FI77055C - Vaermegradient-inkubator. - Google Patents

Description

! 77055 Lärapögradientti-inkubaattori - Värmegradient-inkubator

Keksinnön kohteena on mikrobien lämpötilasta riippuvan kasvun ja muun toiminnan tutkimiseen ja seurantaan tarkoitettu lämpögradientti-inkubaattori, johon kuuluu gradienttilevy, jonka muodostaa suorakaiteen muotoinen, lämpöä hyvin johtava levy kuten metallilevy, jonka kahteen vastakkaiseen pitkään reunaan liittyy lämpötilan vakiointielimet.

Tutkittaessa biologisten toimintojen riippuvuutta lämpötilasta, lämpögradientti-inkubaattorit ovat monin tavoin käyttökelpoisia laitteita. Lähes kaikissa kirjallisuudessa kuvatuissa ratkaisuissa lämpötilagradientti saadaan aikaan lämmittämällä pitkänomaisen metallikappaleen toinen pää vakio-lämpötilaan. Toinen pää on joko vapaasti jäähtyvä tai vakio-lämpötilaan jäähdytetty. Lämmön johtumisen ansiosta metalli-kappaleeseen syntyy enemmän tai vähemmän lineaarinen lämpötilagradientti, jota voidaan käyttää hyväksi mikrobien kasvun ja toiminnan tutkimiseen portaattomasti muuttuvissa lämpötiloissa .

Kirjallisuudessa selostetut, mikrobiologiseen käyttöön tarkoitetut lämpögradientti-inkubaattorit ovat etupäässä kahta tyyppiä. Toiset on tarkoitettu mikrobien kasvatukseen neste-viljelmissä, toiset viljelyyn agarhyytelössä tai muussa "kiinteässä" kasvualustassa. Jälkimmäisessä tyypissä on mahdollista toteuttaa portaaton lämpötilagradientti. Olemassa olevien laitteiden geometrialle on tyypillistä, että lämpötila muuttuu pitkin metallikappaleen suurinta dimensiota, jolloin lämpötilan jakauma sivuttais- eli isotermin suunnassa itsestään vakioituu riittävästi. Mikäli viljelykapasiteettia halutaan kasvattaa sivusuuntaan, joko lämpötilan jakauma muuttuu vaikeaksi hallita, tai laitteet tulevat suuriksi siinä tapauksessa, että pituussuunta edelleen säilytetään gradientin suuntana. Yleensä tähän mennessä kuvattujen lämpögradientti-inkubaattorien kapasiteetti on yhdestä viljelmästä muutamaan viljelmään ajoa kohti.

2 77055

Keksinnön tarkoituksena on kehittää parannettu lämpögra-dientti-inkubaattori, jolla aikansaadaan entistä suurempi viljelykapasiteetti suhteessa laitteen kokoon menettämättä täsmällistä ortogonaalista lämpötilakenttää.

Nämä tarkoitukset saavutetaan keksinnön mukaan siten, että kahdet erilliset lämpötilan vakiointielimet on järjestetty ulottumaan gradienttilevyn pidemmän dimension suunnassa ja että ainakin toisiin vakiointielimiin johdetut nestevirtauk-set gradienttilevyn vastakkaisilla puolilla kohdakkain olevissa lämmönjohde-elementeissä ovat toisiinsa nähden vastakkaissuuntaiset, mikä on ratkaistu siten, että lämpötilan va-kiointinesteen tuloputki haarautuu kahteen putkihaaraan, jotka liittyvät gradienttilevyn vastakkaisilla puolilla kohdakkain olevien lämmönjohde-elementtien vastakkaisiin päihin, ja lähtöputken haarojen päät liittyvät samojen lämmönjohde-elementtien vastakkaisiin päihin, jotka myös ovat gradienttilevyn eri puolilla.

Kapasiteetin lisäys saadaan aikaan 1) levittämällä gradient-tilevyä gradientin suhteen poikittaisessa suunnassa ja 2) gradienttilevyn kaksipuolisella hyväksikäytöllä. Tästä johtuvat vaikeudet säilyttää isotermit suorina ja gradienttia vastaan kohtisuorassa on ratkaistu soveltamalla vastavirtape-riaatetta lämpötilan vakiointielimissä.

Kahdet erilliset lämpötilan vakiointielimet on siis järjestetty ulottumaan gradienttilevyn pidemmän dimension suunnassa ja ovat gradienttilevyn lyhyemmän dimension suunnassa sellaisella keskinäisellä etäisyydellä, joka on olennaisesti lyhyempi kuin lämpötilan vakiointielinten pituus ja/tai gradienttilevyn pidempi dimensio. Kun kahdet erilliset lämpötilan vakiointielimet on järjestetty edellä mainitun geometrian mukaisesti ja niihin aikaansaadaan tasainen lämpötila vastavir-taperiaatteella tai sähköisesti yhdessä vastavirtaperiaatteen kanssa, saadaan lämpögradientti tarkasti ja hallitusti jaetuksi gradienttilevyn koko pinta-alalle, joka siten pystytään 3 77055 tehokkaasti hyväksikäyttämään.

Seuraavassa keksinnön eräitä suoritusesimerkkejä kuvataan lähemmin viittaamalla oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää keksinnön mukaista gradientti-inkubaattoria, tai tarkemmin sanottuna inkubaattorin keksinnön mukaista ydinosaa perspektiivikuvana.

Kuvio 2 esittää perspektiivikuvana inkubaattoria, jossa kuvion 1 tai kuvion 3 mukainen ydinosa on sijoitettu lämpöeristekoteloon.

Kuvio 3 esittää perspektiivikuvana keksinnön toisen suoritusmuodon mukaista inkubaattorin ydinosaa.

Inkubaattorilaitteen yhden osan muodostaa lämpöä hyvin johtava gradienttilevy 1, joka on sopivimmin suorakaiteen muotoinen metallilevy. Levyn 1 vastakkaisiin pitkiin reunoihin aikaansaadaan eri suuret vakiolämpötilat nestekierrolla ainakin toisen reunan osalta. Toisessa reunassa voidaan käyttää myös sähkövastusta. Nestekierrossa levyn reunoihin kummallekin puolelle kiinnitettyjen onttojen lämmönjohde-elementtien 2 läpi pumpataan nesteitä, joiden lämpötilat vakioidaan laitteen ulkopuolisissa, termostoiduissa hauteissa. Nesteputkis-tot on siten rakennettu, että tulevan nesteen putki 5 jakautuu kahdeksi putkihaaraksi, jotka liittyvät gradienttilevyn vastakkaisilla puolilla kohdakkain olevien lämmönjohde-elementtien 2 vastakkaisiin päihin. Vastaavasti lähtöputken 7 haarojen päät liittyvät samojen lämmönjohde-elementtien vastakkaisiin päihin, jotka myös ovat gradienttilevyn eri puolilla. Tällöin nestevirtaukset kiertävät vastakkaisiin suuntiin gradienttilevyn vastakkaisilla puolilla olevien lämmön-johde-elementtien 2 sisäpuolisissa kanavissa. Vastakkaissuuntaisten virtausten avulla varmistetaan, että gradienttilevyn 1 vastaavan reunan lämpötila on olennaisesti vakio sen koko pituudella. Putket 5 ja 7 on liitetty letkuilla termostoituun hauteeseen kierrätettävän nesteen lämpötilan vakioimiseksi.

4 77055

Kuvion 1 tapauksessa gradienttilevyn 1 molempien reunojen lämpötilan vakiointi suoritetaan nestekierron avulla. Nesteiden lämpötilojen ja lämpötilaerojen valinnalla voidaan kattaa käytännöllisesti katsoen mikä tahansa haluttu lämpö-tilagradienttialue levyn 1 lyhyemmän dimension suunnassa.

Sen sijaan levyn 1 pidemmän dimension suunnassa lämpötila on olennaisesti vakio koko matkalla. Levyn 1 lyhyemmän dimension suunnassa gradientti on lineaarinen lukuunottamatta aivan kapeita reunavyöhykkeitä levyn reunoissa, jotka muutenkaan eivät tulisi käyttöön.

Kuvio 3 esittää tapausta, missä levyn 1 toisessa reunassa olevia lämmönjohde-elementtejä 10 lämmitetään sähkövastuksella 11 ja jäähdytyspuolen vakiointielimiin 2 johdetaan neste-virtaukset vastavirtaperiaatteella. Jäähdytyspuolella voidaan käyttää myös sähköistä jäähdytyselementtiä, mutta lämmön poisjohtaminen on suoritettava vakiointielimillä, joihin nes-tevirtaukset johdetaan vastavirtaperiaatteella.

Kaikissa suoritusmuodoissa lämpögradienttia valvotaan anturi-kappaleella 3, jossa on kaksi tai useampia sähköisiä mitta-antureita 6, jotka ovat gradienttilevyn lyhyemmän dimension suunnassa tunnetun välimatkan päässä toisistaan. Mitta-anturien 6 anturisignaaleista määritetään gradienttilevyn 1 pintalämpötilat tarkoin tunnetuilla etäisyyksillä laitteen käyttötilan laidoista. Syntyvän gradientin lineaarisuus taataan siten, että inkubaattorin ydinosa (kuvio 1 tai kuvio 3) suljetaan lämpöeristettyyn koteloon 8 (kuvio 2). Kotelo 8 avautuu kahdelta puolelta, joten gradienttilevyn 1 molempia puolia voidaan käyttää hyväksi. Käyttötilan lämpöeriste 4 on kiinnitetty kanteen 12.

Putket 5 ja 7 sekä mitta-anturien 6 signaalijohdon läpivienti 9 on johdettu kotelon 8 lämpöeristeiden läpi.

Keksinnön mukaisen lämpögradientti-inkubaattorin tärkeimmät edut ovat sen pieni koko, jatkuva lämpötilagradientti, orto- 5 77055 gonaalinen lämpötilakenttä ja suuri viljelykapasiteetti. Suuri kapasiteetti perustuu siihen, että gradienttilevy on gradientin suuntaista pituuttaan olennaisesti leveämpi ja molemmin puolin käytettävissä. Lämpötilakentän laatu puolestaan johtuu teknisistä ratkaisuista vakiointielimissä.

Claims (4)

6 77055

1. Mikrobien lämpötilasta riippuvan kasvun ja muun toiminnan tutkimiseen ja seurantaan tarkoitettu lämpögradientti-inku-baattori, johon kuuluu gradienttilevy (1), jonka muodostaa suorakaiteen muotoinen, lämpöä hyvin johtava levy kuten metallilevy, jonka kahteen vastakkaiseen reunaan liittyy lämpötilan vakiointielimet, tunnettu siitä, että kahdet erilliset lämpötilan vakiointielimet (2) on järjestetty ulottumaan gradienttilevyn (1) pidemmän dimension suunnassa ja että ainakin toisiin vakiointielimiin (2) johdetut nestevir-taukset gradienttilevyn vastakkaisilla puolilla kohdakkain olevissa lämmön johde-elementeissä (2) ovat toisiinsa nähden vastakkaissuuntaiset, mikä on ratkaistu siten, että lämpötilan vakiointinesteen tuloputki (5) haarautuu kahteen putki-haaraan, jotka liittyvät gradienttilevyn (1) vastakkaisilla puolilla kohdakkain olevien lämmönjohde-elementtien (2) vastakkaisiin päihin, ja lähtöputken (7) haarojen päät liittyvät samojen lämmönjohde-elementtien (2) vastakkaisiin päihin, jotka myös ovat gradienttilevyn (1) eri puolilla.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen inkubaattori, tunnettu siitä, että lämpötilan vakiointielimiin (2) kuuluu gradienttilevyn (1) vastakkaisiin pintoihin, levyn molempiin sivureunoihin kiinnitetyt metalliset lämmönjohde-elementit, että gradienttilevyn (1) toisen sivureunan vastakkaisilla puolilla kohdakkain oleviin lämmönjohde-elementteihin (10) liittyy sähkövastus (11), ja että vastavirtaperiaatteella toimivat jäähdytysnestevirtaukset on johdettu gradienttilevyn (1) toisen sivureunan vastakkaisilla puolilla kohdakkain olevien lämmönjohde-elementtien (2) kautta.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen inkubaattori, tunnettu siitä, että gradienttilevyn (1) keskialueella on sen lyhyemmän dimension suunnassa tunnettujen välimatkojen päässä toisistaan olevia lämpötila-antureita (6), jotka koskettavat gradienttilevyn (1) pintaa ja että lämpötila- 7 77055 anturit (6) on sovitettu eristysainekappaleeseen (3), joka on gradienttilevyn (1) pinnalla ja ulottuu olennaisesti lämpötilan vakiointielimien (2; 2, 10) välisen matkan.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen inkubaattori, tunnettu siitä, että gradienttilevy (1) yhdessä lämpötilan vakiointielinten (2, 10) kanssa muodostaa inkubaatto-riytimen, joka on sijoitettu lämpöeristettyyn koteloon (8), jossa on aukot gradienttilevyn (1) molemmilla puolilla lämpötilan vakiointielimistä vapaaksi jäävän pinnan alueella ja kannet (12), joissa on lämpöeristeet (4) mainittujen aukkojen peittämiseksi kansien (12) ollessa suljettuina. Patentkrav 77055