by a corresponding control of a tappet drive. The tappet element 31a is therefore axially immovably integrated in the base body 32a of the tappet 13 and also the bolt 30a for driving the tappet 13a of the The storage container 15a is not spring-mounted. The storage container 15a corresponds to that of the Fig. 15 .

Die Verschließeinheiten 17, 17a, 17b und Vorratsbehälter 15, 15a können in eine automatische Verschließvorrichtung 25 integriert werden, wie sie in der Figur 17 dargestellt ist. Dort ist die Einheit aus Verschließeinheit 17 und Vorratsbehälter 15 über einen Linearantrieb 26 entlang einer ersten Achse (in Querrichtung) verfahrbar.The closing units 17, 17a, 17b and storage containers 15, 15a can be integrated into an automatic closing device 25 as shown in the Figure 17 is shown. There, the unit comprising the closing unit 17 and the storage container 15 can be moved along a first axis (in the transverse direction) via a linear drive 26.

Die automatische Verschließvorrichtung gemäß der Figur 17 ist wiederum so in eine Vorrichtung zur Durchführung eines PCR-Prozesses gemäß Figur 18 integrierbar, dass die gesamte Verschließvorrichtung 25 über einen zweiten Linearantrieb 27 zu einer zweiten Achse (in Längsrichtung), die senkrecht zu der ersten Achse (der Verfahrachse des Linearantriebs 26 der Verschließvorrichtung) ausgerichtet ist, verfahrbar ist. Die Verfahrbarkeit der Einheit aus Verschließeinheit 17 und Vorratsbehälter 15 in zwei senkrecht zueinander ausgerichteten Achsen ermöglicht, eine Vielzahl von Gehäusen 2 von Probenbehältnisse 1, die in mehreren Reihen in insgesamt drei Probenbehältnisträgern 7 positioniert sind, abzufahren und jeweils mit einem Verschlusselement 8 zu verschließen. Die korrekte Platzierung des Verschlusselements 8 in den einzelnen Gehäusen 2 wird dabei mit Hilfe eines Laserdistanzsensors (nicht dargestellt) überprüft.The automatic closing device according to the Figure 17 is in turn integrated into a device for carrying out a PCR process according to Figure 18 integrated in such a way that the entire closing device 25 can be moved via a second linear drive 27 to a second axis (in the longitudinal direction) which is aligned perpendicular to the first axis (the travel axis of the linear drive 26 of the closing device). The ability of the unit comprising the closing unit 17 and the storage container 15 to move in two axes aligned perpendicular to one another makes it possible to move a large number of housings 2 of sample containers 1, which are positioned in several rows in a total of three sample container carriers 7, and to close each one with a closure element 8. The correct placement of the closure element 8 in the individual housings 2 is checked with the aid of a laser distance sensor (not shown).

Die Fig. 19 zeigt in einer schematischen Darstellung die Möglichkeit, die Verschlusselemente 8 lösbar in einem Förderband (Blistergurt) 28 zu fixieren und diese nacheinander über eine Bewegung des Förderbands 28 in der Übergabeposition zu positionieren, von der aus diese dann mittels eines Stößels 13 in den Öffnungskanal eines Probenbehältnisses 1 eingebracht werden können. Das Förderband 28 weist ein mit in regelmäßiger Teilung angeordneten Öffnungen versehenes Grundband 36 auf, wobei im Bereich jeder der Öffnungen ein Verschlusselement 8 an der einen Seite des Grundbands 26 anliegt und dort von einem Halteband 37 umgeben und somit gehalten wird. Die einzelnen Verschlusselemente können mittels des Stößels 13 durch die jeweilige Öffnung aus dem Förderband 28 herausgelöst und in den Öffnungskanal des Probenbehältnisses 1 getrieben werden.The Fig. 19 shows in a schematic representation the possibility of releasably fixing the closure elements 8 in a conveyor belt (blister belt) 28 and of positioning them one after the other in the transfer position by moving the conveyor belt 28, from which they can then be introduced into the opening channel of a sample container 1 by means of a plunger 13. The conveyor belt 28 has a base belt 36 provided with openings arranged at regular intervals, wherein in the area of each of the openings a closure element 8 rests on one side of the base belt 26 and is surrounded there by a holding band 37 and thus held. The individual closure elements can be released from the conveyor belt 28 through the respective opening by means of the plunger 13 and driven into the opening channel of the sample container 1.

Claims (15)

  1. Sample container (1) with
    - a housing (2) which forms a sample chamber for receiving a sample and has at least one annular opening which extends into the sample chamber in the form of a channel,
    - and a spherical closure element (8),
    wherein the opening channel has a (closure) section (11) and for closing the spherical closure element (8) is in contact with the housing to form a one-piece closure element,
    wherein the opening channel between the closure section (11) and the opening on the inside forms a protrusion (12) which reduces the opening cross-section of the opening channel relative to the opening cross-section in the closure section (11), characterized in that the opening channel in the region of the closure section (11) is cylindrical and the diameter of the closure element (8) exceeds the diameter of the opening channel in at least the (closure) section (11) only to such an extent so that the closure element (8) can be force-fitted with its largest circumference in the closure section (11), as a result of which the resulting forces have no or only a relatively small force component in the longitudinal axial direction of the opening channel.
  2. Sample container (1) according to claim 1, characterized in that the opening channel between the closure section (11) and the outside opening forms a further protrusion (10) which reduces the opening cross-section of the opening channel compared with the opening cross-section in the closure section (11).
  3. Sample container (1) according to claims 1 and 2, characterized in that the opening cross-section of the opening channel in the region of the further protrusion (10) is larger than that in the region of the protrusion (12).
  4. Sample container (1) according to claim 1 and 2 or claim 3, characterized by a distance between the further protrusion (10) and the protrusion (12) which permits a positioning tolerance of the closure element of max. 5 mm and in particular of max. 1.0 mm.
  5. Sample container (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is tubular and the opening is arranged at one end of the housing (2).
  6. Sample container (1) according to claim 5, characterized in that the housing (2) is tapered at a second end.
  7. Sample container (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is optically transparent in at least a section of the closure section (11) and/or the tapered end.
  8. Sample container (1) according to claim 7, characterized in that the housing (2) in the region of the tapered end is formed with a smaller wall thickness than in at least a second region of the sample chamber.
  9. Sample container (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) forms a shoulder (6) for forming a support surface.
  10. Sample container (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2), at least in the closure section (11) of the opening channel, and the closure element (8) are formed from a material with an equally large coefficient of thermal expansion.
  11. Sample container (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the closure element (8) is made of an electrically conductive material.
  12. Sample container (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the closure element (8) is made of a non-fluorescent material.
  13. Sample container (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is provided with a predetermined breaking point.
  14. Sample container according to one of the preceding claims, characterized by a second closure section (11) for a second closure element (8), wherein a second sample chamber is formed between the two closure elements (8).
  15. Sample container according to claim 14, characterized in that a bypass channel (14) is provided in the wall of the housing (2) between the two closure sections (11).
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