DE10221763A1

DE10221763A1 - Thermocycler mit in Cyclen angesteuertem Temperierblock

Info

Publication number: DE10221763A1
Application number: DE10221763A
Authority: DE
Inventors: Kirsten Schicke; Claudia Hofmann
Original assignee: Eppendorf SE
Current assignee: Eppendorf SE
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2003-12-04
Also published as: US20030214994A1; US20070212774A1; US8198051B2

Abstract

Ein Thermocycler mit einem von einer Steuereinrichtung (6) in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils nacheinander auf die unterschiedlichen Temperaturstufen (40 DEG , 70 DEG , 95 DEG ) eines PCR-Prozesses bringbaren, zur Aufnahme mehrerer Proben ausgebildeten Temperierblockes (1, 2, 3) ist dadurch gekennzeichnet, daß der Temperierblock in thermisch getrennte und getrennt angesteuerte, jeweils mehrere Proben aufnehmende Abschnitte (1, 2, 3) unterteilt ist, wobei die Steuereinrichtung (6) die Abschnitte mit unterschiedlicher Zyklenzahl (9, 7, 4) steuernd ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Thermocycler der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Thermocycler gehören inzwischen zur Grundausstattung eines molekularbiologischen Labors. Sie dienen hauptsächlich zur Vermehrung von in einer Probe in geringer Zahl vorliegenden Nucleinsäureabschnitten mit dem PCR-Prozeß (Polymerase-Chain-Reaction).
Dabei werden die Proben in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils nacheinander auf drei Temperaturen gebracht, und zwar nacheinander auf die Denaturierungstemperatur bei ca. 95°C, die Annealingtemperatur bei ca. 40°C und die Elongationstemperatur bei ca. 70°C. In Sonderfällen können zwei dieser Temperaturstufen, nämlich die Annealingtemperatur und die Elongationstemperatur auch zu einer Temperaturstufe zusammengefaßt werden.
Bevor im Massendurchsatz eine größere Zahl von Proben verarbeitet wird, ist es erforderlich, die geeigneten PCR-Parameter zu ermitteln, um den PCR-Prozeß mit optimalen Parametern durchführen zu können. Es ist dazu bekannt, die Temperaturen auf den einzelnen Stufen zu variieren und auch die Konzentrationen der Reagenzien zu variieren. Zur Erleichterung der Temperaturvariierung sind Gradientencycler bekannt, die in einem Arbeitsdurchgang bei einer oder mehreren Temperaturstufen einzelne Proben mit unterschiedlichen Temperaturen beaufschlagen.
Es ist auch bekannt, daß die Anzahl der für einen PCR-Prozeß verwendeten Zyklen zu unterschiedlichen Ergebnissen führen kann, also optimiert werden sollte. Nach dem Stand der Technik ist die Optimierung der Zyklenzahl jedoch sehr zeitaufwendig, da dazu in einem Thermocycler nacheinander mehrere Durchläufe mit unterschiedlichen Zyklenzahlen gefahren werden müssen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Thermocycler zu schaffen, der eine vereinfachte Optimierung der Zyklenzahl ermöglicht.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Der erfindungsgemäße Thermocycler weist mehrere Blockabschnitte auf, die von der Steuereinrichtung mit unterschiedlicher Zyklenzahl betrieben werden. Es ist damit möglich, in dem üblicherweise verwendeten Bereich von Zyklenzahlen, also z. B. zwischen 10 und 30 Zyklen, mehrere unterschiedliche Zyklenzahlen in den einzelnen Blockabschnitten ablaufen zu lassen. Dies erfolgt arbeitssparend in einem Durchlauf, der anschließend in den verschiedenen Abschnitten Proben zur Verfügung stellt, die mit unterschiedlicher Zyklenzahl behandelt wurden. Gleichzeitig kann natürlich noch in den einzelnen Abschnitten bei den unterschiedlichen Proben mit anderen unterschiedlichen Parametern gearbeitet werden, z. B. unterschiedlichen Reagenzkonzentrationen, um gleichzeitig mehrere Parameter variieren zu können. Es ist auch möglich, die einzelnen Abschnitte als Gradientenblöcke auszubilden, so daß gleichzeitig zur Zyklenzahl auch die Stufentemperaturen variiert werden können.
Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung vereinfacht werden. Beispielsweise können in allen Abschnitten die Zyklen gleichzeitig und synchron laufen, wobei jeweils nach der vorgeschriebenen Zyklenzahl für einen Abschnitt die Ansteuerung dieses Abschnittes beendet wird. Dann wird vorzugsweise gemäß Anspruch 3 eine Kühltemperatur eingestellt, um die Proben zur späteren Analyse zu konservieren.
In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und schematisch dargestellt. Es zeigt die einzige Fig. 1 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Thermocyclers mit zugeordnetem Temperaturdiagramm.
Die Fig. 1 zeigt stark schematisiert in Draufsicht einen Thermocycler, dessen Gehäuse, Deckel und dergleichen weggelassen sind. Es ist lediglich in Draufsicht der Temperierblock dargestellt, der aus drei Abschnitten 1, 2 und 3 besteht, die in der dargestellten Nebeneinanderanordnung über Isolierschichten 4 verbunden sind.
Die drei Abschnitte 1, 2 und 3 sind jeweils über Leitungen 5 an eine Steuereinrichtung 6 angeschlossen, von der sie auf gewünschte Temperaturen bringbar sind.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Abschnitte 1, 2 und 3 identisch ausgebildet und weisen jeweils auf der dem Betrachter zugewandten Oberfläche Aufnahmen 7 auf, die als Vertiefungen in einem thermisch leitfähigen, z. B. aus Metall bestehenden Blockmaterial ausgebildet sind und zur Aufnahme von Proben dienen, die direkt in die Aufnahmen 7 gefüllt werden können oder in den üblichen Kunststoffgefäßen oder auf in-situ-Slides für die Hybridisierung angeordnet sein können, die formpassend zu den Aufnahmen 7 ausgebildet sind. Die Aufnahmen sind im Ausführungsbeispiel in jedem der Abschnitte 1, 2 und 3 in jeweils drei Zeilen und vier Spalten angeordnet.
In nicht dargestellter Weise sind die Abschnitte 1, 2 und 3 des Temperierblockes auf ihrer dem Betrachter abgewandten Unterseite mit geeigneten Temperiereinrichtungen kontaktiert, z. B. mit Peltier-Elementen, die in geeigneter Ansteuerung durch die Steuereinrichtung 6 die Abschnitte 1, 2 und 3 auf gewünschte Temperaturen bringen können und dazu, z. B. durch Stromumkehr, auch von Heizung auf Kühlung umgeschaltet werden können.
In nicht dargestellter Weise sind ferner an den Abschnitten 1, 2 und 3 Temperaturfühler angeordnet, die über die gegebenenfalls mehradrig ausgebildeten Leitungen 5 Rückmeldungen an die Steuereinrichtung 6 geben, um dieser die exakte Temperatureinstellung der Abschnitte 1, 2 und 3 zu ermöglichen.
In Fig. 1 ist unter den Abschnitten 1, 2 und 3 jeweils deren bei einem Arbeitsdurchlauf einzustellende Temperatur dargestellt, und zwar in einem Diagramm, in dem die Temperatur T über der Zeit t dargestellt ist.
Die Steuereinrichtung 6 ist im Ausführungsbeispiel so ausgebildet, daß sie die Temperaturen in den Abschnitten 1, 2 und 3 auf vier unterschiedliche Temperaturen einstellen kann, und zwar auf eine Kühltemperatur von 10°, eine Annealingtemperatur von 40°, eine Elongationstemperatur von 70° und eine Denaturierungstemperatur von 95°. Die drei letztgenannten Temperaturen werden in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils nacheinander durchfahren, und zwar so, wie dies im Temperaturdiagramm neben jedem Abschnitt dargestellt ist.
In einem ersten Zyklus wird die Temperatur jedes Abschnittes zunächst auf 95° gebracht, sodann auf 40°, dann auf 70°, wonach der erste Zyklus beendet ist. Es folgt der nächste Zyklus mit wiederum 95°, 40°, 70° usw.. In Fig. 1 ist dargestellt, daß bei dem ersten Abschnitt 1 insgesamt neun Zyklen durchfahren werden. Nach Ende des neunten Zyklus wird die Temperatur auf die Kühltemperatur von 10° abgesenkt und verbleibt dort bis zum Ende des Durchganges.
Der zweite Abschnitt 2 führt, wie das daneben dargestellte Temperaturdiagramm zeigt, dieselben Zyklen aus, jedoch in verringerter Anzahl. Es werden nur sieben Zyklen durchgeführt. Danach wird die Temperatur auf 10° abgesenkt. Im dritten Abschnitt 3 werden, wie in Fig. 1 dargestellt, nur vier Zyklen ausgeführt.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel laufen die Zyklen in den drei Abschnitten 1, 2 und 3 synchron und identisch ab. Lediglich die Zyklenzahl ist unterschiedlich. Nach Beendigung der vorgegebenen Zyklenzahl wird, wie die Temperaturdarstellung zeigt, gekühlt, um die Proben ohne weitere Temperaturbeeinflussung zu konservieren.
In nicht dargestellter Weise ist an der Steuereinrichtung 6 eine Einstellmöglichkeit vorgesehen, mit der für die einzelnen Abschnitte 1, 2 und 3 die jeweils gewünschte Zyklenzahl einstellbar ist. Es können also unterschiedliche Zyklenzahlen gefahren werden, beispielsweise 10, 15 und 20 Zyklen. Es ist auch möglich, in allen drei Abschnitten die gleiche Zyklenzahl einzustellen.
In alternativer Ausführungsform können die Abschnitte 1, 2 und 3 zusätzlich noch als Gradientenblöcke ausgebildet sein, die auf einer der dargestellten Temperaturstufen, beispielsweise auf der Temperaturstufe 70°, unterschiedliche Aufnahmen 7 eines oder aller Abschnitte auf etwas unterschiedliche Temperaturen bringen. Bei einer solchen Ausbildung des Thermocyclers können gleichzeitig in einem Arbeitsdurchlauf sowohl die Zyklenzahlen als auch die Temperaturen auf einer Temperaturstufe variiert werden, um das Optimum dieser beiden Parameter zu ermitteln.

Claims

1. Thermocycler mit einem von einer Steuereinrichtung (6) in aufeinanderfolgenden Zyklen jeweils nacheinander auf die unterschiedlichen Temperaturstufen (40°, 70°, 95°) eines PCR-Prozesses bringbaren, zur Aufnahme mehrerer Proben ausgebildeten Temperierblockes (1, 2, 3), dadurch gekennzeichnet, daß der Temperierblock in thermisch getrennte und getrennt angesteuerte, jeweils mehrere Proben aufnehmende Abschnitte (1, 2, 3) unterteilt ist, wobei die Steuereinrichtung (6) die Abschnitte mit unterschiedlicher Zyklenzahl (9, 7, 4) steuernd ausgebildet ist.

2. Thermocycler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zyklen in allen Abschnitten (1, 2, 3) identisch sind.

3. Thermocycler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschnitte (1, 2, 3) nach Beendigung ihres jeweils letzten Zyklus auf eine konstante Temperatur (10°) gesteuert werden.