[0001] 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.
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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 wird nicht
offenbart, dass der Durchmesser des Verschlusselements den Durchmesser des Öffnungskanals
nur so weit übersteigt, dass das Verschlusselement mit seinem größten Umfang in dem
Verschlussabschnitt kraftschlüssig fixierbar ist.
[0008] EP 0 503 867 A2 offenbart eine Verschlussvorrichtung für ein Gehäuse. Die Verschlussvorrichtung umfasst
eine Trägerstruktur mit einem Durchgang, in dem ein starrer, nicht deformierbarer
kugelförmiger Verschlusskörper entfernbar angeordnet sein kann. Der kugelförmige Verschlusskörper
gelangt nicht in Kontakt mit dem Gehäuse.
[0009] US 2,367,883 A offenbart eine Flasche, die im Bereich der Öffnung einen Öffnungskanal aufweist,
der ober- und unterhalb des Öffnungskanals einen verringerten Durchmesser aufweist.
Der mehrteilig aufgebaute Verschluss umfasst einen verformbaren Schaft, der einen
Durchgang aufweist und in den eine Kugel eingeführt werden kann. Der Schaft ist verformbar
ausgestaltet und die Kugel ist im Wesentlichen nicht verformbar.
[0010] 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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 kann ein einteiliger Verschluss ausgebildet
werden. 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.
[0014] 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.
[0015] Es ist vorgesehen, 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.
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] 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.
[0020] 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.
[0021] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Öffnungskanal 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.
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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.
[0026] 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.
[0027] Weiterhin kann vorgesehen sein, das Gehäuse des Probenbehältnisses zumindest in dem
Verschlussabschnitt des Öffnungskanals und/oder das Verschlusselement selbst aus einem
Werkstoff mit möglichst geringem thermischem Ausdehnungskoeffizienten und besonders
bevorzugt mit einem möglichst gleich großen Ausdehnungskoeffizienten auszubilden.
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.
[0028] 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.
[0029] Vorzugsweise ist das Verschlusselement des erfindungsgemäßen Probenbehältnisses aus
einem Werkstoff ausgebildet, der keine oder eine nur geringe (insbesondere technisch
nicht relevante) 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.
[0030] 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.
[0031] 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.
[0032] 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.
[0033] 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.
[0034] 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.
[0035] Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Aufbereitung oder Bearbeitung
einer biologischen Probe oder einer biologisches Material wie insbesondere Nukleinsäuren
enthaltenden Probe, 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.
[0036] Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
[0037] In den Zeichnungen zeigt:
- Fig. 1:
- ein Probenbehältnis eines erfindungsgemäßen 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 und 6;
- Fig. 8a und 8b:
- ein Probenbehältnis eines erfindungsgemäßen Systems in einer zweiten Ausführungsform
in zwei unterschiedlichen Schnittdarstellungen;
- Fig. 9a und 9b:
- ein Probenbehältnis eines erfindungsgemäßen Systems in einer dritten Ausführungsform;
- Fig. 10:
- ein Probenbehältnis eines erfindungsgemäßen Systems in einer vierten Ausführungsform;
- Fig. 11:
- ein Vorratsbehälter einer erfindungsgemäßen 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 erfindungsgemäßen 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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] 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
in erfindungsgemäßer Art und Weise 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.. 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.
[0042] 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.
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.
[0043] 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).
[0044] 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.
[0045] 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.
[0046] 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).
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] 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)).
[0050] 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.
[0051] Die Fig. 8a und 8b zeigen ein Beispiel 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. Eine zweite Ausführungsform eines erfinderisches Probenbehältnisses ist
ferner mit den Öffnungskanals, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Figuren 1
bis 3, ausgestaltet. 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.
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.
[0052] 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.
[0053] 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).
[0054] 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.
[0055] 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.
[0056] 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.
[0057] 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.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] 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.
[0061] 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.
[0062] 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.
[0063] 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.
1. Probenbehältnis (1) für PCR-Prozesse, mit
- einem Gehäuse (2), das einen Probenraum zur Aufnahme einer Probe ausbildet und zumindest
eine kreisförmige Öffnung aufweist, die sich kanalförmig in den Probenraum erstreckt,
- und einem kugelförmigen Verschlusselement (8),
wobei der Durchmesser des Verschlusselements (8) den Durchmesser des Öffnungskanals
in zumindest einem (Verschluss-)Abschnitt (11) nur so weit übersteigt, so dass das
Verschlusselement (8) mit seinem größten Umfang in dem Verschlussabschnitt (11) kraftschlüssig
fixierbar ist, wobei das kugelförmige Verschlusselement (8) in direktem Kontakt mit
dem Gehäuse (2) ist, und dass der Öffnungskanal zwischen dem Verschlussabschnitt (11)
und der innenseitigen Öffnung einen Vorsprung (12) ausbildet, der den Öffnungsquerschnitt
des Öffnungskanals gegenüber dem Öffnungsquerschnitt im Verschlussabschnitt (11) verkleinert,
und dass der Öffnungskanal zwischen dem Verschlussabschnitt (11) und der außenseitigen
Öffnung einen weiteren Vorsprung (10) ausbildet, der den Öffnungsquerschnitt des Öffnungskanals
gegenüber dem Öffnungsquerschnitt im Verschlussabschnitt (11) verkleinert,
dadurch gekennzeichnet, dass eine Distanz zwischen dem weiteren Vorsprung (10) und dem Vorsprung (12) vorgesehen
ist, die eine Positionierungstoleranz des Verschlusselements (8) von max. 5 mm zulässt.
2. Probenbehältnis (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsquerschnitt des Öffnungskanals im Bereich des weiteren Vorsprungs (10)
größer als der im Bereich des Vorsprungs (12) ist.
3. Probenbehältnis (1) gemäß Anspruch 1 oder 2 gekennzeichnet durch eine Distanz zwischen dem weiteren Vorsprung (10) und dem Vorsprung (12), die eine
Positionierungstoleranz des Verschlusselements von max. 1,0 mm zulässt.
4. Probenbehältnis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungskanal im Bereich des Verschlussabschnitts zylindrisch ausgebildet ist.
5. Probenbehältnis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) rohrförmig ausgebildet ist und die Öffnung an einem Ende des Gehäuses
(2) angeordnet ist.
6. Probenbehältnis (1) gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) an einem zweiten Ende spitz zulaufend ausgebildet ist
7. Probenbehältnis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zumindest in einem Abschnitt des Verschlussabschnitts (11) und/oder
des spitz zulaufenden Endes optisch transparent ausgebildet ist.
8. Probenbehältnis (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) in dem Bereich des spitz zulaufenden Endes mit einer geringeren Wandstärke
als in zumindest einem zweiten Bereich des Probenraums ausgebildet ist.
9. Probenbehältnis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) einen Absatz (6) zur Ausbildung einer Auflagefläche ausbildet.
10. Probenbehältnis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) zumindest in dem Verschlussabschnitt (11) des Öffnungskanals und
das Verschlusselement (8) aus einem Werkstoff mit gleich großem thermischen Ausdehungskoeffizienten
ausgebildet sind.
11. Probenbehältnis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (8) aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet
ist.
12. Probenbehältnis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (8) aus einem technisch nicht relevanten fluoreszierenden Werkstoff
ausgebildet ist.
13. Probenbehältnis (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (2) mit einer Sollbruchstelle versehen ist.
14. Probenbehältnis gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zweiten Verschlussabschnitt (11) für ein zweites Verschlusselement (8), wobei
zwischen den zwei Verschlusselementen (8) ein zweiter Probenraum ausgebildet ist.
15. Probenbehältnis gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den zwei Verschlussabschnitten (11) ein Bypasskanal (14) in der Wand des
Gehäuses (2) vorgesehen ist.
1. Sample receptacle (1) for PCR processes, with
- a housing (2) that forms a sample chamber for receiving a sample and has at least
one annular opening that extends in a channel-like manner into the sample chamber,
- and a spherical closure element (8),
wherein the diameter of the closure member (8) exceeds the diameter of the opening
channel in at least one (closure) section (11) only to such an extent that the closure
member (8) is fixable with its largest circumference in the closure section (11) in
a force-fitting manner, wherein the spherical closure member (8) is in direct contact
with the housing (2), and the opening channel forms a projection (12) between the
closure section (11) and the inner opening which reduces the opening cross section
of the opening channel relative to the opening cross section in the closure section
(11), and the opening channel forms a further projection (10) between the closure
section (11) and the outer opening, which reduces the opening cross-section of the
opening channel relative to the opening cross-section in the closure section (11),
characterized in that a distance is provided between the further projection (10) and the projection (12),
which allows a maximum positioning tolerance of 5 mm for the closure element (8).
2. Sample receptacle (1) according to claim 1, characterized in that the opening cross-section of the opening channel in the region of the further projection
(10) is greater than the opening cross-section in the region of the projection (12).
3. Sample receptacle (1) according to claim 1 or claim 2, characterized by a distance between the further projection (10) and the projection (12) which allows
a positioning tolerance for the closure element of max. 1.0 mm.
4. Sample receptacle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the opening channel is shaped cylindrically in the region of the closure section.
5. Sample receptacle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is shaped tubular and the opening is arranged at one end of the housing
(2).
6. Sample receptacle (1) according to claim 5, characterized in that the housing (2) is shaped tapered at a second end.
7. Sample receptacle (1) in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is at least in one section of the closure section (11) and/or of
the tapering end optically transparent.
8. Sample receptacle (1) according to claim 7, characterized in that the housing (2) is formed in the region of the tapered end with a lower wall thickness
than in at least a second region of the sample chamber.
9. Sample receptacle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) forms a shoulder (6) for forming a bearing surface.
10. Sample receptacle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) in at least the closure section (11) of the opening channel and the
closure element (8) are made of a material with equally large coefficients of thermal
expansion.
11. Sample receptacle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the closure element (8) is made of an electrically conductive material.
12. Sample receptacle (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the closure element (8) is made of a technically non-relevant fluorescent material.
13. Sample receptacle (1) in accordance with one of the preceding claims, characterized in that the housing (2) is provided with a predetermined breaking point.
14. Sample receptacle according to one of the preceding claims, characterized by a second closure section (11) for a second closure element (8), wherein a second
sample space is formed between the two closure elements (8).
15. Sample receptacle according to claim 14, characterized in that a bypass channel (14) is provided between the two closure sections (11) in the wall
of the housing (2).
1. Réceptacle (1) d'échantillons, dévolu à des processus PCR et comprenant
- un boîtier (2) qui matérialise un compartiment conçu pour recevoir un échantillon,
et est muni d'un moins une ouverture circulaire pénétrant, sous la forme d'un canal,
dans ledit compartiment à échantillon,
- et un élément obturateur sphérique (8),
sachant que le diamètre dudit élément obturateur (8) excède le diamètre du canal d'ouverture,
dans au moins une zone (d'obturation) (11), uniquement d'une cote telle que ledit
élément obturateur (8) puisse être bloqué à demeure par engagement positif dans ladite
zone d'obturation (11), par son pourtour de dimensionnement maximal, ledit élément
obturateur sphérique (8) étant en contact direct avec le boîtier (2), sachant que
le canal d'ouverture donne naissance, entre la zone d'obturation (11) et l'ouverture
intérieure, à une saillie (12) diminuant la section transversale d'ouverture dudit
canal d'ouverture par rapport à la section transversale d'ouverture dans ladite zone
d'obturation (11), et sachant que ledit canal d'ouverture donne naissance, entre ladite
zone d'obturation (11) et l'ouverture extérieure, à une saillie supplémentaire (10)
qui diminue la section transversale d'ouverture dudit canal d'ouverture par rapport
à la section transversale d'ouverture dans ladite zone d'obturation (11),
caractérisé par le fait qu'une distance, prévue entre la saillie supplémentaire (10) et la saillie (12), autorise
une tolérance de positionnement de l'élément obturateur (8) de 5 mm au maximum.
2. Réceptacle (1) d'échantillons, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la section transversale d'ouverture du canal d'ouverture est plus grande, dans la
région de la saillie supplémentaire (10), que dans la région de la saillie (12).
3. Réceptacle (1) d'échantillons, selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par une distance, entre la saillie supplémentaire (10) et la saillie (12), qui autorise
une tolérance de positionnement de l'élément obturateur de 1,0 mm au maximum.
4. Réceptacle (1) d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le canal d'ouverture est de réalisation cylindrique dans la région de la zone d'obturation.
5. Réceptacle (1) d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le boîtier (2) est de réalisation tubulaire, et l'ouverture est située à une extrémité
dudit boîtier (2).
6. Réceptacle (1) d'échantillons, selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le boîtier (2) est réalisé avec achèvement en pointe au niveau d'une seconde extrémité.
7. Réceptacle (1) d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le boîtier (2) est de réalisation optiquement transparente, au moins sur un tronçon
de la zone d'obturation (11) et/ou de l'extrémité à achèvement en pointe.
8. Réceptacle (1) d'échantillons, selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le boîtier (2) est réalisé, dans la région de l'extrémité à achèvement en pointe,
avec épaisseur de paroi moindre qu'au moins dans une seconde région du compartiment
à échantillon.
9. Réceptacle (1) d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le boîtier (2) donne naissance à un décrochement (6) conçu pour procurer une surface
d'appui.
10. Réceptacle (1) d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément obturateur (8), et le boîtier (2) au moins dans la zone d'obturation (11)
du canal d'ouverture, sont constitués d'un matériau présentant un même coefficient
de dilatation thermique.
11. Réceptacle (1) d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément obturateur (8) est constitué d'un matériau doué de conductivité électrique.
12. Réceptacle (1) d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'élément obturateur (8) est constitué d'un matériau fluorescent dépourvu de pertinence
technique.
13. Réceptacle (1) d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le boîtier (2) est muni d'un point de rupture par destination.
14. Réceptacle d'échantillons, selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par une seconde zone d'obturation (11) dédiée à un second élément obturateur (8), un
second compartiment à échantillon étant matérialisé entre les deux éléments obturateurs
(8).
15. Réceptacle d'échantillons, selon la revendication 14, caractérisé par le fait qu'un canal de dérivation (14) est prévu, dans la paroi du boîtier (2), entre les deux
zones d'obturation (11).