Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zentrifuge zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit mit einem Rotor und einem Rotorraum, in welchem der Rotor angeordnet und drehbar gelagert ist, wobei der Rotor einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen der Reaktionsgefäßeinheit aufweist.
Die
Aus der
Es ist bekannt, dass bei zylinderförmigen Rotorräumen von Zentrifuge durch den sich drehenden Rotor Zirkulationswinde entstehen. In diesem Zusammenhang wird auf die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit zu schaffen, welche einen Rotor und einen Rotorraum aufweist, in welchem der Rotor drehbar gelagert ist, so dass der Aufbau der Zentrifuge einfacher als bei eingangs beschriebenen herkömmlichen Zentrifugen ist und ein zuverlässiger Betrieb möglich ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine eingangs beschriebene Zentrifuge zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit derart weiterzubilden, dass die Gefahr von Kontamination der Reaktionsgefäßeinheiten verringert wird.
Grundsätzlich liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Zentrifuge zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit zu schaffen, wobei eine schnelle, gründliche und zuverlässige Reinigung möglich sein soll.
Eine oder mehrere der vorgenannten Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zentrifuge zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit mit einem Rotor und einem Rotorraum vorgesehen, in welchem der Rotor angeordnet und drehbar gelagert ist, wobei der Rotor einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen der Reaktionsgefäßeinheit aufweist, und der Rotorraum von einem Gehäuse begrenzt ist, wobei das Gehäuse unterhalb des Rotors eine Ablaufrinne aufweist und die Innenflächen des Gehäuses benachbart zu der Rinne einen Trichter ausbilden, welcher in die Rinne mündet, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse eine obere und eine untere Schale umfasst, wobei die obere Schale eine rinnenförmige Form einer im Querschnitt halbkreisförmigen Form aufweist, und eine Beladungs- und Entladungseinrichtung vorgesehen ist, welche eine starre Verschiebestange zum Positionieren einer Reaktionsgefäßeinheit im oder zum Entfernen einer Reaktionsgefäßeinheit vom Rotor umfasst, wobei die Verschiebestange derart verschieblich angeordnet ist, dass sie zwischen einer Entladestellung, bei der sie sich im Rotorraum durch den Rotor hindurch erstreckt, und einer Beladestellung, bei der sie zumindest aus dem Bereich des Rotorraums herausgezogen ist, der vom Rotor bei einer Umdrehung beansprucht wird, bewegt werden kann, und einen Linearantrieb zum Bewegen der Verschiebestange zwischen der Entladestellung und der Beladestellung.
Durch das Vorsehen des Trichters unterhalb des Rotors werden aus der Reaktionsgefäßeinheit ausgeschleuderte Flüssigkeiten in der Rinne gesammelt, so dass sie aus der Rinne abfließen können.
Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass zum Abfließen der Flüssigkeiten aus der Zentrifuge keine Absaugpumpe notwendig ist. Vielmehr genügt der Wind, der durch das Drehen des Rotors erzeugt wird und die Ausbildung des Trichters dazu, dass die Flüssigkeiten zuverlässig in der Rinne gesammelt und abgeleitet werden. Eine solche Zentrifuge kann somit ohne Absaugpumpe betrieben werden. Es ist sogar vorteilhaft, die Zentrifuge ohne Absaugpumpe zu betreiben, da bei einem Ausfall der Absaugpumpe diese einen Strömungswiderstand darstellt, der den weiteren Betrieb der Zentrifuge unmöglich macht, da dann die Flüssigkeit nicht mehr aus der Zentrifuge abgezogen werden kann. Das Weglassen der Absaugpumpe ist zudem eine erhebliche Vereinfachung und Kosteneinsparung. Die Verwendung einer Zentrifuge mit Absaugpumpe erfordert es auch, dass die Steuereinrichtung der Zentrifuge mit der Absaugpumpe gekoppelt ist, was einen zusätzlichen technischen Aufwand verursacht.
Dies alles kann durch die geschickte Ausgestaltung des Gehäuses eingespart werden, wobei der Betrieb der Zentrifuge noch zuverlässiger ist, da das Abziehen der Flüssigkeit aus dem Rotorraum nicht durch einen Ausfall einer Absaugpumpe beeinträchtigt werden kann.
Weiterhin kann durch das Weglassen der Absagpumpe der Strömungsweg von dem Zentrifugengehäuse zu einem Auffangbehälter wesentlich kürzer und einfacher ausgestaltet werden. Dieser ist bei Wartungsarbeiten einfach zugänglich.
Die den Trichter ausbildenden Innenflächen des Gehäuses besitzen eine Krümmung, die wesentlich größer als die Krümmung einer vom Rotor bei einer Umdrehung mit seinen äußeren Rändern abgefahrenen Zylinderfläche ist. Der Krümmungsradius dieser den Trichter ausbildenden Innenflächen beträgt vorzugsweise zumindest 0,5 m, insbesondere zumindest 1 m und ist vorzugsweise unendlich, d.h., dass die den Trichter ausbildenden Innenflächen ebenflächig sind.
Die den Trichter ausbildenden Innenflächen, welche im Folgenden als Trichterflächen bezeichnet werden, erstrecken sich vorzugsweise von der Rinne seitlich bis zum äußeren Rand eines Rotationsvolumens des Rotors, d.h., dass der Trichter und die Rinne in der Draufsicht die vollständige vertikale Projektion des Rotors abdecken. Mit anderen Worten heißt dies, dass der Rotor in jeder beliebigen Stellung, auch in einer horizontalen Stellung, sich nicht über den seitlichen Rand des Trichters hinaus erstreckt.
Eine solche Ausbildung der Trichterflächen mit einer geringen Krümmung hat den Effekt, dass bei einer Umdrehung des Rotors dieser einem mittigen Bereich der Trichterfläche am nächsten kommt und sowohl vom äußeren Rand als auch vom mittigen Rand, der angrenzend an der Rinne ausgebildet ist, einen größeren Abstand besitzt. In diesen Bereichen mit größerem Abstand vom Rotor liegt beim Drehen des Rotors ein geringer Luftstrom vor, so dass sich hier die Flüssigkeiten sammeln und entlang der Trichterfläche abfließen.
Der Abstand der Rinne von einer Rotationsachse, um welche sich der Rotor dreht, beträgt vorzugsweise zumindest das 1,31-fache des maximalen Radius des Rotors und insbesondere zumindest das 1,2-fache bzw. das 1,3-fache des maximalen Radius des Rotors. Dieser Abstand wird von der Oberkante der Rinne zur Rotationsachse gemessen. Durch diesen Abstand zur Rotationsachse, der ein Stück größer als der Radius des Rotors ist, wird im Trichter ein Freiraum geschaffen, in dem sich vorübergehend Flüssigkeit anstauen kann. Wird eine Reaktionsgefäßeinheit mit großvolumigen Reaktionsgefäßen gereinigt, die fast vollständig gefüllt sind, dann wird bei einer ersten oder bei den ersten Drehungen des Rotors ein Großteil der in den Reaktionsgefäßen enthaltenen Flüssigkeit auf einmal ausgeleert. Dieses kann sich in diesem Freiraum sammeln, ohne dass diese Flüssigkeit in Kontakt mit dem sich drehenden Rotor kommt. Die Flüssigkeit kann dann allmählich aus diesem Freiraum über die Rinne abfließen.
Die Innenfläche des Gehäuses ist vorzugsweise zumindest im Bereich des Trichters und der Rinne mit einer glatten Schicht beschichtet. Diese Schicht kann eine hydrophobe Schicht sein, welche zum Ableiten einer wässrigen Lösung vorteilhaft ist. Diese Schicht kann beispielsweise aus PTFE (Polytetrafluorethylen) ausgebildet sein.
Die Rotationsachse des Rotors ist vorzugsweise parallel zu einer Standfläche des Gehäuses angeordnet. Hierdurch ist die Rotationsachse des Rotors im Betrieb horizontal angeordnet. Eine solche Anordnung der Rotationsachse erlaubt ein einfaches Beschicken der Zentrifuge mit einer Reaktionsgefäßeinheit, da diese beim Einführen in den Rotorraum mit den Öffnungen der Reaktionsgefäße nach oben weisend eingeführt werden kann. Bei Reaktionsgefäßeinheiten mit großvolumigen Reaktionsgefä-ßen (z.B. Mikrotiterplatte mit 96 Reaktionsgefäßen) haftet die Flüssigkeit nicht unbedingt vollständig aufgrund von Kappillarkräften in Reaktionsgefäßen. Bei einer horizontalen Anordnung der Rotationsachse können solche Reaktionsgefäßeinheiten nach dem Einführen in den Rotorraum bzw. in den Rotor durch Drehen des Rotors um 180° einmal gewendet werden, so dass deren Öffnungen nach unten zum Trichter weisen. Ein Großteil der Flüssigkeit fließt dann aus den Reaktionsgefäßeinheiten und tropft direkt in den Trichter. Die aufgrund von Oberflächenspannungen haftenden restlichen Mengen an Flüssigkeiten in den Reaktionsgefäßen können dann durch Zentrifugieren ausgeschleudert werden.
Die Rinne weist vorzugsweise eine Neigung bezüglich der Standfläche des Gehäuses auf. Am unteren Ende der Rinne mündet diese in eine Auslassöffnung des Gehäuses. An diese Auslassöffnung kann ein Schlauch angeschlossen sein, mit welchem die Flüssigkeit in einen Behälter geleitet wird. Diese Anordnung sollte so ausgebildet sein, dass beim Ableiten der Flüssigkeit kein Gegendruck entsteht. Dies kann beispielsweise durch Vorsehen einer Belüftungsöffnung im Behälter erfolgen.
Weiterhin kann es zweckmäßig sein, dass das Gehäuse eine in den Rotorraum mündende Belüftungsöffnung aufweist. Ist der Rotorraum ansonsten im Wesentlichen luftdicht abgeschlossen, könnte beim Abfließen der Flüssigkeit, wenn diese den Querschnitt der Auslassöffnung vollständig ausfüllt, ein Unterdruck im Rotorraum entstehen, der dem weiteren Abfließen der Flüssigkeit entgegenwirken würde. Dies wird durch das Vorsehen einer Belüftungsöffnung verhindert. In die Belüftungsöffnung ist vorzugsweise ein Filter, wie zum Beispiel ein Aktivkohlefilter, vorgesehen, welcher verhindert, dass Keime von außen in den Rotorraum gelangen. Eine solche Belüftungsöffnung ist vorzugsweise im Bereich einer Stirnwandung des Gehäuses vorgesehen, auf welche beim Zentrifugieren nicht direkt Flüssigkeit aus der Reaktionsgefäßeinheit gespritzt wird. Die Belüftungsöffnung kann auch mit einem Schirm gegenüber dem Rotorraum abgeschirmt sein, wobei der Schirm mit Abstand zur Belüftungsöffnung angeordnet ist.
Eine solche Zentrifuge weist ein Gehäuse mit einer Öffnung zum Zuführen bzw. zum Abziehen einer Reaktionsgefäßeinheit zu und vom Rotorraum auf. Diese Öffnung ist mittels einer Tür verschließbar, welche typischerweise automatisch betätigt wird. Wenn diese Tür nicht perfekt abdichtet, dann bildet sie auch im geschlossenen Zustand eine Belüftungsöffnung. Vorzugsweise ist die Tür mit einem an ihren Schließkanten angeordneten Filterelement versehen, so dass die an den Rändern der Tür einströmende Luft den Filter passieren muss.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zentrifuge zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit vorgesehen, welche einen Rotor und einen Rotorraum aufweist, in welchem der Rotor angeordnet und drehbar gelagert ist. Der Rotor weist einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen einer Reaktionsgefäßeinheit auf. Die Zentrifuge ist mit einem Gehäuse versehen, das den Rotorraum begrenzt. Weiterhin weist die Zentrifuge einen Antrieb zum Drehen des Rotors auf. Die Zentrifuge ist mit einem Austauschmodul ausgebildet, das den Rotor und einen Gehäuseabschnitt des Gehäuses umfasst, wobei dieser Gehäuseabschnitt den Rotor umschließt. Das Austauschmodul ist lösbar von den übrigen Teilen der Zentrifuge ausgebildet.
Hierdurch ist es möglich, nach dem ein- oder mehrmaligen Benutzen einer Zentrifuge mit einem solchen Austauschmodul das Austauschmodul von den übrigen Teilen der Zentrifuge zu entfernen und zu reinigen und/oder durch ein anderes Austauschmodul zu ersetzen. Dieses Austauschmodul umfasst vorzugsweise nur mechanische Elemente, wie Rotor, Gehäuse, Lager, etc. und keine elektronischen Elemente. Hierdurch ist es möglich, das Austauschmodul zu autoklavieren und damit rückstandsfrei zu reinigen und zu sterilisieren.
Grundsätzlich kann eine solche Zentrifuge durch Einbringen von Reinigungsmittel, welches beispielsweise in das Reaktionsgefäß einer Reaktionsgefäßeinheit gefüllt und dann in der Zentrifuge zentrifugiert wird, oder mittels entsprechender Düsen im Rotorraum eingebracht wird, gereinigt werden. Eine solche Reinigung ist jedoch nicht immer vollständig rückstandsfrei.
Ein Austauschmodul umfasst wenige mechanische Teile, welche bezüglich der gesamten Zentrifuge nur einen geringen Teil der Herstellungskosten verursachen. Eine solche Zentrifuge weist einen Antrieb zum Drehen des Rotors, eine Steuereinrichtung zum Steuern der Drehbewegung der Zentrifuge und weitere Komponenten, wie zum Beispiel eine Dispensiereinrichtung und/oder eine Beladungs- und Entladungseinrichtung auf. Eine solche Beladungs- und Entladungseinrichtung kann relativ komplex sein, insbesondere wenn sie mit einer Detektionseinrichtung zur Bestimmung der Position einer Verschiebestange der Beladungs- und Entladungseinrichtung ausgebildet ist. Durch das Austauschen des Austauschmoduls kann somit ein kostengünstiger Bestandteil der Zentrifuge alleine ausgetauscht werden und die übrigen Bestandteile unverändert benutzt werden. Dieses Austauschmodul kann daher ein Verbrauchsgegenstand sein, der nur einmal oder eine vorbestimmte Zeitdauer oder vorbestimmte Anzahl von Reinigungsvorgängen verwendet wird. Ist das Austauschmodul als Verbrauchsgegenstand vorgesehen, dann kann es auch zweckmäßig sein, Teile hiervon aus Kunststoff, insbesondere als Spritzgussgegenstände vorzusehen, wie zum Beispiel den Rotor und/oder den Gehäuseabschnitt des Austauschmoduls. Andererseits kann das Austauschmodul auch hitzebeständig ausgebildet sein, so dass es beispielsweise zuverlässig Temperaturen bis zu 100°C und vorzugsweise bis zu 150°C widerstehen kann, so dass das Austauschmodul mittels einer Autoklavierung gereinigt werden kann. Dadurch, dass das Austauschmodul von den elektronischen Bestandteilen der Zentrifuge trennbar ist, ist es möglich, das Austauschmodul hitzebeständig auszubilden. Dies erlaubt eine rückstandsfreie Reinigung und Wiederverwendung des Austauschmoduls.
Ein solches Austauschmodul weist vorzugsweise einen Befestigungsmechanismus auf, mit welchem es einfach und schnell an die übrigen Teile der Zentrifuge gekoppelt, fixiert und an die übrigen Funktionselemente, wie Antriebseinrichtung, Pipettiereinrichtung, Kamera und/oder Beladungs- und Entladungseinrichtung derart koppelbar ist, dass die Funktion dieser Elemente ausführbar ist.
Die Zentrifuge gemäß einer der oben erläuterten Ausführungsformen ist mit einer Beladungs- und Entladungseinrichtung versehen, welche eine starre Verschiebestange zum Positionieren einer Reaktionsgefäßeinheit im oder zum Entfernen einer Reaktionsgefäßeinheit vom Rotor aufweist. Die Verschiebestange ist derart verschieblich angeordnet, dass sie zwischen einer Entladestellung, bei der sie sich im Rotorraum durch den Rotor hindurch erstreckt, und einer Beladestellung, bei der sie zumindest aus dem Bereich des Rotorraums herausgezogen ist, der vom Rotor bei einer Umdrehung beansprucht wird, bewegt werden kann. Zum Bewegen der Verschiebestange zwischen der Entladestellung und der Beladestellung ist ein Linearantrieb vorgesehen.
An einem freien, in dem Rotorraum befindlichen Ende der Verschiebestange kann ein Kopplungselement angeordnet sein. Das Kopplungselement dient zum wiederverbindbaren Verbinden der Verschiebestange mit einer Reaktionsgefäßeinheit oder einer Trägereinheit für eine Reaktionsgefäßeinheit.
Das Kopplungselement kann ein Rastelement aufweisen, welches mit einem an der Reaktionsgefäßeinheit oder an der Trägereinheit vorgesehenen Gegenrastelement eingreifen kann, wobei zumindest das Rastelement oder das Gegenrastelement elastisch gelagert ist.
Das Gegenrastelement der Reaktionsgefäßeinheit oder der Trägereinheit kann elastisch gelagert sein und mit einem Verriegelungsbügel gekoppelt sein, so dass der Verriegelungsbügel zwischen zwei Stellungen schwenkbar ist, wobei eine Entriegelungsstellung eingenommen wird, wenn das Rastelement und das Gegenrastelement miteinander verrastet sind, und eine Verriegelungsstellung eingenommen wird, wenn das Rastelement und das Gegenrastelement voneinander getrennt sind, wobei der Verriegelungsbügel ein Verriegelungselement aufweist, das in einer Verriegelungsstellung mit einem korrespondieren Gegenverriegelungselement eingreifen kann.
Die Verschiebestange weist vorzugsweise eine glatte Oberfläche auf.
Die Verschiebestange kann hohl sein und an dem vom Rotorraum wegweisenden hinteren Ende offen ausgebildet sein und es kann eine Gewindestange koaxial zur Verschiebestange vorgesehen sein. Die Gewindestange kann sich mit einem, mit der Verschiebestange verbundenen Gewinde in kämmendem In-Eingriff befinden, so dass durch eine Drehbewegung der Gewindestange eine Translationsbewegung der Verschiebestange ausgeführt wird. Die Gewindestange taucht hierbei im hinteren Ende in die Verschiebestange ein. Die Verschiebestange kann durch eine Öffnung in einer Gehäusewand geführt sein, wobei im Bereich der Öffnung ein Dichtungselement vorgesehen ist, das die Verschiebestange gegenüber der Gehäusewandung abdichtet. Ist ein Austauschmodul vorgesehen, dann ist vorzugsweise eine zusätzliche Gehäusewandung vorgesehen, welche nicht Bestandteil des Austauschmoduls ist und in welcher die Öffnung mit einem Dichtungsring ausgebildet ist. In einer korrespondierenden Öffnung der Gehäusewandung des Austauschmoduls kann ein weiteres Dichtungselement vorgesehen sein.
Zum Bestimmen der Position der Verschiebestange kann eine Detektionseinrichtung vorgesehen sein. Diese Detektionseinrichtung ist vorzugsweise eine optische Detektionseinrichtung.
Die Zentrifuge kann eine Pipettier- bzw. Dispensereinheit aufweisen, wobei die Dispensereinheit vorzugsweise mehrere Pipettier- bzw. Dispenserdüsen aufweist. Die Dispenserdüsen sind vorzugsweise entlang einer Linie nebeneinanderliegend angeordnet, wobei sich diese Linie quer zur Bewegungsrichtung der Reaktionsgefäßeinheit beim Be- oder Entladen erstreckt. Die Düsen der Dispensereinheit sind vorzugsweise benachbart zu einer Öffnung zum Be- und Entladen der Zentrifuge mit der Reaktionsgefäßeinheit angeordnet.
Weiterhin kann eine optische Detektionseinheit vorgesehen sein, die benachbart zum Rotorraum im Bewegungsraum der Reaktionsgefäßeinheit angeordnet ist, um diese abzutasten. Diese Detektionseinheit umfasst beispielsweise eine Zeilenkamera, um eine Reaktionsgefäßeinheit zeilenförmig abzutasten, wobei eine Abtastzeile etwa senkrecht zur Bewegungsrichtung der Reaktionsgefäßeinheit ausgerichtet ist.
Die Detektionseinheit kann eine Farbkamera aufweisen, um eine Reaktionsgefäßeinheit spektral abzutasten. Die optische Detektionseinheit kann auch zur 3D-Abtastung ausgebildet sein.
Die Zentrifuge kann eine Auswerteeinrichtung aufweisen, mit welcher die mit der optischen Detektionseinrichtung erhaltenen Signale automatisch nach einer oder mehreren der folgenden Parameter ausgewertet werden:
Im Rotorraum kann eine Sprüheinrichtung zum Einsprühen von einer Dekontaminationslösung bzw. Reinigungslösung in den Innenraum vorgesehen sein.
Das Gehäuse kann im Bereich des Rotorraums mit einem oder mehreren Fenstern versehen sein.
Die Zentrifuge kann eine Steuereinrichtung aufweisen, welche die Position einer Reaktionsgefäßeinheit bzw. eines Trägers einer Reaktionsgefäßeinheit erfasst und diese über eine Schnittstelle an ein weiteres Gerät, wie zum Beispiel einen Roboter oder an eine weitere Komponente in der Zentrifuge, wie zum Beispiel einer Dispensiereinheit übermittelt, so dass das weitere Gerät bzw. die weitere Komponente die Position der Reaktionsgefäßeinheit bzw. des Trägers der Reaktionsgefäßeinheit erhalten kann.
Ein Teil der oben erläuterten Komponenten sind in der
Die oben erläuterten Aspekte, Komponenten und Teile einer Zentrifuge können grundsätzlich nach Belieben frei kombiniert werden.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit mit einer Zentrifuge mit einem Rotor vorgesehen. Die Reaktionsgefäßeinheit wird in dem Rotor mit den Öffnungen der Reaktionsgefä-ße nach radial außen weisend angeordnet. Der Rotor wird zusammen mit der Reaktionsgefäßeinheit um eine Rotationsachse gedreht, so dass der Inhalt der Reaktionsgefäße ausgeschleudert wird. Alleine durch die Drehbewegung des Rotors und der Schwerkraft wird der Inhalt der Reaktionsgefäße in die Rinne und von dort nach au-ßen getrieben. Hierbei wird keine Absaugpumpe zum Absaugen der Flüssigkeit aus dem Rotorraum verwendet.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Reinigen einer Reaktionsgefäßeinheit mit einer Zentrifuge mit einem Rotor vorgesehen, wobei die Reaktionsgefäßeinheit in dem Rotor mit den Öffnungen der Reaktionsgefäße nach radial außen weisend angeordnet wird. Der Rotor wird zusammen mit der Reaktionsgefäßeinheit um eine Rotationsachse gedreht, so dass der Inhalt der Reaktionsgefäße ausgeschleudert wird. Ein Austauschmodul, das einen Gehäuseabschnitt und den Rotor umfasst, wird nach dem Reinigen einer oder mehrerer Reaktionsgefäßeinheiten vom übrigen Teil der Zentrifuge getrennt und entweder gereinigt oder durch ein anderes Austauschmodul ersetzt.
Bei diesem Verfahren kann eine Zentrifuge verwendet werden, wie sie oben erläutert ist.
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Die Zeichnungen zeigen in:
Eine erfindungsgemäße Zentrifuge 1 (
Der Rotor besitzt zumindest einen Aufnahmebereich 6 zum Aufnehmen einer Reaktionsgefäßeinheit 7. Die Reaktionsgefäßeinheit 7 ist üblicherweise eine Mikrotiterplatte. Derartige Mikrotiterplatten können mit einer unterschiedlichen Anzahl von Reaktionsgefäßen ausgebildet sein. Es sind Mikrotiterplatten mit sechs bis 4096 Reaktionsgefäßen üblich, wobei Mikrotiterplatten mit 96, 384 oder 1536 Reaktionsgefäßen die üblichsten Versionen sind. Bei Mikrotiterplatten mit 384 oder 1536 Reaktionsgefäßen sind die einzelnen Reaktionsgefäße so dünn, dass eine Flüssigkeit normalerweise darin alleine aufgrund von Kapillarkräften haftet, so dass selbst beim Anordnen einer solchen Mikrotiterplatte mit ihren Öffnungen nach unten die Flüssigkeit nicht ausfließt. Für Mikrotiterplatten mit weniger Reaktionsgefäßen, die jeweils größer sind, gilt dies nicht. Eine solche Reaktionsgefäßeinheit 7 kann alleine in ein Aufnahmegerät 6 eingefügt werden oder auf einer Trägereinheit. Vorzugsweise wird eine Trägereinheit verwendet, welche ein Koppelelement aufweist, das mit einer Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 gekoppelt werden kann. Eine solche Beladungs- und Entladungseinrichtung ist beispielsweise in der
Das Gehäuse 3 begrenzt einen Rotorraum 9. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der den Rotorraum 9 begrenzende Bereich des Gehäuses 3 aus einer unteren Schale 10, oberen Schale 11, vorderseitigen Stirnwandung 12 und rückseitigen Stirnwandung 13 ausgebildet. An die rückseitige Stirnwandung schließen sich weitere Teile des Gehäuses an, welche in den beigefügten Figuren nicht dargestellt sind.
In der vorderseitigen Stirnwandung 12 und rückseitigen Stirnwandung 13 befinden sich jeweils ein Kugellager 14, in welcher eine durchgehende Welle 15 des Rotors 2 drehbar gelagert ist. Die Mittellinie der Welle 15 bildet die Rotationsachse 5. Die Rotationsachse 5 verläuft parallel zu einer Standfläche 16, welche durch die Unterseite der unteren Schale 10 ausgebildet ist.
Das rückseitige Ende der Welle 15 ist an die Antriebseinrichtung 4 gekoppelt. Der weitere Teil des Gehäuses, der sich an der Rückseite des Gehäuses anschließt, enthält die Antriebseinrichtung 17, die Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 sowie eine zentrale Steuereinrichtung (nicht dargestellt), mit der alle Komponenten der Zentrifuge 1 gesteuert werden.
An der vorderseitigen Stirnwandung 12 ist außenseitig ein Balkon 18 angebracht, der zur Aufnahme einer Reaktionsgefäßeinheit 7 dient. Auf Höhe des Balkons 18 ist in der vorderseitigen Stirnwandung 12 eine Be- und Entladeöffnung 19 ausgebildet, durch welche eine Reaktionsgefäßeinheit 7 in den Rotorraum 9 eingeführt und wieder herausgeschoben werden kann. Die Be- und Entladeöffnung 19 ist mit einer schwenkbaren Tür 20 versehen, so dass der Rotorraum geschlossen werden kann.
Benachbart zu dieser Tür 20 kann eine Dispensereinheit mit mehreren Dispenserdüsen und/oder eine optische Detektionseinheit, insbesondere in Form einer Zeilenkamera, vorgesehen sein.
Die Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 weist eine Verschiebestange (nicht dargestellt) auf, welche durch eine Durchgangsöffnung 21 in der rückseitigen Stirnwandung 13 mit ihrem freien Ende horizontal durch den Rotorraum 9 verfahren werden kann. Die Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 weist hierzu einen Linearantrieb auf, so dass die Verschiebestange entlang ihrer Längsrichtung linear verfahren werden kann. Die Verschiebestange weist an ihrem freien Ende ein Koppelelement auf, das mit einem entsprechenden Koppelelement an der Trägereinheit bzw. an einer Reaktionsgefäßeinheit 7 gekoppelt werden kann, so dass die Trägereinheit mit einer Reaktionsgefäßeinheit oder die Reaktionsgefäßeinheit direkt durch Bewegen der Verschiebestange vom Balkon 18 durch die Be- und Entladeöffnung 19 in den Rotorraum 9 bewegt werden kann, wobei der Rotor 2 hierbei mit einem Aufnahmebereich 6 benachbart zur Be-und Entladeöffnung 19 angeordnet ist, so dass die Trägereinheit bzw. die Reaktionsgefäßeinheit in den Aufnahmebereich 6 des Rotors 2 verschoben wird. Die Kopplung zwischen der Verschiebestange und der Trägereinheit bzw. der Reaktionsgefäßeinheit 7 kann gelöst werden, so dass sich die Trägereinheit bzw. die Reaktionsgefäßeinheit frei beweglich im Rotor 2 befindet und der Rotor mit dieser Einheit entsprechend gedreht werden kann.
Mittels der Verschiebestange der Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 kann die Trägereinheit bzw. Reaktionsgefäßeinheit 7 aus dem Aufnahmebereich 6 des Rotors 2 durch die Be- und Entladeöffnung 19 wieder zurück auf den Balkon 18 geschoben werden. Am Balkon 18 kann die Reaktionsgefäßeinheit 7 beispielsweise mittels eines Roboters entnommen werden.
Die untere Schale 10 weist eine Rinne 22 auf, welche etwa parallel zur Rotationsachse 5 verläuft. Die Rinne 22 erstreckt sich von der rückseitigen Stirnwandung 13 bis in den Bereich zur vorderseitigen Stirnwandung 12, wobei sie nach vorne hin geneigt bzw. abfallend ausgebildet ist (
Die untere Schale 10 weist angrenzend an der Rinne 22 Innenflächen auf, welche sich von einem oberen Rand der Rinne 22 jeweils nach außen hin schräg ansteigend verlaufen (
Vom äußeren Rand des Trichters 26 bzw. der Trichterflächen 27 erstrecken sich die Innenflächen der unteren Schale 10 etwa vertikal nach oben. Sie bilden somit Vertikalflächen 28.
Am oberen Rand der unteren Schale 10 ist die obere Schale 11 befestigt, welche eine rinnenförmige Form einer im Querschnitt halbkreisförmigen Form aufweist. Die Innenfläche der oberen Schale 11 geht bündig auf die Vertikalfläche 28 über. Der Querschnitt des Gehäuses 3 ist also nicht, wie aus dem Stand der Technik bekannt, zylinderförmig, sondern weist nur im oberen Bereich der Schale 11 eine zylinderförmige Krümmung auf, wohingegen die untere Schale 10 im Querschnitt trichterförmig zuläuft und in der Rinne 22 endet. Die Rinne 22 ist von der trichterförmigen unteren Schale 10 nach unten etwas abgesetzt und weist zwei etwa vertikal angeordnete Seitenwände 37a, 37b auf. Die Rinne selbst ist mit einer Neigung ausgebildet, so dass eine darin befindliche Flüssigkeit abläuft.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die untere Schale 10 und die obere Schale 11 aus Metall ausgebildet. Die Innenflächen der unteren Schale 10 und der oberen Schale 11 sind mit einer glatten Kunststoffschicht beschichtet, so dass Flüssigkeiten, die aus den Reaktionsgefäßen der Reaktionsgefäßeinheiten 7 herausgeschleudert werden, schnell entlang der Innenflächen ablaufen, vom Trichter 26 zur Rinne 22 geführt werden und dort aus dem Rotorraum 9 austreten. Die Kunststoffschicht ist aus PTFE ausgebildet.
Der obere Rand der Rinne 22 ist von der Rotationsachse 5 zumindest mit dem 1,32-fachen des maximalen Radius des Rotors 2 beabstandet. Hierdurch ist im Trichter 26 ein Freiraum gebildet, der nicht vom Rotor 2 bei einer Umdrehung berührt wird. In diesem Freiraum kann sich Flüssigkeit ansammeln. In
Weiterhin ist aufgrund des großen Abstandes der Rinne 22 vom Rotor und den damit großen Querschnitt eine durch den Rotor beim Drehen erzeugte Luftströmung in diesem Bereich am geringsten, so dass sich Flüssigkeit am Boden des Trichters, d.h. in der Rinne 22, absetzen kann und aus der Rinne 22 durch die Auslassöffnung 23 ausfließt. Aufgrund der geringen Strömungsgeschwindigkeit ist die Gefahr auch gering, dass Flüssigkeiten, welche sich im trichterförmigen Bereich benachbart zur Rinne 22 befinden, von der Luftströmung nach oben getrieben werden.
Da die Rinne durch etwa vertikale Seitenwände 37a, 37b begrenzt ist, kann selbst, wenn eine Luftströmung in Drehrichtung 38 erzeugt wird, diese die Flüssigkeit nicht mehr aus der Rinne treiben. Eine einmal in der Rinne 22 befindliche Flüssigkeit ist somit darin gefangen und kann nur durch die Auslauföffnung 23 austreten. Bei dem in
Durch diese Ausbildung des Trichters 26 und der Rinne 22 erübrigt sich die Verwendung einer Absaugpumpe, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist.
Nachfolgend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Zentrifuge erläutert, das grob schematisch vereinfacht in
Die Zentrifuge 1 weist wiederum ein Gehäuse 3 mit einem Rotor 2, einer Antriebseinrichtung 4, einem Balkon 18, einer Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 und einer zentralen Steuereinrichtung 30 auf. Eine Rotorkammer 17 ist nach oben hin durch einen schwenkbaren Deckel 31 abgeschlossen. Der schwenkbare Deckel 31 ist mit einem Schwenkgelenk mit dem übrigen Teil des Gehäuses 3 verbunden und zwar im Bereich der rückseitigen Stirnwandung 13. Im Rotorraum 9 ist wiederum der Rotor 2 gelagert, der bei diesem Ausführungsbeispiel jedoch Bestandteil eines Austauschmoduls 32 ist. Das Austauschmodul 32 weist ein Austauschmodulgehäuse 33 auf, das den Rotor 2 im Wesentlichen vollständig umschließt und in die Rotorkammer 17 des Gehäuses 3 mit geringem Spiel passt. Das Austauschmodulgehäuse 33 weist eine vorderseitige Stirnwandung 12a, eine rückseitige Stirnwandung 13a, eine untere Schale 10a und eine obere Schale 11a auf. Diese Wandungen 12a, 13a, bzw. Schalen 10a, 11a sind dünnwandige Wandungen, welche vorzugsweise Innenflächen ausbilden, die der Form der Innenflächen des Rotorraums 9 des oben erläuterten ersten Ausführungsbeispiels entsprechen.
Bei geöffnetem Deckel 31 kann das Austauschmodul 33 in Vertikalrichtung 34 aus dem Gehäuse 3 entnommen und durch ein weiteres Austauschmodul 33 ersetzt oder gereinigt und dann wieder eingesetzt werden. Beim Öffnen des Deckels 31 werden die Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 und die Antriebseinrichtung 4 horizontal jeweils ein Stück weg von der Rotorkammer 17 bewegt. Hierdurch wird das freie Ende der Verschiebestange der Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 und ein Wellenzapfen der Antriebseinrichtung 4 aus der Rotorkammer 17 herausgezogen, so dass sie nicht einer Bewegung des Austauschmodulgehäuses 33 nach oben im Weg stehen. Beim Schließen des schwenkbaren Deckels 31 werden die Beladungs- und Entladungseinrichtung 8 und die Antriebseinrichtung 4 horizontal in Richtung des Pfeils 34 zurückgeschoben. Befindet sich ein Austauschmodul im Gehäuse 33 in der Rotorkammer 17, dann koppelt hierdurch der Wellenzapfen der Antriebseinrichtung 4 an die Welle des Rotors 2 und das freie Ende der Verschiebestange in eine entsprechende Durchgangsöffnung des Austauschmodulgehäuses 33. Hierdurch wird das Austauschmodulgehäuse 33 automatisch in das Gehäuse 3 eingekoppelt und mit den entsprechenden Funktionsteilen verbunden.
Am unteren Rand weist das Austauschmodulgehäuse 33 wiederum eine Rinne 22 auf, die an eine Auslassöffnung 23 des Gehäuses 3 mündet.
Bei geöffnetem Gehäuse 3 kann das Austauschmodulgehäuse 33 ausgetauscht oder zum Reinigen entfernt und wieder eingesetzt werden.
Soll das Austauschmodulgehäuse 33 beispielsweise durch Autoklavieren gereinigt werden, dann ist es zweckmäßig, dass es aus hitzebeständigen Materialien, wie zum Beispiel Metall, ausgebildet ist. Es kann jedoch auch zweckmäßig sein, das Austauschmodul nach einem gewissen Gebrauch vollständig zu ersetzen. Einerseits können die Reaktionsgefäßeinheiten von Substanzen gereinigt werden, welche das Austauschmodul 32 angreifen und beispielsweise korrodieren. Dann ist es sinnvoll, das Austauschmodul 32 nach einer vorbestimmten Betriebsdauer von einigen Wochen bis einigen Monaten vollständig zu ersetzen. Werden solche Austauschmodule 32 als Verbrauchsmittel verwendet, dann kann es auch zweckmäßig sein, diese im Wesentlichen aus Kunststoff auszubilden. Das Austauschmodulgehäuse 33 wird vorzugsweise aus einem Material mit hoher Chemikalienbestädigkeit, wie zum Beispiel PTFE, ausgebildet. Der Rotor besteht vorzugsweise aus einem harten Kunststoffmaterial, insbesondere einem Spritzgussteil.
Sowohl die Haube 35 als auch der schwenkbare Deckel 31 können mit einem Rast- oder Schnappmechanismus am übrigen Gehäuse 3 befestigt werden.
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde ausschließlich zur Information des Lesers aufgenommen und ist nicht Bestandteil des europäischen Patentdokumentes. Sie wurde mit größter Sorgfalt zusammengestellt; das EPA übernimmt jedoch keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.