NL9000481A - Inrichting voor het automatisch uitvoeren van een biotechnologisch proces bij verschillende gewenste temperaturen. - Google Patents

Description

Inrichting voor het automatisch uitvoeren van een bio-technologisch proces bij verschillende gewenste temperaturen.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het automatisch uitvoeren van een biotechnologisch proces bij verschillende gewenste temperaturen, voorzien van een reactorruimte met een waterbad, waarin een aantal monsterhouders met te bewerken monsters plaatsbaar zijn, instelmiddelen voor het instellen van de gewenste temperaturen en tijden, gedurende welke elke ingestelde temperatuur moet worden gehandhaafd, een temperatuursensor voor het meten van de temperatuur van het waterbad en een besturingseenheid voor het regelen van de temperatuur van het waterbad in afhankelijkheid van de gemeten temperatuur en de tijd.

Een dergelijke inrichting wordt de laatste tijd vooral gebruikt voor het toepassen van een sterk in de belangstelling staande techniek, die gewoonlijk wordt aangeduid als Polymerase Chain Reaction (PCR). Deze techniek is gebaseerd op een cyclisch herhaalde DNA-synthese met behulp van een thermostabiel DNA-polymerase. Voor het toepassen van deze PCR-techniek moeten de monsterhouders met de te bewerken monsters op drie verschillende temperaturen kunnen worden gehouden gedurende drie verschillende tijden. Voorts moet het doorlopen van deze drie temperaturen cyclisch een aantal malen worden herhaald. Als voorbeeld kan

O

een cyclus van achtereenvolgens 95 C gedurende 1 min., o o 37 C gedurende 30 s en 65 C gedurende '3 min. worden genoemd, die 32 maal moet worden doorlopen.

Bij een bekende inrichting van deze soort wordt het waterbad voor het realiseren van de drie gewenste temperaturen telkens gevuld vanuit een van drie reservoirs, waarin zich water met de betreffende gewenste temperatuur 1 bevindt. Hierdoor heeft de bekende inrichting een betrekkelijk gecompliceerde constructie. Bovendien moet het water in de verschillende reservoirs op de gewenste temperatuur worden

O

gehouden, waarbij het water op de hoge temperatuur van 95 C snel verdampt, terwijl het water bij de lage temperatuur van

O

37 C een ideale voedingsbodem voor verontreinigingen vormt.

Voorts heeft deze bekende inrichting het nadeel, dat de monsterhouders door het water indirect worden verwarmd, waardoor het lang duurt voordat de monsters zelf de gewenste temperatuur hebben bereikt. Het totale proces neemt hierdoor veel tijd in beslag.

Bij een andere bekende inrichting wordt gebruik gemaakt van Peltier-elementen voor het realiseren van de verschillende gewenste temperaturen. Ook deze bekende inrichting heeft eveneens het bezwaar, dat de gewenste temperatuur van de monsters zelf door de indirecte verwarming slechts langzaam wordt bereikt. Voorts is de temperatuurverdeling over de door de Peltier-elementen verwarmde drager voor de monsterhouders niet gelijkmatig.

De uitvinding beoogt een inrichting van de in de aanhef genoemde soort te verschaffen, waarbij de bezwaren van de bekende inrichting op doeltreffende wijze zijn ondervangen.

Hiertoe heeft de inrichting van de in de aanhef genoemde soort volgens de uitvinding het kenmerk, dat tenminste één magnetronbuis in de reactorruimte is aangebracht voor het verwarmen van het waterbad en de daarin geplaatste monsterhouders en dat het waterbad aansluitbaar is op een waterleiding via een watertoevoerleiding, waarbij de besturingseenheid de magnetronbuis bestuurt in afhankelijkheid van de gewenste temperatuur en de tijd.

Op deze wijze wordt bereikt, dat de monsters in de monsterhouders snel op de gewenste temperatuur kunnen worden gebracht, doordat de monsters tezamen met het waterbad direct door de microgolfstraling van de magnetronbuis worden verwarmd. Voor het bereiken van de lage temperatuur van

O

bijvoorbeeld 37 C kunnen de monsters snel worden afgekoeld door vers koud water aan het waterbad toe te voeren. Er behoeven bij de inrichting volgens de uitvinding geen verschillende watervoorraden op verschillende temperaturen te worden gehouden. Hierdoor doen zich geen problemen als verdamping en bacteriegroei in de waterbaden meer voor. Doordat de monsters snel op de gewenste temperaturen kunnen worden gebracht, kan de totale procestijd aanmerkelijk worden bekort. Voorts is het mogelijk de monsters na afloop van het totale proces zeer snel af te koelen, waardoor de bewerkte monsters goed bewaard kunnen blijven.

Bij voorkeur is in de watertoevoerleiding een elektrisch bedienbare klep opgenomen, die bestuurbaar is door de besturingseenheid. Hierdoor kan de besturingseenheid tevens de toevoer van koud water in afhankelijkheid van de verschillende gewenste temperaturen handhaven.

De uitvinding wordt hierna nader toegelicht aan de hand van de tekening, waarin een uitvoeringsvoorbeeld van de inrichting volgens de uitvinding sterk schematisch is weergegeven .

De in de tekening weergegeven inrichting is bestemd voor het automatisch uitvoeren van een biotechnolo-gisch proces, dat bekend staat als Polymerase Chain Reaction (PCR). Dit proces is gebaseerd op een cyclisch herhaalde DNA-synthese met behulp van een thermostabiel DNA-polymerase. Dit proces omvat bijvoorbeeld 32 cycli, waarbij een monster gedurende voorafbepaalde tijden op voorafbepaalde temperaturen wordt gehouden. De PCR-cyclus kan bijvoorbeeld bestaan uit een periode van 1 min., gedurende welke het monster op

O

95 C wordt gehouden, een periode van dertig seconden,

O

gedurende welke het monster op 37 C wordt gehouden en een

O

periode van 3 min., gedurende welke het monster op 65 C wordt gehouden. De verschillende perioden worden gewoonlijk met incubatietijd aangeduid.

De weergegeven inrichting is voorzien van een kamer 1, die door een in de tekening niet weergegeven deur afsluitbaar is. In de kamer 1 is een gesloten waterbad 2 op een draagplaat 3 ondersteund, welk waterbad is voorzien van een aantal naast elkaar liggende rijen opneemruimten 4 voor reactievaatjes 5, waarbij in de tekening slechts één rij opneemruimten 4 zichtbaar is. Opgemerkt wordt, dat de kamer 1, het waterbad 2 en de opneemruimten 4 met reactievaatjes 5 in de tekening niet op schaal zijn weergegeven.

Het waterbad 2 is voorzien van een inlaatleiding 6, die via een elektrisch bedienbare mengklep 7 op een door een pijl aangeduide waterleiding aansluitbaar is. Voorts heeft het waterbad 2 een uitlaatleiding 8, die via een elektrisch bedienbare klep 9 met een afvoer is verbonden en via een retourleiding 10 met de mengklep 7 is verbonden. In de retourleiding kan desgewenst een circulatiepomp zijn opgenomen voor het laten circuleren van het water door het waterbad 2. Het is ook mogelijk een gewone elektrisch bedien-bare klep in de inlaatleiding 6 op te nemen en de uitlaat-leiding 8 direct op een afvoer te laten uitmonden, waarbij geen retourleiding aanwezig is.

De genoemde kleppen 7 en 9 worden bediend door een besturingseenheid 11. Deze besturingseenheid 11 bestuurt voorts een in de kamer 1 gemonteerde magnetronbuis 12, waarmee in de kamer 1 microgolfstraling kan worden opgewekt voor het direct verwarmen van de zich in de reactievaatjes 5 bevindende monsters. Voorts is op de besturingseenheid 11 een temperatuursensor 13 aangesloten, die de temperatuur van het water in het waterbad 2 meet.

Voor het instellen van de verschillende gewenste temperaturen, de incubatietijden en het aantal opeenvolgende cycli is een toetsenbord 14 aangebracht, terwijl voorts een weergeeforgaan 15 op de besturingseenheid 11 is aangesloten, waarmee verschillende gegevens zichtbaar kunnen worden gemaakt, bijvoorbeeld de momentele temperatuur van het water in het waterbad 2 en het aantal afgewerkte cycli.

De beschreven inrichting werkt als volgt.

Via het toetsenbord 14 worden de drie gewenste temperaturen met bijbehorende incubatietijden, alsmede het aantal gewenste cycli ingesteld. Een waterkraan 16 wordt geopend, zodat het waterbad 2 zich via de mengklep 7 kan vullen met water. Vervolgens wordt een op het toetsenbord 14 aanwezige startknop ingedrukt, waarna de besturingseenheid 11 de magnetronbuis 12 inschakelt, zodat het water en de

O

monsters in de reactievaatjes 5 tot 95 C worden verwarmd.

De mengklep 7 is daarbij gesloten. Het waterbad 2 wordt vervolgens gedurende de ingestelde incubatietijd van

O

bijvoorbeeld 1 min. op 95 C gehouden door het in- en uitschakelen van de magnetronbuis 12 door middel van de besturingseenheid 11 in afhankelijkheid van de door de temperatuursensor 13 gemeten temperatuur van het water in het waterbad 2. Proefnemingen hebben aangetoond, dat deze temperatuur van het water nauwkeurig overeenkomt met de temperatuur van de monsters. Daarbij kan desgewenst het water door een niet weergegeven pomp worden gecirculeerd om een te hoge temperatuur te vermijden en kan eventueel koud water via de mengklep 7 worden bijgemengd.

Na afloop van de eerste periode schakelt de besturingseenheid 11 de magnetronbuis 12 uit en opent de

O

mengklep 7, zodat een snelle afkoeling naar 37 C wordt bereikt. Deze temperatuur wordt dan gedurende bijvoorbeeld dertig seconden gehandhaafd door de magnetronbuis 12 periodiek in te schakelen en het openen en sluiten van de klep 7.

Na het verstrijken van de periode van dertig seconden sluit de besturingseenheid 11 de mengklep 7 en schakelt de magnetronbuis 12 in, waardoor de temperatuur van

O

het waterbad 2 naar 65 C wordt verhoogd, welke temperatuur gedurende bijvoorbeeld 3 min. wordt gehandhaafd. Na afloop van deze derde periode wordt de temperatuur opnieuw verhoogd

O

naar 95 C en wordt de beschreven cyclus het ingestelde aantal malen herhaald.

Nadat het gehele proces is voltooid, wordt de klep 7 geopend, zodat de temperatuur in het waterbad 2 zeer snel op de temperatuur van het koude water wordt gebracht.

Uit het voorgaande zal duidelijk zijn, dat de beschreven inrichting het belangrijke voordeel heeft dat de monsters in de reactievaatjes 5 direct door de microgolf-straling worden verwarmd, waardoor de verschillende incubatietijden korter kunnen worden gekozen, zodat het totale proces aanmerkelijk kan worden verkort. Na afloop van het totale proces kunnen de monsters snel worden gekoeld, waardoor de bewerkte monsters goed bewaard blijven. Voorts zijn geen verschillende waterbaden meer nodig, die elk op een bepaalde temperatuur moeten worden gehouden, waardoor de daarmee gepaard gaande problemen van een snelle verdamping van het water en sterke verontreiniging worden vermeden.

De uitvinding is niet beperkt tot het in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoorbeeld, dat binnen het kader van de bijgaande conclusies op verschillende manieren kan worden gevarieerd.

Claims (3)

1. Inrichting voor het automatisch uitvoeren van een biotechnologisch proces bij verschillende gewenste temperaturen, voorzien van een reactorruimte met een waterbad, waarin een aantal monsterhouders met te onderzoeken monsters plaatsbaar zijn, instelmiddelen voor het instellen van de gewenste temperaturen en tijden, gedurende welke elke ingestelde temperatuur moet worden gehandhaafd, een tempera-tuursensor voor het meten van de temperatuur van het waterbad en een besturingseenheid voor het regelen van de temperatuur van het waterbad in afhankelijkheid van de gemeten temperatuur en de tijd, met het kenmerk, dat tenminste één magnetronbuis in de reactorruimte is aangebracht voor het verwarmen van het waterbad en de daarin geplaatste monster-houders en dat het waterbad aansluitbaar is op een waterleiding via een watertoevoerleiding, waarbij de besturingseenheid de magnetronbuis en de klep bestuurt in afhankelijkheid van de gewenste temperatuur en de tijd.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een elektrisch bedienbare klep in de watertoevoerleiding is opgenomen, die bestuurbaar is door de besturingseenheid.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat een waterafvoerleiding van het waterbad koppelbaar is met de watertoevoerleiding voor het tot stand brengen van een gesloten circulatie-circuit tijdens het handhaven van een gewenste temperatuur van het waterbad.