DE19948641A1

DE19948641A1 - Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten-Photometer

Info

Publication number: DE19948641A1
Application number: DE1999148641
Authority: DE
Inventors: Hans-Juergen Kiel; Tobias Neumann; Joerg Reinhardt; Gudrun Steinmetzer; Eberthard Unger
Original assignee: IMB Institut fur Molekulare Biotechnologie eV
Current assignee: IMB Institut fur Molekulare Biotechnologie eV
Priority date: 1999-10-06
Filing date: 1999-10-06
Publication date: 2001-05-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten-Photometer. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, eine Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten-Photometer anzugeben, die in kurzer Zeit (im Minutenzeitraum) eine wesentliche Abkühlung der Mikrotiterplatten unter die herrschende Raumtemperatur (auf unter 5 DEG C) ermöglicht, wird dadurch gelöst, daß die Kühleinrichtung 10 aus einer Kammer 2 mit verschließbarer Öffnung 20 und einer in der Kammer 2 befindlichen, in ihrer Position verstellbaren Mikrotiterplatte 1, die durch die Öffnung 20 der Kammer 2 ein- und ausführbar ist, besteht, wobei die Kammer 2 einen Wärmetauscher 3 und ein Gebläse 4 enthält, die Öffnung 20 mit einem Dichtmittel 22 versehen und zumindest nahezu luftdicht verschließbar ist und die Mikrotiterplatte 1 durchgehende Ausnehmungen 11 aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten- Photometer.

Mikrotiterplatten werden seit Jahrzehnten für die chemische und biochemische Analytik eingesetzt. Sie dienen der Parallelisiemng von Probenmessungen, um einen höheren Probendurchsatz zu erzielen und damit langwierige Meßreihen zu beschleunigen.

Bei den Mikrotiterplatten werden Proben meist in einem Raster angeordnet, so daß die Identität (Herkunft, Beschaffenheit) der Probe mit einer Flächenkoordinate verknüpft werden kann. Diese Koordinaten sind besonders für automatisierte Systeme zur Probenbearbeitung leicht zu erfassen.

Derzeit sind Mikrotiterplatten bekannt, die Kavitäten in rechtwinkligen Anordnungen von 8 × 12 (96), 16 × 24 (384) oder 32 × 48 (1536) tragen. Die Abmessungen der Kavitäten dieser Probenträger richten sich dabei nach den mit handelsüblichen Dosiergeräten (Pipetten) verläßlich dosierbaren Volumina und dem vorgegebenen Plattenformat der im Handel verfügbaren Mikrotiterplatten-Photometer (plate-reader). Solche Mikrotiterplatten-Photometer (plate-reader) sind bspw. aus US 4,710,031 und US D,404,140 bekannt, wobei die genannten Geräte nicht über die Möglichkeit der Temperierung der Mikrotiterplatten verfügen, so daß die Messungen immer bei Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) erfolgen.

Das Gerät Spectra Thermo des Herstellers TECAN hingegen verfügt über eine Möglichkeit der Temperierung der Mikrotiterplatten, wobei die Erwärmung der Proben im Vordergrund steht und die Abkühlung maximal bei 4°C unter der Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) liegt (Geräteübersicht 1997/98, TECAN Deutschland GmbH, Crailsheim). Die US- Schrift 5,149,654 offenbart einen Inkubationsapparat für Mikrotiterplatten, der nur für die Probenerwärmung geeignet ist. Weiterhin ist eine Probentemperierung von der Methode der Polymerasekettenreaktion (PCR) bekannt. Sogenannte Thermocycler, wie bspw. in US 5,455,175 beschrieben, temperieren dabei Reaktionsgefäße in Temperaturbereichen zwischen 2 und 100°C binnen weniger Sekunden, wobei keine photometrische Messung der Proben erfolgt.

Das Gerät "iCycler" der Firma BIO-RAD für die sogenannte real time PCR (Preisliste 1999, BIO-RAD Laboratories GmbH, Life Science Group, München) besitzt die Möglichkeit der Probentemperierung und der gleichzeitigen photometrischen Messung, ist jedoch nicht für die Verwendung von Mikrotiterplatten geeignet.

Zusammenfassend ist festzustellen, daß die derzeit bekannten Mikrotiterplatten-Photometer den Nachteil besitzen, daß keine wesentliche Abkühlung der Mikrotiterplatten unter die herrschende Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) möglich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten-Photometer anzugeben, welche in kurzer Zeit (im Zeitraum von Minuten) eine wesentliche Abkühlung der Mikrotiterplatten unter die herrschende Raumtemperatur (auf unter 5°C) ermöglicht.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind von den nachgeordneten Ansprüchen erfaßt.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß eine Kammer mit verschließbarer Öffnung, in die eine Mikrotiterplatte ein- und ausführbar ist, einen Wärmetauscher und ein Gebläse enthält und daß die Mikrotiterplatte durchgehende Ausnehmungen aufweist, so daß die durch den Wärmetauscher in seiner Umgebung temperierte Luft vermittels des Gebläses durch die Ausnehmungen leitbar ist, was nach einigen Minuten zu einer gleichmäßigen Temperatur in der Kammer führt. Der Vorteil dieser Kühleinrichtung besteht darin, daß sich mit ihr die verwendeten Mikrotiterplatten, und damit die photometrisch zu vermessenden Proben, in Minutenschnelle auf Temperaturen unter 5°C abkühlen lassen. Besonders vorteilhaft ist, eine Lagerung der Mikrotiterplatte über oder unter dem Gebläse und Wärmetauscher. Dies führt zu einer optimalen Durchströmung der Ausnehmungen mit temperierter Luft. Alternativ dazu kann die Mikrotiterplatte z. B. auch zwischen dem Gebläse und dem Wärmetauscher oder in anderer geeigneter Weise in der Kammer zur Temperierung gelagert sein. Wesentlich ist dabei immer, daß die Ausnehmungen der Mikrotiterplatte hinreichend durch die temperierte Luft durchströmbar sind und daß die Öffnung zumindest nahezu verschließbar ist.

Für die Durchströmung der Ausnehmungen und die Luftzirkulation in der Kammer besonders günstig ist eine Schlitzform und ein paralleler Verlauf der Ausnehmungen.

Von Vorteil bei der Kühleinrichtung ist weiterhin die Halterung der Mikrotiterplatte in einem Schlitten mit Führung und eine mechanische Verbindung des Schlittens zu einem, die Öffnung verschließenden Dichtmittel, so daß ein optimales Ein- und Ausführen der Mikrotiterplatte in oder aus der Kammer und die Zuordnung zu einer Ausleseeinheit innerhalb und auch außerhalb der Kammer, bspw. in einer Nebenkammer, erfolgen kann, wobei der Austausch der temperierten Kammerinnenluft mit der die Kammer umgebenden Luft mit Raumtemperatur gering gehalten wird.

Die Kühleinrichtung ist besonders vorteilhaft mit einer Steuer- und Regeleinheit versehen, so daß die Gebläseintensität und die Temperatur des Wärmetauschers, der über Verbindungsleitungen mit einem Kryostaten oder Thermostaten verbunden ist, vorgebbar und automatisch reguliert wird.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten-Photometer in schematischer Darstellung und

Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Kühleinrichtung entlang der Ebene A-A.

In Fig. 1 ist eine Kühleinrichtung 10 für Mikrotiterplatten-Photometer dargestellt, die aus einer in ihrer Position verstellbaren Mikrotiterplatte 1 und einer Kammer 2 mit verschließbarer Öffnung 20 besteht, wobei die Kammer 2 einen Schlitten 21 mit Führung 23 zur Halterung sowie zum Ein- und Ausführen der Mikrotiterplatte 1 aufweist. Die Öffnung ist mit einem Dichtmittel 22 versehen und ist durch dieses zumindest nahezu luftdicht verschließbar.

Die Mikrotiterplatte 1, die bspw. aus Kunststoff besteht, ist mit parallel verlaufenden, durchgehenden Ausnehmungen 11 (Fig. 2) versehen. Die durch das Dichtmittel 22 verschlossene Kammer 2 enthält einen Wärmetauscher 3 sowie ein Gebläse 4. Die Mikrotiterplatte 1 ist über dem Gebläse 4 und Wärmetauscher 3 angeordnet, wobei die Mikrotiterplatte 1 durch den Schlitten 21, der in einer Führung 23, bspw. einer Führungsschiene, beweglich gelagert ist, waagerecht gehaltert ist. Der Schlitten 21, der bspw. als Rahmen ausgebildet ist, steht gleichzeitig mit dem Dichtmittel 22, bspw. einer Dichtlippe aus Weichplaste oder Silicon, bzw. einer starren Klappe mit streifenförmiger Dichtung oder ein Lammellenverschluß, beweglich in Verbindung. Dadurch versetzt er das Dichtmittel in eine die Kammer 2 verschließende Lage und beabstandet gleichzeitig die Mikrotiterplatte 1 von dem Gebläse 4 und dem Wärmetauscher 3, so daß die durch den Wärmetauscher 3 abgekühlte Luft 6 vermittels des Gebläses 4 durch die Ausnehmungen 12 leitbar ist. Der Wärmetauscher 3 umfaßt Kanäle 31, die über Verbindungsleitungen 7 mit einer Flüssigkeit oder einem Gas eines Kryostaten in Verbindung steht. Alternativ dazu kann der Wärmetauscher 3 mit einer Flüssigkeit eines Thermostaten in Verbindung stehen. Der Wärmetauscher 3 ist mit einer Steuer- und Regeleinheit 8 verbunden und bspw. in der Weise steuer- und regelbar, daß über nicht dargestellte computergesteuerte Ventile des Kryostaten der Zu- und Abstrom der Flüssigkeit oder des Gases regulierbar ist. Dadurch wird erreicht, daß der Wärmetauscher 3 eine schnelle Abkühlung der Mikrotiterplatte 1 infolge der sie umströmenden Kaltluft bewirkt und beim Erreichen der gewünschten Temperatur diese auf einem konstant Wert gehalten wird.

Das Gebläse 4, das in dem Ausführungsbeispiel aus einem Flügelrad 41, einer Mittelachse 42 und einem Motor 43 besteht, ist ebenfalls mit der Steuer- und Regeleinheit 8 verbunden und dadurch steuer- und regelbar. Dadurch wird gewährleistet, daß die Luftzirkulation in der geschlossenen Kammer 3 eine optimale Temperierung bei gleichzeitiger minimaler Verdunstung der Proben 12 verwirklicht. Wesentlich ist dabei, daß die parallel verlaufenden, durchgehenden Ausnehmungen (Schlitze) 11, die in einer anderen Ausführung bspw. auch durchgehende Löcher sein können, so in der Mikrotiterplatte 1 angeordnet und dimensioniert sind, daß es zu geringen Verwirbelungen der Luft 6 kommt.

Mit der dargestellten Kühleinrichtung 10 läßt sich die Mikrotiterplatte 1 in weniger als 10 Minuten von 37°C auf unter 5°C abkühlen.

Vorteilhaft kann die Kammer 2 mit einer Probenausleseeinheit 5 versehen sein, so daß die in der Kammer 2 temperierte Mikrotiterplatte 1, bspw. eine 96-fach Platte aus Polycarbonat, direkt auslesbar bzw. nach einer Umpositionierung durch den Schlitten 21 auf der Führung 23 innerhalb der Kammer 2 der Probenausleseeinheit 5 zuordenbar und darauf hin auslesbar ist. Das Dichtmittel 22 dient dabei als Schleuse für durchzuführende Mikrotiterplattenwechsel, so daß die zirkulierende Luft nicht wesentlich aus der Kammer 2 ausströmen kann, bzw. die Luft mit Raumtemperatur außerhalb der Kammer 2 nicht einströmen kann.

In einer weiteren, nicht dargestellten Variante kann die Kammer 2 ausschließlich zur Temperierung der Mikrotiterplatte vorgesehen sein. In diesem Fall dient das Dichtmittel 22 als Schleuse zu einer nicht dargestellten Meßkammer neben der Kühleinrichtung 10. Die Mikrotiterplatte 1 ist dabei mit Hilfe des Schlittens 2 einer Probenausleseeinheit außerhalb der Kammer 2 zuordenbar. Abweichend vom Ausführungsbeispiel kann das Gebläse 4 und/oder der Wärmetauscher 3 unterhalb oder oberhalb der Mikrotiterplatte 1 angeordnet sein. Wesentlich ist dabei immer, daß die Ausnehmungen der Mikrotiterplatte hinreichend durch die temperierte Luft durchströmt werden und daß die Öffnung zumindest nahezu verschließbar ist.

Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Bezugszeichenliste

1

Mikrotiterplatte

10

Kühleinrichtung

11

Ausnehmungen

12

Proben

2

Kammer

20

Öffnung

21

Schlitten

22

Dichtmittel

23

Führung

3

Wärmetauscher

31

Kanäle

4

Gebläse

41

Flügelrad

42

Mittelachse

43

Motor

5

Probenausleseeinheit

6

Luft

7

Verbindungsleitungen

8

Steuer- und Regeleinheit

Claims

1. Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten-Photometer, bestehend aus einer Kammer (2) mit verschließbarer Öffnung (20) und einer in der Kammer (2) befindlichen, in ihrer Position verstellbaren Mikrotiterplatte (1), die durch die Öffnung (20) der Kammer (2) ein- und ausführbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (2) einen Wärmetauscher (3) und ein Gebläse (4) enthält, die Öffnung (20) mit einem Dichtmittel (22) versehen und zumindest nahezu luftdicht verschließbar ist und die Mikrotiterplatte (1) durchgehende Ausnehmungen (11) aufweist.

2. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrotiterplatte (1) über oder unter dem Gebläse (4) und dem Wärmetauscher (3) angeordnet ist.

3. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrotiterplatte (1) zwischen dem Gebläse (4) und dem Wärmetauscher (3) angeordnet ist.

4. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (11) in der Mikrotiterplatte (1) parallel verlaufende Schlitze sind.

5. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (11) in der Mikrotiterplatte (1) Löcher sind.

6. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrotiterplatte (1) durch einen Schlitten (21) mit Führung (23) in der Kammer (2) gehaltert ist.

7. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitten (21) mit dem Dichtmittel (22) mechanisch verbunden ist.

8. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) und das Gebläse (4) mit einer Steuer- und Regeleinheit (8) verbunden sind.

9. Kühleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (3) über Verbindungsleitungen (7) mit einem Kryostaten oder Thermostaten verbunden ist.

10. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Kammer (2) eine Probenausleseeinheit (5) befindet, wobei die Mikrotiterplatte (1) durch den Schlitten (21) der Probenausleseeinheit (5) zuordenbar ist.

11. Kühleinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrotiterplatte (1) durch die Öffnung (20) einer außerhalb der Kammer (2) befindlichen Probenausleseeinheit zuführbar ist.