[0001] Die Erfindung betrifft eine Thermocyclervorrichtung zur Durchführung chemischer und
biologischer Reaktionen mit einem Basiskörper, an dem zum Aufnehmen eines oder mehrerer
nach oben offener Reaktionsgefäße ein Aufnahmebereich ausgebildet ist, einem Deckel
zum Schließen des Aufnahmebereichs des Basiskörpers, und einem Federelement, das derart
angeordnet ist, daß der Deckel und das bzw. die Reaktionsgefäße aneinander gedrückt
werden, und die Reaktionsgefäße unmittelbar vom Deckel oder mittels einer Zwischenlage
abgeschlossen werden.
[0002] Derartige Thermocyclervorrichtungen sind bekannt. Sie werden als sogenannte stand-alone-Geräte
verwendet oder auch in automatisch arbeitende Systeme integriert, um eine oder mehrere,
insbesondere molekularbiologische Reaktionen voll- bzw. halbautomatisch durchzuführen.
Ein derartiges automatisch arbeitendes System mit einer integrierten Thermocyclervorrichtung
geht z.B. aus der US 5,443,791 hervor. Eine typische Anwendung für Thermocycler ist
das PCR-Verfahren. Eine Vorrichtung zur Durchführung des PCR-Verfahrens ist z.B. in
der US 5,656,493 beschrieben.
[0003] Das Federelement der eingangs genannten Thermocyclervorrichtung dient dazu, während
der Ausführung einer chemischen und/oder biologischen Reaktion in den Reaktionsgefäßen
diese mit Druck abzuschließen, damit die in den Reaktionsgefäßen enthaltenen Reagenzien
und Dämpfe nicht entweichen können. Insbesondere soll eine Kontamination der Reagenzien
eines Reaktionsgefäßes durch die Reagenzien eines benachbarten Reaktionsgefäßes sicher
vermieden werden. Zum Erlangen einer höheren Dichtheit hat man deshalb stärkere Federelemente
eingesetzt, die bei geschlossenem Deckel eine Druckkraft von etwa 200 N auf die Reaktionsgefäße
bzw. auf eine dazwischen angeordnete Gummilage ausüben. Diese hohe Kraft muß beim
Schließen des Deckels ausgeübt werden. Wird die Thermocyclervorrichtung als stand-alone-Gerät
verwendet, so wird sie in der Regel von Hand geschlossen, weshalb der Bediener diese
hohe Kraft aufbringen muß. Man hat deshalb den Deckel mit einem langen, abstehenden
Hebel versehen, damit er vom Bediener leichter geschlossen werden kann. Auch wenn
durch diesen Hebel das Schließen vereinfacht wird, besteht beim Öffnen die Gefahr,
daß der Deckel durch die hohe Federspannung aufspringt und die gesamte Thermocyclervorrichtung
erschüttert. Hierdurch kann der Inhalt eines Reaktionsgefäßes in ein benachbartes
Reaktionsgefäß überschwappen, wodurch eine zusätzliche Kontaminationsgefahr entsteht.
[0004] Zur Vermeidung dieser Probleme hat man eine Thermocyclervorrichtung entwickelt, bei
der der Deckel zweiteilig aus einem Deckelgrundkörper und einem im Deckelgrundkörper
beweglich angeordneten Deckelsegment ausgebildet ist. Zwischen dem Deckelsegment und
dem Deckelgrundkörper hat man eine mechanische Spanneinrichtung mit einer Rutschkupplung
angeordnet, mittels der bei geschlossenem Deckel eine zusätzliche Kraft auf das Deckelsegment
ausgeübt wird, das gegen die in der Regel in einer Pipettierplatte angeordneten Reaktionsgefäße
gedrückt wird. Mit diesem Spannmechanismus sind die beim Öffnen und Schließen bestehenden
Probleme im Wesentlichen beseitigt. Jedoch ist mit dem Spannmechanismus lediglich
ein einziger bestimmter Druck einstellbar. Bei Verwendung unterschiedlicher Pipettierplatten
sollte der Druck jedoch individuell einstellbar sein, denn Pipettierplatten mit weniger
Reaktionsgefäßen benötigen einen geringeren Druck als Pipettierplatten mit vielen
Reaktionsgefäßen.
[0005] Zudem ist eine solche Ausführungsform mit Rutschkupplung nicht für eine automatisch
arbeitende Vorrichtung nicht geeignet, da die automatische Betätigung einer Rutschkupplung
nicht mit vernünftigen Aufwand möglich ist.
[0006] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Thermocyclervorrichtung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 derart weiterzubilden, daß sie einfach zu handhaben ist, daß ein individuell
einstellbarer Druck auf ein in der Thermocyclervorrichtung befindliches Reaktionsgefäß
bzw. mehrere Reaktionsgefäße ausgeübt werden kann, und daß sie einen einfachen Aufbau
aufweist.
[0007] Die Erfindung wird durch eine Thermocyclervorrichtung mit dem Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0008] Die erfindungsgemäße Thermocyclervorrichtung zur Durchführung chemischer und biologischer
Reaktionen weist einen Basiskörper, an dem zum Aufnehmen eines oder mehrerer, nach
oben offener Reaktionsgefäße ein Aufnahmebereich ausgebildet ist, und einen Deckel
zum Schließen des Aufnahmebereiches des Basiskörpers auf. Ein Federelement ist derart
in der Thermocyclervorrichtung angeordnet, daß der Deckel auf das bzw. die Reaktionsgefäße
gedrückt werden kann, und die Reaktionsgefäße unmittelbar vom Deckel oder mittels
einer Zwischenlage abgeschlossen werden. Die erfindungsgemäße Thermocyclervorrichtung
zeichnet sich durch ein elektrisch ansteuerbares Stellglied aus, das derart angeordnet
ist, daß der Deckel und das bzw. die Reaktionsgefäße mit einem gegenüber dem durch
die Feder erzeugten Druck erhöhten Druck aneinander gedrückt werden können.
[0009] Das Vorsehen eines elektrisch ansteuerbaren Stellgliedes, insbesondere eines elektrochemischen
Linearmotors erlaubt, die notwendige Druckkraft unabhängig vom Schließen der Thermocyclervorrichtung
aufzubringen.
[0010] Beim Vorsehen eines elektrochemischen Linearmotors als elektrisch ansteuerbares Stellglied
kann die Druckkraft durch Anlegen eines entsprechenden Stromes bzw. Entladen des elektrochemischen
Linearmotors über einen elektrischen Widerstand beliebig variiert werden. Das Vorsehen
des elektrochemischen Linearmotors erlaubt zudem eine sehr einfache Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Thermocyclervorrichtung, wobei trotz des großen Einstellbereiches
für den Druck keine komplizierten mechanischen Elemente, wie z.B. Kupplungen, Getriebe
und dergleichen notwendig sind.
[0011] Derartige elektrochemische Linearmotoren sind z.B. in F & M, Feinwerktechnik, Mikrotechnik,
Mikroelektronik, Zeitschrift für Elektronik, Optik und Mikrosystemtechnik 105. Jahrgang
(1998), Seiten 527 ― 530, in der DE 43 31 764 C1, in der DE 43 31 763 C1, in der DE
41 16 739 C1 und in der DE 33 16 258 C2 beschrieben.
[0012] Der elektrochemische Linearmotor kann sowohl im Deckel als auch im Basiskörper der
erfindungsgemäßen Thermocyclervorrichtung angeordnet sein; wesentlich ist, daß durch
Betätigung des Linearmotors eine Druckkraft auf die Zwischenfläche zwischen dem bzw.
den Reaktionsgefäßen und dem Deckel bzw. einer dazwischen angeordneten Zwischenlage
ausgeübt wird.
[0013] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Thermocyclervorrichtung
ist der Linearmotor lediglich mit einem Ende an einem Teil der Thermocyclervorrichtung
befestigt und das andere Ende ist frei beweglich, wobei ein Schalter derart vorgesehen
ist, daß ein Kontakt zwischen dem frei beweglichen Ende des Linearmotors und dem ihm
gegenüberliegendem Teil festgestellt werden kann. Eine solche Anordnung erlaubt den
Einsatz von Pipettierplatten unterschiedlicher Stärke, da diese Unterschiede durch
den Linearmotor ausgeglichen werden können, wobei gleichzeitig mit dem Detektieren
eines mechanischen Kontaktes zwischen dem frei beweglichen Ende des Linearmotors und
dem hierzu gegenüberliegenden Teil der Thermocyclervorrichtung die Steuerung zur Erzeugung
einer vorbestimmten Kraft gestartet wird.
[0014] Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand des in der einzigen Zeichnung schematisch
in einer teilweise aufgeschnittenen Seitenansicht dargestellten Ausführungsbeispiels
erläutert.
[0015] Die in der Zeichnung gezeigte Thermocyclervorrichtung 1 zur Durchführung chemischer
und biologischer Reaktionen, wie z.B. dem PCR-Verfahren, weist ein als Basiskörper
dienendes Gehäuse 2 auf, das quaderförmig ausgebildet ist. Die obere Begrenzungsfläche
des Gehäuses 2 ist als Aufnahmebereich 3 zum Aufnehmen einer Pipettierplatte 4 ausgebildet.
Die Pipettierplatte 4 ist ein dünnwandiges Kunststoffteil, in dem mehrere Reaktionsgefäße
5 ausgeformt sind, die in Reihen und Spalten an der Pipettierplatte angeordnet sind.
Typischerweise weist eine Pipettierplatte 24, 48 oder 96 Reaktionsgefäße auf. Es gibt
Pipettierplatten mit größeren oder kleineren Reaktionsgefäßen, die je nach Bedarf
eingesetzt werden können. Dementsprechend unterscheidet sich auch die Höhe der einzelnen
Pipettierplatten. Der Aufnahmebereich 3 ist mit nach oben offenen, sacklochförmigen
Ausnehmungen versehen, in die die jeweiligen Reaktionsgefäße 5 der Pipettierplatte
4 eingesetzt werden. Die Reaktionsgefäße liegen zur Erzielung eines guten Wärmeübergangs
vorzugsweise formschlüssig an den sacklochförmigen Ausnehmungen an.
[0016] Am Aufnahmebereich 3 kann ein Heiz- und/oder Kühlelement, wie z.B. ein Peltierelement
zum Heizen und Kühlen der Reaktionsgefäße 5 der Pipettierplatte 4 vorgesehen sein.
Der unterhalb des Aufnahmebereichs 3 angeordnete übrige Bereich des Gehäuses 2 ist
in an sich bekannter Weise zur Aufnahme eines Netzgerätes, einer elektrischen Steuereinrichtung
und dergleichen vorgesehen. Oberhalb des Aufnahmebereiches 3 ist ein Deckel 6 angeordnet,
der mit einem Scharniergelenk 7 schwenkbar am Gehäuse 2 befestigt ist. Vorzugsweise
ist ein Motor zum Schwenken des Deckels um das Scharniergelenk vorgesehen. Ein solcher
Motor erlaubt ein vollautomatisches Öffnen und Schließen des Deckels.
[0017] Der Deckel ist aus einem Deckelgrundkörper 8 und einem Deckelsegment 9 ausgebildet,
wobei der Deckelgrundkörper 8 ein hohler quaderförmiger Körper mit vier Seitenwandungen
10 und einer Deckenwandung 11 ist. Am unteren Rand der Seitenwandungen 10 ist ein
nach innen vorstehender, umlaufender Steg 12 ausgebildet, der mit seiner oberen Begrenzungsfläche
13 einen Anschlag 12 für das Deckelsegment 9 bildet. Das Deckelsegment 9 bildet vorzugsweise
eine Heizplatte, die auf eine Temperatur erhitzt werden kann, die geringfügig oberhalb
der maximalen Reaktionstemperatur liegt, die von dem im Aufnahmebereich 3 angeordneten
Heiz- und/oder Kühlelement erzeugt wird. Das Heiz- und/oder Kühlelement kann bspw.
ein Temperaturprofil im Bereich von 0°C bis 95°C abfahren, wobei dann das Deckelsegment
9 bspw. auf 100°C erhitzt wird. Hierdurch wird eine Kondensation am Deckelsegment
vermieden.
[0018] Das Deckelsegment 9 ist eine im wesentlichen ebenflächige Platte mit einer oberen
Oberfläche 14 und einer unteren Oberfläche 15 und einer schmalen umlaufenden Mantelfläche
16. Am oberen Rand der Mantelfläche 16 steht eine am Deckelsegment 9 umlaufende Leiste
17 vor, die mit ihrer unteren Begrenzungsfläche einen Gegenanschlag 17 zum Anschlag
12 des Deckelgrundkörpers 8 bildet. Das Deckelsegment 9 ist somit im Deckelgrundkörper
8 entlang seiner Normalen verschiebbar angeordnet. Zwischen der oberen Oberfläche
14 des Deckelsegmentes 9 und der Deckenwandung 11 sind Federelemente 18 angeordnet,
die das Deckelsegment 9 gegen den Anschlag 13 des Deckelgrundkörpers 8 drücken. Die
Federelemente 18 sind Schraubenfedern, wobei vorzugsweise vier solche Federelemente
18 in den Eckbereichen des Deckelsegmentes 9 angeordnet sind. Diese Federelemente
18 sind beispielsweise mit einer Federkraft von insgesamt etwa 20 N vorgespannt.
[0019] Im mittigen Bereich der oberen Oberfläche 14 des Deckelsegmentes 19 ist eine flache
Ausnehmung 19 eingebracht, in der ein elektrochemischer Linearmotor 20 angeordnet
ist. Derartige elektrochemische Linearmotoren werden auch als elektrochemische Aktoren
bezeichnet, sind z.B. in F & M, Feinwerktechnik Mikrotechnik, Mikroelektronik, Zeitschrift
für Elektronik, Optik- und Mikrosysteme, 1998, Seiten 527 - 530 beschrieben und von
der Firma FRIWO Silberkraft Gesellschaft für Batterietechnik mbH, Meidericherstr.
6-8, D-47058 Duisburg unter der Artikelbezeichnung SK 5/300-AF erhältlich. Dieser
elektrochemische Linearmotor weist ein Faltenbalggehäuse auf, das gasdicht abgeschlossen
und mit zwei elektrischen Zuleitungen versehen ist, so daß im Faltenbalggehäuse z.B.
folgende reversible elektrochemische Reaktion gesteuert ablaufen kann:
[0020] Durch Zuführen von Strom, das heißt durch Laden des elektrochemischen Motors wird
im Faltenbalg Wasserstoff freigesetzt, wodurch der Faltenbalg gestreckt wird und eine
lineare Bewegung ausführt. Wird die Stromversorgung unterbrochen, so verbleibt der
Faltenbalg in seiner Stellung. Wird der Faltenbalg über einen elektrischen Widerstand
entladen, so wird das Wasserstoffgas wieder chemisch gebunden, wodurch sich das Gasvolumen
vermindert und der Faltenbalg zusammengezogen wird. In seinem mechanischen Verhalten
entspricht der elektrochemische Linearmotor einem pneumatischen Element, das jedoch
keine externe Druckluftversorgung benötigt, sondern elektrisch angesteuert werden
kann, wobei es die drei Steuerzustände Laden, Halten und Entladen gibt.
[0021] Der elektrochemische Linearmotor 20 ist mit einem Ende in der Ausnehmung 19 des Deckelsegmentes
9 befestigt, während sein gegenüberliegendes Ende 21 frei beweglich ist. Bei Betätigung
des elektrochemischen Linearmotors, das heißt bei Streckung, stützt sich der elektrochemische
Linearmotor 20 an der Deckenwandung 11 des Deckelgrundkörpers 8 ab und drückt hierdurch
das Deckelsegment 9 weg von der Deckenwandung 11, das heißt bei geschlossener Thermocyclervorrichtung
nach unten in Richtung zum Aufnahmebereich 3 des Gehäuses 2.
[0022] Die erfindungsgemäße Thermocyclervorrichtung 1 weist vorzugsweise an der Deckenwandung
11 des Deckelgrundkörpers 8 an dem dem frei beweglichen Ende 21 des Linearmotors 20
gegenüberliegenden Bereich einen Schalter 22 auf, mit dem ein Kontakt des frei beweglichen
Endes 21 mit der Deckenwandung 11 des Deckelgrundkörpers 8 festgestellt und in ein
elektrisches Signal umgesetzt wird. Der Schalter 22 ist bspw. ein Mikroschalter.
[0023] Der Schalter 22 ist mit einer elektrischen Steuereinrichtung verbunden, die den Linearmotor
20 ansteuert.
[0024] An der dem Scharniergelenk 7 gegenüberliegenden Seite des Deckels 6 ist ein Schließelement
23 vorgesehen, das in eine entsprechende Schließausnehmung 24 am Gehäuse 2 eingreifen
kann und den Deckel 6 am Gehäuse 2 fixiert.
[0025] Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine Gummimatte 25
zwischen dem Deckelsegment 9 und der Pipettierplatte 4 lose angeordnet. Diese Gummimatte
25 kann zusammen mit den jeweiligen Pipettierplatten 4 ausgetauscht werden oder zwischen
zwei Inkubationsvorgängen gereinigt werden. Es ist jedoch auch möglich, die erfindungsgemäße
Thermocyclervorrichtung ohne eine solche Gummimatte zu betreiben oder eine derartige
Gummischicht dauerhaft an der unteren Oberfläche des Deckelsegmentes 9 anzubringen.
[0026] Nachfolgend wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Thermocyclervorrichtung
erläutert.
[0027] Bei geöffnetem Deckel 6 wird eine Pipettierplatte 4 in den Aufnahmebereich 3 eingelegt.
Der Deckel 6 wird durch Schwenken um das Scharniergelenk 7 auf das Gehäuse 2 geklappt,
bis das Schließelement 23 in die Schließausnehmung 24 greift und der Deckel 6 auf
dem Gehäuse 2 fixiert ist. Hierbei befindet sich der elektrochemische Linearmotor
20 in seinem zusammengezogenen Zustand, so daß das Deckelsegment 9 alleine durch die
Wirkung der Federelemente 18 gegen die Gummimatte 25 nach unten in Richtung zum Aufnahmebereich
3 gedrückt wird. Beim Schließen muß lediglich die relativ geringe Spannkraft der Federelemente
18 überwunden werden, die etwa der Vorspannung von z.B. 20 N entspricht.
[0028] Nachdem der Deckel 6 durch den Schließmechanismus 23, 24 auf dem Gehäuse 2 fixiert
ist, wird der Linearmotor 20 betätigt, das heißt, daß dem Linearmotor Strom zugeführt
wird, so daß er sich streckt. Die Steuereinrichtung detektiert mittels des Mikroschalters
22 den Zeitpunkt t
Kontakt, an dem der Linearmotor 20 mit seinem frei beweglichen Ende 21 die Deckenwandung
11 des Deckelgrundkörpers 8 berührt. Ab diesem Kontaktzeitpunkt wird dem Linearmotor
20 eine bestimmte elektrische Ladungsmenge, die durch das Produkt (I · t) aus Strom
I und Zeit t bestimmt ist, zugeführt. Diese Ladungsmenge ist proportional zu der von
dem Linearmotor 20 ausgeübten Kraft, so daß die Kraft, mit welcher der Linearmotor
20 zusätzlich zu den Federelementen 18 das Deckelsegment 9 in Richtung zum Aufnahmebereich
3 drückt, exakt festgelegt werden kann. Die vom elektrochemischen Linearmotor 20 ausgeübte
Kraft liegt typischerweise im Bereich von etwa 200 N und kann vorzugsweise bis zu
300 N betragen. Für die Erfindung sind Linearmotoren mit einer maximalen Kraft von
150 N bis 800 N zweckmäßig.
[0029] Die vom Linearmotor 20 ausgeübte Kraft kann durch Variieren der zugeführten Ladungsmenge
beliebig verändert werden. Diese Kraft ist somit beliebig an die jeweiligen Erfordernisse
anpassbar, wobei bei Pipettierplatten mit weniger Reaktionsgefäßen eine geringere
Kraft und bei Pipettierplatten mit mehr bzw. größeren Reaktionsgefäßen eine größere
Kraft zweckmäßig ist.
[0030] Durch das Vorsehen des Schalters 22 ist die vom Linearmotor 20 ausgeübte Kraft unabhängig
von der Dicke der Gummimatte 25 bzw. der Stärke der Pipettierplatten 4, da der Kraftaufbau
erst erfolgt, wenn das frei bewegliche Ende 21 mit der Deckenwandung 11 des Deckels
in Kontakt ist und die ab diesem Zeitpunkt zugeführte Ladungsmenge exakt festgelegt
werden kann.
[0031] Bei einer vereinfachten Ausführungsform, bei der die Dicke der Zwischenlage 25 und
der Pipettierplatte 4 jeweils die gleiche ist bzw. überhaupt keine Zwischenlage 25
vorgesehen ist, kann der Schalter 22 auch weggelassen werden, da dann der Abstand
a zwischen der Deckenwandung 11 und dem frei beweglichen Ende 21 des vollständig eingefahrenen
Linearmotors 20 immer der gleiche ist und somit die dem Linearmotor 20 zuzuführende
elektrische Ladung, bis das frei bewegliche Ende 21 die Deckenwandung 11 berührt,
auch immer die gleiche ist. Bei einer solchen vereinfachten Ausführungsform ist die
vom Linearmotor 20 ausgeübte Kraft proportional zu der dem Linearmotor 20 zugeführten
gesamten elektrischen Ladung minus der bis zum Kontakt zwischen dem Linearmotor 20
und der Deckenwandung notwendigen, aber konstanten elektrischen Ladung.
[0032] Bei einer abgewandelten Ausführungsform ist der Schalter 22 am Deckelsegment 9 angeordnet
und der elektrochemische Linearmotor 20 an der Deckenwandung 11 befestigt. Der Schalter
22 kann als elektrisch leitendes, bspw. ringförmiges Kontaktfeld ausgebildet sein,
wobei als Gegenkontakt das Gehäuse des elektrochemischen Linearmotors 20 fungiert.
Der entsprechende Steuerstromkreis wird somit über das Gehäuse des Linearmotors geleitet,
wobei bei einem Kontakt zwischen dem Gehäuse des Linearmotors und dem Kontaktfeld
der Beginn des Kraftaufbaus ermittelt wird.
[0033] Bei einer weiteren abgewandelten Ausführungsform ist um den elektrochemischen Linearmotor
ein Gummibalg angeordnet, so daß ein schmaler Hohlraum zwischen dem Gehäuse des Linearmotors
und dem Gummibalg ausgebildet ist. Ferner ist ein Ventilator vorgesehen, der Kühlluft
zum Kühlen des Linearmotors in diesen Zwischenraum bläst. Hierdurch kann die Lebensdauer
des Linearmotors verlängert werden.
[0034] Wird ein Linearmotor mit begrenztem Hub verwendet, so kann es zweckmäßig sein, eine
Abstandsplatte am Deckelsegment 9 anzuordnen. Hierbei können Abstandsplatten mit unterschiedlicher
Stärke ausgetauscht werden, womit der Hub an unterschiedlich dicke Mikrotiterplatten
angepaßt werden kann. Vorzugsweise sind die Abstandsplatten mit einem Schnellverschluß
am Deckelsegment 9 befestigbar.
[0035] Es ist auch zweckmäßig, den Schließmechanismus 23, 24 elektrisch ansteuerbar auszubilden,
da hiermit ein unerlaubtes Öffnen des Deckels vermieden werden kann, während dieser
durch eine vom Linearmotor erzeugte Spannung beaufschlagt wird.
[0036] Die erfindungsgemäße Thermocyclervorrichtung weist im Basiskörper 2 eine Hauptheizeinrichtung
und eine Kühleinrichtung und im Deckel 6 eine Deckelheizeinrichtung auf. Während des
Betriebs wird die Deckelheizeinrichtung zur Vermeidung von Kondensaten auf einen vom
Benutzer voreingestellten Wert gehalten, der bspw. im Bereich von 70°C bis 120°C liegt.
Vorzugsweise wird die im Vergleich zur Hauptheizeinrichtung wesentlich trägere Deckelheizeinrichtung
gleichzeitig mit Betätigung des Linearmotors 10 gestartet. Die Hauptheizeinrichtung
beginnt mit dem Heizvorgang, wenn die Deckelheizeinrichtung entweder die eingestellte
Endtemperatur erreicht oder einen Schwellwert von z.B. 85°C überschritten hat.
[0037] Die Erfindung ist nicht auf die oben erläuterten Ausführungsbeispiele beschränkt.
Im Rahmen der Erfindung ist es z.B. auch möglich, das Gehäuse zweiteilig auszubilden
mit einem Gehäusegrundkörper und einem Gehäusesegment, an dem der Aufnahmebereich
für die Reaktionsgefäße ausgebildet ist. Zwischen dem Gehäusesegment und dem Gehäusegrundkörper
können dann die Federelemente und der elektrochemische Linearmotor angeordnet sein,
um den Aufnahmebereich nach oben in Richtung zum Deckel zu drücken. Für die Erfindung
ist wesentlich, daß der Großteil der Druckkraft zwischen den Reaktionsgefäßen und
dem Deckel nicht beim Schließvorgang des Deckels aufgebracht werden muß, sondern nach
dem Schließen des Deckels vom Linearmotor erzeugt wird und vor dem Öffnen des Deckels
wieder abgebaut wird. Hierdurch kann der Deckel genauso einfach wie bei herkömmlichen
Thermocyclervorrichtungen mit wesentlich geringerer Andrückkraft zwischen den Reaktionsgefäßen
und dem Deckel gehandhabt werden. Ein Aufschnappen des Deckels aufgrund einer beträchtlichen
Vorspannung wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung sicher vermieden. Zugleich
ist die Andrückkraft über einen großen Bereich frei variierbar und exakt dosierbar.
Diese Vorteile werden mit einer sehr kostengünstigen und einfachen Ausgestaltung erzielt.
[0038] Das oben beschrieben Ausführungsbeispiel stellt aufgrund seiner Einfachheit eine
besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dar. Im Rahmen der Erfindung ist
es jedoch auch möglich ein anderes elektrisch ansteuerbares Stellglied vorzusehen,
mit dem automatisch der gewünschte Druck erzeugt werden kann. Ein solches Stellglied
kann z.B. ein über einen Elektromotor und eine Spindel angetriebener Kniehebel, ein
von einem Elektromotor angetriebener Excenter oder ein von einem Elektromotor angetriebener
Keilmechanismus sein.
Bezugszeichenliste
[0039]
- 1
- Thermocyclervorrichtung
- 2
- Gehäuse
- 3
- Aufnahmebereich
- 4
- Pipettierplatte
- 5
- Reaktionsgefäß
- 6
- Deckel
- 7
- Scharniergelenk
- 8
- Deckelgrundkörper
- 9
- Deckelsegment
- 10
- Seitenwandung
- 11
- Deckenwandung
- 12
- Steg
- 13
- obere Begrenzungsfläche / Anschlag
- 14
- obere Oberfläche
- 15
- untere Oberfläche
- 16
- Mantelfläche
- 17
- Gegenanschlag
- 18
- Federelement
- 19
- Ausnehmung
- 20
- elektrochemischer Linearmotor
- 21
- frei bewegliches Ende
- 22
- Schalter
- 23
- Schließelement
- 24
- Schließausnehmung
- 25
- Gummimatte
1. Thermocyclervorrichtung zur Durchführung chemischer und/oder biologischer Reaktionen,
mit
einem Basiskörper (2), an dem zum Aufnehmen eines oder mehrerer nach oben offener
Reaktionsgefäße (5) ein Aufnahmebereich (3) ausgebildet ist,
einem Deckel (6) zum Schließen des Aufnahmebereichs (3) des Basiskörpers (2),
einem Schließmechanismus (23, 24) zum Fixieren des Deckels (6) auf dem Basiskörper
(2),
gekennzeichnet durch
ein elektrisch ansteuerbares Stellglied (20), das derart angeordnet ist, daß nach
dem Fixieren des Deckels (6) auf dem Basiskörper (2) der Deckel (6) und das bzw. die
Reaktionsgefäße (5) aneinander gedrückt werden können.
2. Thermocyclervorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das elektrisch ansteuerbare Stellglied ein elektrochemischer Linearmotor (20)
ist.
3. Thermocyclervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
gekennzeichnet durch
ein Federelement (18), das derart angeordnet ist, daß der Deckel (6) und das bzw.
die Reaktionsgefäße (5) beim Schließen der Thermocyclervorrichtung (1) aneinander
gedrückt werden, und die Reaktionsgefäße (5) unmittelbar vom Deckel (6) oder mittels
einer Zwischenlage (25) abgeschlossen werden, wobei
der Linearmotor (20) einen gegenüber dem durch das Federelement (18) erzeugten Druck
erhöhten Druck ausüben kann.
4. Thermocyclervorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Deckel (6) aus einem Deckelgrundkörper (8) und einem Deckelsegment (9) ausgebildet
ist, und das Federelement (18) und der Linearmotor (20) zwischen dem Deckelgrundkörper
(8) und dem Deckelsegment (9) angeordnet sind.
5. Thermocyclervorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Basiskörper (2) aus einem Basisgrundkörper und einem Basissegment ausgebildet
ist, und das Federelement und der Linearmotor (20) zwischen dem Basisgrundkörper und
dem Basissegment angeordnet sind.
6. Thermocyclervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrochemische Linearmotor (20) ein elektrochemischer Aktor ist, der durch
elektrochemische Umwandlung einer reversiblen chemischen Reaktion eine Translationsbewegung
erzeugt.
7. Thermocyclervorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der chemische Linearmotor (20) einen gasdicht verschlossenen Federbalg aufweist,
in dem die reversible chemische Reaktion abläuft.
8. Thermocyclervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß der elektrochemische Linearmotor (20) derart ausgebildet ist, daß er eine maximale
Kraft von 150 N bis 800 N und vorzugsweise von 300 N ausüben kann.
9. Thermocyclervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
gekennzeichnet durch
eine Steuereinrichtung, die durch Anlegen eines vorbestimmten Stromes über eine vorbestimmte
Zeitdauer an den elektrochemischen Linearmotor (20) eine vorbestimmte Kraft ausübt.
10. Thermocyclervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß der chemische Linearmotor (20) entweder am Deckelsegment (9), am Deckelgrundkörper
(8), am Basissegment oder am Basisgrundkörper mit einem Ende befestigt ist und das
gegenüberliegende Ende (21) des Linearmotors (20) frei beweglich ist, und
daß ein Schalter (22) derart vorgesehen ist, daß ein Kontakt zwischen dem frei beweglichen
Ende (21) des Linearmotors (20) und dem dem frei beweglichen Ende (21) des Linearmotors
(20) gegenüberliegenden Teils des Deckels (6) bzw. Basiskörpers (2) festgestellt werden
kann.
11. Thermocyclervorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalter (22) am frei beweglichen Ende (21) des Linearmotors (20) angeordnet
ist.
12. Thermocyclervorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schalter (22) an dem dem frei beweglichen Ende (21) des Linearmotors (20)
gegenüberliegenden Teils des Deckels (6) bzw. Basiskörpers (2) angeordnet ist.
13. Thermocyclervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufnahmebereich (3) des Basiskörpers (2) an die Kontur einer eine Vielzahl
von Reaktionsgefäßen aufweisenden Pipettierplatte (4) angepaßt ist.
14. Thermocyclervorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß in das Deckelsegment (9) ein Heiz- und/oder Kühlelement integriert ist.
15. Thermocyclervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß in den Basiskörper (2) ein Heiz- und/oder Kühlelement integriert ist.
16. Verfahren zum Ansteuern einer gemäß einem der Ansprüche 10 bis 12 ausgebildeten Thermocyclervorrichtung,
dadurch gekennzeichnet
daß vor dem Beginn der Ausführung einer chemischen und/oder biologischen Reaktion
und nach dem Fixieren des Deckels (6) durch den Schließmechanismus (23, 24) auf dem
Basiskörper (2) der elektrochemische Linearmotor (20) durch Anlegen eines Stromes
betätigt wird, und von der Steuereinrichtung detektiert wird, wenn der Schalter zwischen
dem frei beweglichen Ende (21) des Linearmotors (20) und dem ihm gegenüberliegenden
Deckelteil geschaltet wird, und ab diesem Zeitpunkt zur Erzeugung einer vorbestimmten
Kraft der Strom für eine vorbestimmte Zeitdauer an dem Linearmotor (20) angelegt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet,
daß nach Beendigung der Ausführung einer chemischen und/oder biologischen Reaktion
der Linearmotor (20) durch Entladen über einen elektrischen Widerstand zusammengezogen
wird, so daß der Deckel im wesentlichen verspannungsfrei geöffnet werden kann.