WO2002062477A2 - Vorrichtung zur ausrichtung eines probenträgers - Google Patents

Abstract

Eine Untersuchungsvorrichtung weist eine Aufnahmeeinrichtung und einen in die Aufnahmeeinrichtung einlegbaren Probenträger auf. Der Probenträger weist eine Trägerplatte (10) zur Aufnahme von chemischen und/oder biologischen Proben auf. Die Trägerplatte (10) weist eine Aufnahmeseite (14), über die die Proben zugeführt werden, und eine der Aufnahmeseite (14) gegenüberliegende Bodenseite (20) auf. An der Bodenseite (20) der Trägerplatte (10) sind Auflageelemente (22,24,26) zur Fixierung in der Aufnahmeeinrichtung der Untersuchungs-vorrichtung vorgesehen. An der Aufnahmeeinrichtung sind zu den Auflageelementen (22,24,26) korrespondierende Aufnahmeelemente (28,34,42) vorgesehen.

Description

Untersucht, nαsvorrichtunq

Die Erfindung betrifft eine Untersuchungsvorrichtung zum Untersuchen von chemischen und/oder biologischen Proben. Ferner betrifft die Erfindung einen in die Untersuchungsvorrichtung einlegbaren Probenträger.

Bei derartigen Untersuchungsvorrichtungen handelt es sich beispielsweise um Vorrichtungen zur Durchführung von Screening-Verfahren (High Throughput Screening). Hierbei werden kleine Probenmengen Probenträgern zugeführt, so dass ein Probenträger eine Vielzahl von Proben aufweist. Die einzelnen Proben werden beispielsweise in einem automatisierten Verfahren nacheinander mit Hilfe von Mikroskopen oder anderen Untersuchungseinrichtungen untersucht. Da bei modernen Probenträgern die Probenmengen sehr klein sind und somit die Abstände zwischen den einzelnen Proben sehr gering sind, ist es erforderlich, dass die Lage der Probenträger in der Untersuchungsvorrichtung genau definiert ist. Dies ist auch deswegen von großer Bedeutung, da es sich um kontinuierliche Untersuchungsverfahren handelt, bei denen beispielsweise der Probenträger relativ zum Mikroskop verschoben wird. Hierbei muss sichergestellt sein, dass die Probe exakt im Strahlengang des Mikroskops angeordnet ist.

Um die Lage der Probenträger in einer Aufnahmeeinπchtung der Untersuchungsvorrichtung genau zu definieren, ist es bekannt, den im Allgemeinen rechteckigen Probenträger in einen Rahmen mit geringen Toleranzen einzulegen. Zum Einlegen und Herausnehmen der Probenträger aus dem Rahmen werden Handhabungseinrichtungen, wie beispielsweise Greifarme, verwendet, um ein automatisches Einlegen und Herausnehmen der Probenträger zu ermöglichen. Da der Probenträger zum Einlegen in den Rahmen exakt über dem Rahmen positioniert werden muss, sind derartige Handhabungseinrichtungen äußerst aufwendig und daher kostenintensiv.

Ferner weist die Zentrierung des Probenträgers mit Hilfe einer als Rahmen ausgebildeten Aufnahmeeinrichtung den Nachteil auf, dass im Kunststoffspritzgussverfahren hergestellte Probenträger nicht an den Außenseiten angespritzt werden können. Beim Anspritzen entsteht ein Anguss, der zu einer Unebenheit der Außenkante führt. Diese Unebenheiten können dazu führen, dass der Probenträger nicht lagegenau in den Rahmen eingelegt werden kann oder in diesem verklemmt.

Ein weiterer Nachteil einer rahmenförmigen Aufnahmeeinrichtung besteht darin, dass die Probenträger während der Untersuchung thermischen Einflüssen ausgesetzt sind. Aufgrund der thermischen Einflüsse kann es zu Ausdehnungen in den Probenträgern kommen. Dies führt zum Verklemmen des Probenträgers in dem Rahmen.

Bei dem Probenträger kann es sich beispielsweise um eine Titerplatte handeln. Diese weisen üblicherweise eine Trägerplatte auf, in der matrixförmig angeordnete Ausnehmungen vorgesehen sind. In die Ausnehmungen wird mit Hilfe eines automatisierten Prozesses beispielsweise eine Probe gefüllt. Diese Proben werden anschließend automatisch untersucht. Insbesondere handelt es sich bei den in den Ausnehmungen aufgenommenen Proben um Kleinstproben mit einem Volumen von weniger als 1 ml. In modernen Verfahren werden Titerplatten eingesetzt, in denen Probenmengen im Microliter- oder Submicro- literbereich untersucht werden können.

Ferner kann es sich bei den Probenträgern um Chips handeln. Chips weisen üblicherweise einen oder mehrere Kanäle sowie ggf. ein oder mehrere Flüssigkeitsreservoirs auf. Handelt es sich beispielsweise um einen mikrofluiden Chip mit vorzugsweise zwei Reservoirs, die über einen Kanal miteinander verbunden sind, können beispielsweise Eigenschaften des Fluidaustausches untersucht werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Untersuchungsvorrichtung zur Untersuchung von chemischen und/oder biologischen Proben zu schaffen, in die ein Probenträger bei guter Lagefixierung einfach einlegbar ist. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, einen Probenträger zu schaffen, der bei guter Lagefixierung einfach in eine Untersuchungsvorrichtung einlegbar ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 10.

Die erfindungsgemäße Untersuchungsvorrichtung weist eine Aufnahmeeinrichtung sowie einen Probenträger auf. Der Probenträger ist in die Aufnahmeeinrichtung einlegbar. Der Probenträger weist eine Trägerplatte mit einer Aufnahmeseite, über die die Proben zugeführt werden und eine der Aufnahmeseite gegenüberliegenden Bodenseite auf. Handelt es sich bei dem Probenträger beispielsweise um eine Titerplatte, so ist die Aufnahmeseite diejenige, auf der die einzelnen Vertiefungen offen sind, so dass über die Öffnungen Proben in die Vertiefungen gefüllt werden können.

Erfindungsgemäß weist die Trägerplatte an ihrer Bodenseite Auflageelemente zur Lagefixierung in der Aufnahmeeinrichtung auf. Die Auflageelemente sind somit unmittelbar an der Bodenseite und/ oder der Unterseite der Trägerplatte angeordnet. Die Aufnahmeeinrichtung der Untersuchungsvorrichtung weist zu den Auflageelementen der Trägerplatte korrespondierende Aufnahmeelemente auf. Der Probenträger kann so auf einfache Weise von oben auf die Aufnahmeelemente der Aufnahmeeinrichtung gelegt werden. Hierbei muss lediglich darauf geachtet werden, dass einem Auflageelement der Trägerplatte jeweils ein korrespondierendes Aufnahmeelement der Aufnahmeeinrichtung gegenüberliegend angeordnet ist. Hierbei können die Auflage- bzw. Aufnahmeelemente derart ausgebildet sein, dass eine Selbstjustierung des Bodenträgers in der Aufnahmeeinrichtung erfolgt. Dies hat den Vorteil, dass die Auflageelemente beim Einlegen des Probenträgers in die Aufnahmeeinrichtung nicht exakt gegenüber den Aufnahmeelementen angeordnet sein müssen.

Das Vorsehen von Auflageelementen an der Bodenseite der Trägerplatte hat den Vorteil, dass die Trägerplatte leichter in die Aufnahmeeinrichtung eingelegt werden kann. Ferner kann sich der Probenträger aufgrund von thermischen Einflüssen ausdehnen, ohne in einer Halterung, wie beispielsweise einem Rahmen, zu verklemmen. Da der äußere Rand des Probenträgers nicht zur Lagefixierung benötigt wird, ist es möglich, den Probenträger von außen über den Rand anzuspritzen. Dies vereinfacht die Fertigung und verringert die Fertigungskosten.

Die Auflageelemente sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Trägerplatte bzgl. ihrer beiden horizontalen Freiheitsgrade beim Einlegen in die Aufnahmeeinrichtung automatisch in dieser ausgerichtet wird. Dies hat den Vorteil, dass geringfügige horizontale Verschiebungen zwischen den Auflageelementen und den Aufnahmeelementen beim Einlegen des Probenträgers in die Aufnahmeeinrichtung keine Störungen hervorrufen.

Um ein automatisches Ausrichten des Probenträgers zu verwirklichen, können beispielsweise mindestens zwei Auflageelemente vorgesehen sein. Eines der beiden Auflageelemente weist vorzugsweise eine kugelförmige Oberfläche auf, die in ein als Kegelschale ausgebildetes Aufnahmeelement der Aufnahmeeinrichtung eingreift. Durch dieses Elementenpaar ist ein Verschieben der Platte in horizontaler Richtung vermieden. Die Platte kann nur noch um eine durch den Kugelmittelpunkt verlaufende vertikale Achse gedreht werden. Um ein Drehen der Platte zu vermeiden, ist es ausreichend, als zweites Elementenpaar als Auflageelement beispielsweise eine V-förmige Rinne vorzusehen, in die beispielsweise ein Stift mit kugelförmigem Ende als Aufnahmeelement eingeführt wird. Da jeweils die Kombination eines Elementenpaares relevant ist, ist es unerheblich, welches der beiden miteinander korrespondierenden Elemente an der Trägerplatte und welches an der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen ist.

Eine weitere Möglichkeit zum automatischen Ausrichten des Probenträgers bzgl. der beiden horizontalen Freiheitsgrade besteht darin, zwei Elementenpaare vorzusehen, die jeweils aus einer V-förmigen oder prismenförmigen Nut und einem Stift mit kugelförmigem Ende bzw. abgerundeter Spitze bestehen. Hierbei müssen - die Längsrichtungen der beiden Nuten einen Winkel miteinander einschließen. Ein Verschieben des Probenträgers wäre nur dann möglich, wenn die beiden Elementenpaare parallel zueinander ausgerichtet sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Untersuchungsvorrichtung weist die Trägerplatte drei Auflageelemente auf. Hierbei können zwei der drei Auflageelemente sowie der korrespondierenden Aufnahmeelemente wie vorstehend beschrieben ausgebildet sein, um bzgl. der beiden horizontalen Freiheitsgrade ein automatisches Ausrichten des Probenträgers zu gewährleisten. Das dritte Elementenpaar dient sodann dazu, eine Drei-Punkt-Auflage des Probenträgers zu verwirklichen. Mittels des dritten Elementenpaars ist somit ein Verkippen des Probenträgers vermieden, so dass durch das dritte Auflagenpaar der Probenträger im Wesentlichen horizontal ausgerichtet ist. Um eine möglichst genaue Ausrichtung des Probenträgers in einer horizontalen Ebene zu ermöglichen, sind vorzugsweise mindestens zwei Auflageelemente und/oder Aufnahmeelemente in einer Richtung senkrecht zur Bodenplatte verstellbar. Durch zwei verstellbare Auflageelemente oder zwei verstellbare Aufnahmeelemente kann der Probenträger stets horizontal ausgerichtet werden, wenn dieser auf drei Punkten aufliegt. Bei dem dritten Elementenpaar handelt es sich beispielsweise sowohl bei dem Auflageefement als auch bei dem Aufnahmeelement um eine parallel zur Bodenseite ausgerichtete Fläche. Ferner kann als Elementenpaar eine ebene Fläche und ein spitzer Stift vorgesehen sein, um eine bessere horizontale Ausrichtung des Probenträgers realisieren zu können. Die Spitze des Stiftes ist vorzugsweise abgerundet, so dass ein Stift mit kugelförmigem Ende ausgebildet ist.

Die Erfindung betrifft ferner einen Probenträger, der wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist. Ein derartiger Probenträger ist geeignet, von einer entsprechend angepassten Aufnahmeeinrichtung einer Untersuchungsvorrichtung aufgenommen zu werden. Das Einlegen eines derartigen Probenträgers in eine Aufnahmeeinrichtung ist, wie vorstehend beschrieben, erheblich einfacher als bei bekannten Probenträgern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Probenträgers von unten,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten

Probenträgers in Richtung des Pfeils II,

Fign. 3-5 unterschiedliche Ausführungsformen von mit Aufnahmeelementen korrespondierenden Auflageelementen,

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Probenträgers von unten und Fig. 7 eine schematische Seitenansicht des in Fig. 6 dargestellten

Probenträgers in Richtung des Pfeils VII.

Bei der in den Fign. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform handelt es sich um eine Titerplatte mit einer Trägerplatte 10. Die Trägerplatte 10 weist zur Aufnahme von chemischen und/oder biologischen Proben Vertiefungen 12 auf. Die Vertiefungen 12 erstrecken sich von einer Aufnahmeseite 14 durch die Trägerplatte 10. Die Vertiefungen 12 sind auf einer der Aufnahmeseite 14 gegenüberliegenden Seite mit einem Bodenteil 16, insbesondere einer dünnen Glasplatte, verschlossen. Es ist somit möglich, durch die lichtdurchlässige Bodenplatte 16 von unten Messungen bzw. Untersuchungen in der in den Vertiefungen 12 befindlichen Probe durchzuführen.

Zur Aufnahme der Bodenplatte 16 weist die Trägerplatte 10 einen rahmenförmigen Ansatz 18 auf, der zur Zentrierung der Bodenplatte 16 dient. Bei herkömmlichen Titerplatten werden diese auf eine der Aufnahmeseite gegenüberliegende Bodenseite 20 des rahmenförmigen Ansatzes in die Untersuchungsvorrichtung eingelegt.

Erfindungsgemäß sind an der Bodenseite Auflageelemente 22,24,26 vorgesehen. Bei der dargestellten Ausführungsform handelt es sich zur Fixierung der Lage des Probenträgers in einer Aufnahmeeinrichtung der Untersuchungsvorrichtung um drei Auflageelemente 22,24,26. Bei dem Auflageelement 24 handelt es sich um ein halbkugelförmiges Auflageelement. Dieses greift in ein korrespondierendes Aufnahmeelement (Fig. 3). Bei dem Aufnahmeelement 28 handelt es sich um eine Kegelschale. Durch das kugelförmige Auflageelement 24, das mit der Kegelschale 28 korrespondiert, kann der Probenträger nur noch um eine senkrecht zur Bodenseite 20 verlaufende Achse 30, die durch den Mittelpunkt des kugelförmigen Auflageelements verläuft, gedreht werden. Zwischen dem halbkugelförmigen Auflageelement 34 und dem kegelförmigen Aufnahmeelement 28 herrscht Linienberührung entlang einer Kreislinie.

Bei dem Auflageelement 26 handelt es sich um einen Ansatz mit einer prismenförmigen Rinne. Es handelt sich hierbei um ein Auflageelement, das zumindest eine Auflagefläche 32 aufweist, die schräg zur Bodenseite 20 angeordnet ist. Das Auflageelement 26 korrespondiert mit einem stiftförmigen Aufnahmeelement 34 mit kugelförmigem Ende, das entsprechend der Kegelschale 28 an der Aufnahmeeinrichtung der Untersuchungsvorrichtung vorgesehen ist. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Elementenpaar ist lediglich eine Verschiebung in Längsrichtung der Nut 26, d.h. senkrecht zur Zeichenebene, möglich.

Durch das mit dem Aufnahmeelement 34 korrespondierende Auflageelement 26 ist ein Bewegen des Probenträgers in Richtung des Pfeils 36 (Fig. 1) vermieden. Die Kombination der Elementenpaare 24,28 und 26,34 bewirkt beim Einlegen des Probenträgers in die Aufnahmeeinrichtung automatisch eine Ausrichtung des Probenträgers bzgl. der beiden horizontalen Freiheitsgrade, die in Fig. 1 durch die Pfeile 36 und 38 bezeichnet sind.

Um eine möglichst einfache horizontale Ausrichtung der Trägerplatte zu verwirklichen, ist als drittes Auflageelement das Auflageelement 22 an der Bodenseite des rahmenförmigen Ansatzes 18 der Trägerplatte angeordnet. Es handelt sich hierbei um ein eine ebene Fläche 40 aufweisendes Auflageelement (Fig. 5). Als mit dem Auflageelement 22 korrespondierendes Aufnahmeelement der Aufnahmeeinrichtung der Untersuchungsvorrichtung kann beispielsweise einen Stift 42 mit halbkugelförmigem Ende vorgesehen sein. Zwischen der ebenen Fläche 40 und dem Stift 42 herrscht Punktberührung. Ebenso ist es möglich, als Aufnahmeelement 42 eine ebenfalls ebene Fläche vorzusehen. Um den Probenträger in der Untersuchungsvorrichtung horizontal ausrichten zu können, sind zwei der drei Aufnahmeelemente 28,34,42 in Z-Richtung verschiebbar. Da die Trägerplatte in einem automatischen Untersuchungsverfahren eingesetzt wird, erfolgt das Verstellen der Aufnahmeelemente beispielsweise durch einen elektromotorischen Antrieb.

Bei der in den Fign. 6 und 7 dargestellten zweiten Ausführungsform der Erfindung handelt es sich ebenfalls um eine Trägerplatte 10 mit Vertiefungen 12, die durch eine vorzugsweise als Glasplatte ausgeführte Bodenplatte 16 verschlossen sind. Die Trägerplatte 10 weist ebenfalls einen rahmenförmigen Ansatz 18 auf. Entsprechend der in den Fign. 1 und 2 dargestellten Ausführungsform ist auf der Seite der Öffnungen der Vertiefungen eine Aufnahmeseite 14 vorgesehen, der eine Bodenseite 20 gegenüberliegt.

Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der in den Fign. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungsform in der Art und der Anordnung der Auflageelemente 46,48,50. Die drei Auflageelemente 46,48,50 sind jeweils als V- förmige Rinnen bzw. V-förmige Nuten ausgebildet. Jede der V-förmigen Nuten weist zwei Auflageflächen 52 auf. Die Auflageflächen sind in einem Winkel, d.h. schräg zur Bodenseite 20, angeordnet. Die Nuten können ebenso prismenförmig ausgebildet sein.

Die zu den Auflageelementen 46,48,50 korrespondierenden, an der Aufnahmeeinrichtung der Untersuchungsvorrichtung vorgesehenen

Aufnahmeelemente sind jeweils als Stifte mit halbkugelförmigem Ende ausgebildet. Die drei Elementenpaare entsprechen somit der in Fig. 4 dargestellten Kombination eines Auflageelements 26 und eines Aufnahmeelements 34. Da lediglich die Kombination von Aufnahme- und Auflageelement wichtig ist, kann deren Anordnung jeweils auch vertauscht werden. Die Art der Anordnung kann ferner als Orientierungshilfe genutzt werden. Um den ^" Probenträger beim Einlegen in die Aufnahmeeinrichtung automatisch bzgl. seiner beiden horizontalen Freiheitsgrade (Pfeile 36,38) auszurichten, sind die drei Auflageelemente 46,48,50 sternförmig angeordnet. Dies bedeutet, dass jeweils zwei der Mittellinien 54,56,58 in einem Winkel zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind die zwischen diesen drei Linien 54,56,58 gebildeten drei Winkel identisch.

Claims

ANSPRUCHE

1. Untersuchungsvorrichtung mit

einer Aufnahmeeinrichtung und

einem in die Aufnahmeeinrichtung einlegbaren Probenträger mit einer Trägerplatte (10) zur Aufnahme von chemischen und/oder biologischen Proben, wobei die Trägerplatte (10) eine Aufnahmeseite (14), über die die Proben zugeführt werden, und eine der Aufnahmeseite (14) gegenüberliegende Bodenseite (20) aufweist,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,

dass die Trägerplatte (10) an ihrer Bodenseite (20) Auflageelemente (22, 24, 26; 54, 56, 58) zur Lagefixierung in der Aufnahmeeinrichtung und die Aufnahmeeinrichtung zu den Auflageelementen (22, 24, 26; 54, 56, 58) korrespondierende Aufnahmeelemente (28, 34, 42; 34) aufweist.

2. Untersuchungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (22, 24, 26; 54, 56, 58) derart ausgebildet sind, dass der Probenträger (10) bezüglich dessen beiden horizontalen Freiheitsgraden (36, 38) beim Einlegen in die Aufnahmeeinrichtung automatisch in dieser ausgerichtet wird.

3. Untersuchungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass drei Auflageelemente (22, 24, 26; 54, 56, 58) vorgesehen sind.

4. Untersuchungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Auflageelement (26) eine schräg zur Bodenseite (20) angeordnete Auflagefläche (32) aufweist.

5. Untersuchungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Aufnahmeelemente (54, 56, 58) jeweils eine schräg zur Bodenseite (20) angeordnete Auflagefläche (52) aufweisen, wobei jeweils zwei Auflageflächen (52) im Winkel zueinander angeordnet sind.

6. Untersuchungsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Auflageelemente (54, 56, 58) sternförmig zueinander angeordnete Prismen sind.

7. Untersuchungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Auflageelement (24) eine kugelförmige Oberfläche aufweist.

8. Untersuchungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass drei Auflageelemente (22, 24, 26) vorgesehen sind, wobei ein Auflageelement (24) eine kugelförmige Oberfläche, ein Auflageelement (26) eine schräg zur Bodenseite (20) angeordnete Auflagefläche und ein Auflageelement (22) eine im Wesentlichen parallel zur Bodenseite (20) ausgerichtete Fläche (40) aufweist.

9. Untersuchungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Auflageelemente (22, 24, 26; 54, 56, 58) und/ oder Aufnahmeelemente in einer Richtung senkrecht zur Bodenseite (20) verstellbar sind.

0. Probenträger mit einer Trägerplatte (10) zur Aufnahme von chemischen und/ oder biologischen Proben, wobei die Trägerplatte (10) eine Aufnahmeseite (14), über die die Proben zugeführt werden, und eine der Aufnahmeseite (14) gegenüberliegende Bodenseite (20) aufweist,

dad u rch geken nzeich net,

das die Trägerplatte an der Bodenseite (20) Auflageelemente (22, 24, 26; 54, 56, 58) zur Lagefixierung in einer Aufnahmeeinrichtung einer Untersuchungsvorrichtung aufweist.