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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft einen Mikroplatten-Adapter zur Verwendung in einem Messverfahren und in einem Messsystem zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Proben, die in Näpfchen einer Mikroplatte angeordnet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Mikroplatten-Handling-System zur Handhabung vom Mikroplatten unter Verwendung derartiger Mikroplatten-Adapter.
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Spektroskopische Messverfahren gehören zu den wichtigsten Untersuchungsmethoden in der biochemischen und pharmakologischen Forschung. Zur Messwerterfassung werden Vorrichtungen zur Ermittlung von optischen Eigenschaften von Proben eingesetzt. Diese können z.B. als Fluorometer ausschließlich für Fluoreszenzmessungen ausgelegt sein oder als Multi-Technologie-Geräte, z.B. sogenannte Multi-Label-Reader (MLR) oder Multi-Mode-Reader, die zusätzlich zu Fluoreszenzmessungen auch andere Messmethoden ermöglichen, z.B. Lumineszenzmessungen, Absorptionsmessungen etc.
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Zur effizienten Durchführung der Untersuchungsmethoden werden häufig Probenmultiplex-Verfahren angewandt, bei denen die zu untersuchenden Proben in einer Matrixanordnung in Näpfchen (wells) einer Mikroplatte (microwell plate, häufig auch als „Mikrotiterplatte“ bezeichnet) angeordnet sind und entweder sequentiell oder parallelisiert mit unterschiedlichen, zumeist kontaktfreien optischen Analysemethoden untersucht werden.
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Das Mikroplatten-Format hat sich zwischenzeitlich als Standard für eine Vielzahl von Prozessen in der Analytik etabliert. Eine Mikroplatte bzw. Mikrotiterplatte (englisch microwell plate,) ist ein Gerät zur Untersuchung von biologischen oder anderen Eigenschaften, zum Beispiel beim Hochdurchsatz-Screening (HTS (High-Throughput Screening), Hochdurchsatzprüfung) in der Pharma- und Pflanzenschutzforschung. Die in der Regel rechteckigen Mikroplatten bestehen meist aus Kunststoff, in der Regel Polystyrol, manchmal auch Polyvinylchlorid. Sie enthalten viele voneinander isolierte Näpfchen bzw. Kavitäten (englisch wells) in Reihen und Spalten. Eine gewisse Normung hinsichtlich Außenabmessungen der Mikroplatten und Verteilung der Näpfchen bieten zurzeit die ANSI/SLAS Microplate Standards (ANSI/SLAS 1 to 4 - 2004) des American National Standards Institute (ANSI) und der The Society For Laboratory Automation And Screening (SLAS).
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Es gibt Prozesse, die auf das Mikroplatten Raster (z.B. 8 x 12 Näpfchen oder 12 x 16 Näpfchen) zurückgreifen, ohne den ANSI/SLAS Standard zu verwenden. Hierzu gehört z.B. die Polymerase-Kettenreaktion (englisch polymerase chain reaction (PCR)). Die PCR ist eine Methode, um Erbsubstanz (DNA) in vitro zu vervielfältigen. Dazu wird das Enzym DNA-Polymerase verwendet. Die PCR wird in biologischen und medizinischen Laboratorien zum Beispiel für die Erkennung von Erbkrankheiten und Virusinfektionen verwendet. Besondere Relevanz hat die PCR im Rahmen von Testverfahren zur Eindämmung der Corona-Pandemie bekommen
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Zur Durchführung der PCR werden häufig bestimmte Mikroplatten für die Bereitstellung eines geeigneten PCR-Mix eingesetzt. Ein PCR-Mix ist eine gebrauchsfertige Mischung bestimmter für die Reaktion erforderlicher Reaktionskomponenten (z.B. Puffer, dNTPs, MgCI2, DNA-Polymerase, diverse Primer).
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Die automatisierte Abarbeitung größerer Probenzahlen wird vielfach durch die Verwendung von Mikroplatten-Stackern unterstützt. Ein Mikroplatten-Stacker ist eine Handhabungsvorrichtung, die dafür ausgebildet ist, einen Mikroplatten-Vorrat in Form eines Stapels (stack) mit vielen übereinander angeordneten Mikroplatten platzsparend aufzunehmen und die Mikroplatten automatisiert einzeln abzugeben. Mikroplatten-Stacker sind in der Regel für die Verwendung von Mikroplatten nach den ANSI/SLAS Standard ausgebildet.
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Das Dokument
EP 1 975 627 B1 beschreibt einen Mikroplatten-Stacker, der so ausgebildet ist, dass die gestapelten Mikroplatten direkt aufeinanderliegen, so dass die Unterseite einer oberen Mikroplatte auf der Oberseite der unmittelbar darunter angeordneten Mikroplatte aufliegt. Andere Beispiele sind z.B. in dem Dokument
US 9 366 686 B2 beschrieben. Dokument
EP 2 420 812 B1 beschreibt einen Roboterspeicher mit Mikroplatten-Stackern. Die Firma BMG Labtech bewirbt auf ihrer Homepage einen Mikroplatten-Stacker, der für alle Mikroplattenformate geeignet sein soll und der die Mikroplatten durch das Auslesen eines Barcodes erkennt.
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Unter anderem im Bereich der Durchführung von PCR-Tests sehen die Erfinder einen Bedarf nach Automatisierungsmöglichkeiten, der durch herkömmliche Mikroplatten-Stacker nicht abgedeckt wird.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Möglichkeit bereitzustellen, um auch bei Verwendung nicht-standardgemäßer Mikroplatten mit hohem Probendurchsatz arbeiten zu können, insbesondere mit PCR-Mikroplatten.
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Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung einen Mikroplatten-Adapter mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.
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Der Mikroplatten-Adapter ist zur Verwendung in einem Messverfahren und/oder in einem Messsystem zur Ermittlung optischer Eigenschaften von Proben geeignet, wobei die Proben in Näpfchen einer Mikroplatte angeordnet sind. Der Mikroplatten-Adapter hat einen im Wesentlichen rechteckigen Rahmen mit zwei parallel zu einer Längsrichtung verlaufenden ersten Rahmenteilen und zwei senkrecht zu den ersten Rahmenteilen parallel zu einer Breitenrichtung verlaufenden zweiten Rahmenteilen. Die Rahmenteile sind in Eckbereichen des Rahmens miteinander verbunden und umschließen einen Rahmeninnenraum. Der Rahmen ist zur lagesicheren Aufnahme einer Sonder-Mikroplatte mit von Standard-Nennmaßen abweichenden Maßen ausgebildet. Außendimensionen des Rahmens sind dagegen derart an Nennmaße von Standard-Mikroplatten angepasst, dass ein mit einer Sonder-Mikroplatte ausgestatteter Mikroplatten-Adapter in einem für Standard-Mikroplatten ausgelegten Mikroplatten-Handling-System ohne Anpassung von Hardware des Mikroplatten-Handling-Systems aufgenommen und gehandhabt bzw. manipuliert werden kann.
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Durch Verwendung des Mikroplatten-Adapters ist es somit möglich, eine Sonder-Mikroplatte, deren für die Handhabung maßgebliche Dimensionen nicht den üblichen Standards entsprechen, mit Handhabungsvorrichtungen zu handhaben, die für dem Standard entsprechende Mikroplatten ausgelegt sind. Dadurch ist es möglich, auch nichtstandardgemäße Sonder-Mikroplatten in Verfahren mit hohem Probendurchsatz zu nutzen.
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Ein Mikroplatten-Adapter gemäß einer Weiterbildung ist dafür ausgelegt, eine PCR-Mikroplatte aufzunehmen, also eine Mikroplatte, die speziell für Untersuchungen ausgelegt ist, die die Polymerase-Kettenreaktion nutzen. Diese zur Aufnahme von PCR-Mix verwendeten Sonder-Mikroplatten bestehen häufig aus einem weichen, verformbaren Kunststoffmaterial und sind mit tiefen, häufig mehr oder weniger konisch gestalteten Näpfchen ausgestattet. Solche Sonder-Mikroplatten können zum Beispiel aus dünnwandigem Polypropylen gefertigt sein und ermöglichen dadurch eine optimale Temperaturübertragung zwischen Thermoblock und Reaktionsgemisch während der Wärmebehandlung im PCR-Prozess. Häufig sind PCR-Mikroplatten mit einem umlaufenden Halbrand ausgestattet, der die Steifigkeit dieser Sonder-Mikroplatten erhöht und die Beschriftung oder Anbringung von Barcodes ermöglicht. Durch die Verwendung eines Mikroplatten-Adapters können Nachteile aufgrund der Labilität dieser Sonder-Mikroplatten vermieden werden und es wird ein Handling in Standard-Handling-Geräten ermöglicht.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen hat der Rahmen eine in der Längsrichtung gemessene Länge und eine in der Breitenrichtung gemessene Breite, wobei ein Aspektverhältnis zwischen Länge und Breite im Bereich von 1,4 bis 1,6 liegt, insbesondere im Bereich von 1,45 bis 1,55. Insbesondere kann die Länge im Bereich von 125 mm bis 130 mm und/oder die Breite im Bereich von 80 mm bis 90 mm liegen. Diese Werte betreffen jeweils die maximalen Außendimensionen in Längsrichtung und Breitenrichtung. Damit sind die Außendimensionen des Mikroplatten-Adapters an Footprint-Dimensionen für standardisierte Mikroplatten gemäß ANSI SLAS 1-2004 (R2012)-Standard angepasst. Andere Dimensionen sind jedoch möglich.
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Die Höhe des Rahmens kann an die Art der aufzunehmenden Sonder-Mikroplatten angepasst sein. Bei manchen Ausführungsformen hat der Rahmen eine zwischen einer oberen Rahmenebene und einer unteren Rahmenebene gemessene Höhe, die derart an eine Näpfchentiefe einer aufzunehmenden Sonder-Mikroplatte angepasst ist, dass Bodenabschnitte der Näpfchen einer aufgenommenen Sonder-Mikroplatte zwischen der oberen Rahmenebene und der unteren Rahmenebene angeordnet sind. Die obere Rahmenebene wird dabei durch die Rahmenoberseite definiert, die untere Rahmenebene durch die Rahmenunterseite. Bei manchen Ausführungsformen liegt die Höhe im Bereich 8% bis 20% der Länge und/oder im Bereich von 8 mm bis 20 mm, insbesondere im Bereich von 10 mm bis 13 mm, so dass auch viele Sonder-Mikroplatten für PCR-Tests mit relativ tiefen Näpfchen so aufgenommen werden können, dass die Näpfchen vollständig innerhalb des durch den Rahmen umschlossenen Volumens bleiben.
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Generell kann die Rahmenhöhe auf alle bestehenden und zukünftig auf den Markt kommenden Sondermikroplatten schnell angepasst werden. Der Rahmen des Mikroplatten-Adapters kann im 3D-Druck hergestellt sein. Dadurch sind die Dimensionen nicht an spezielle Spritzwerkzeuge gebunden, sondern können flexibel an geänderte Anforderungen an die Rahmengeometrie und/oder die Funktionsweise angepasst werden.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen ist der Rahmen in einem einzigen Stück aus einem verwindungssteifen Werkstoff, insbesondere aus einem Kunststoff, hergestellt. Bei dem Kunststoff kann es sich beispielsweise um ABS, Polyamid oder Polystyrol handeln. Prinzipiell wäre es auch möglich, den Rahmen aus mehreren gesondert voneinander gefertigten Rahmenteilen zusammenzufügen.
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An den Rahmen sind Mikroplatten-Aufnahmestrukturen ausgebildet, die eine lagesichere Aufnahme einer Sonder-Mikroplatte ermöglichen. Dies bedeutet, dass die aufgenommene Sonder-Mikroplatte im Wesentlichen spielfrei am Rahmen aufgenommen werden soll, um sicherzustellen, dass die Näpfchen im richtigen räumlichen Bezug zu den Außenkonturen des Rahmens stehen. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Rahmen angrenzend an eine Rahmenoberseite einen Plattenaufnahmeabschnitt mit einem in Längsrichtung gemessenen ersten Außenmaß und einem in Breitenrichtung gemessenen zweiten Außenmaß aufweist, wobei das erste Außenmaß um eine erste Maßdifferenz kleiner als die Länge und das zweite Außenmaß um eine zweite Maßdifferenz kleiner als die Breite ist. Die erste und die zweite Maßdifferenz sollten größer sein als die typische Materialstärke von aufzunehmenden Sonder-Mikroplatten mit Halbrand, so dass die aufgenommene Sonder-Mikroplatte nicht über die Außendimensionen des Rahmens hinausragt. Vorzugsweise sind die erste Maßdifferenz und die zweite Maßdifferenz gleich groß.
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Gemäß einer Weiterbildung ist der Rahmen dafür ausgelegt, eine Sonder-Mikroplatte mit Halbrand aufzunehmen, wobei das erste Außenmaß im Wesentlichen einer ersten lichten Weite des Halbrands in Längsrichtung und das zweite Außenmaß im Wesentlichen einer zweiten lichten Weite des Halbrands in Breitenrichtung derart entspricht, dass beim Aufsetzen der Sonder-Mikroplatte auf den Plattenaufnahmeabschnitt der Halbrand den Plattenaufnahmeabschnitt im Wesentlichen spielfrei umschließt. Somit wird die relative Lage der aufgenommenen Mikroplatte am Rahmen sowohl in Längsrichtung als auch in Breitenrichtung durch Formschluss gesichert. Ein spielfreier Formschluss ist anzustreben, damit die Rahmen-Plattenkombination in nachfolgenden Prozessschritten präzise positioniert werden kann, um beispielsweise weitere Dispensier.- oder Messvorgänge in den einzelnen Kavitäten bzw. Näpfchen vornehmen zu können.
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Vorzugsweise ist (in Höhenrichtung) angrenzend an eine Rahmenunterseite ein Stützabschnitt mit Außenmaßen in Längsrichtung und in Breitenrichtung vorgesehen, wobei diese Außenmaße größer als die Außenmaße im Plattenaufnahmeabschnitt sind und wobei der Plattenaufnahmeabschnitt und der Stützabschnitt unter Bildung einer Stufe ineinander übergehen. Die Höhe des Plattenaufnahmeabschnitts kann dabei im Wesentlichen einer inneren Randhöhe einer Sonder-Mikroplatte mit Halbrand entsprechen, so dass eine Unterkante des Halbrands auf der Stufe aufliegt, wenn die Sonder-Mikroplatte in den Rahmen eingesetzt ist und mit ihrem die Näpfchen tragenden Oberteil auf der Rahmenoberseite aufliegt.
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Für eine lagesichere Aufnahme der Sonder-Mikroplatte ist es nicht notwendig, dass zwischen äußeren Flächen des Rahmens und inneren Flächen der aufgenommenen Sonder-Mikroplatte an allen Stellen Berührungskontakt besteht. Bei manchen Ausführungsformen weist der Plattenaufnahmeabschnitt entlang des Umfangs mehrere in Höhenrichtung verlaufende Rippen auf, zwischen denen Abschnitte reduzierter Wandstärke des Plattenaufnahmeabschnitts liegen. Dadurch kann ohne Einschränkung der Tragefunktion eine Gewichtsreduzierung des Rahmens erreicht werden. Vorteilhaft erweist sich eine punktuelle Auflage des Halbrandes auf Rippen gegenüber einem großflächigen Plattenaufnahmeabschnitt auch deshalb, da dadurch fertigungsbedingte Unebenheiten des Halbrandes ausgeglichen werden können.
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Gemäß einer Weiterbildung ist zwischen den ersten Rahmenteilen mindestens eine parallel zu den zweiten Rahmenteilen verlaufende Verbindungsstrebe angeordnet und/oder zwischen den zweiten Rahmenteilen mindestens eine parallel zu den ersten Rahmenteilen verlaufende Verbindungsstrebe angeordnet. Verbindungsstreben (eine oder mehrere) können derart angeordnet sein, dass der vom Rahmen umschlossene Rahmeninnenraum durch die Verbindungsstreben in Segmente gleicher Größe aufgeteilt ist. Beispielsweise kann mittig zwischen den ersten Rahmenteilen eine in Längsrichtung verlaufende Verbindungsstrebe vorgesehen sein, während in Breitenrichtung zwei zueinander beabstandete Verbindungsstreben vorgesehen sein können, so dass der Innenraum in insgesamt sechs gleich große Segmente unterteilt ist. Die Verbindungsstreben können einerseits der Stabilisierung des Rahmens dienen. Andererseits sind die Oberseiten der Verbindungsstreben vorzugsweise auf dem Niveau der Rahmenoberseite, also im Bereich der oberen Rahmenebene, so dass die Oberseiten als Stützfläche für eine aufliegende Sonder-Mikroplatte dienen können. Damit kann insbesondere bei wenig verwindungssteifen, weichen Mikroplatten ein Durchhängen der Mikroplatten im Inneren des Rahmens verhindert werden. Eine labile Sonder-Mikroplatte wird somit gezwungen, sich dem formstabilen ebenen Rahmen anzupassen.
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Bei transparenten PCR-Platten besteht die Gefahr, dass es bei der spektroskopischen Vermessung einer Probe in einem Näpfchen (z.B. mittels Lumineszenzmessung, Absorptionsmessung oder Fluoreszenzmessung) zu einem Übersprechen zwischen unmittelbar benachbarten Näpfchen kommen kann. Dies wird gemäß einer Weiterbildung dadurch verhindert, dass in Längsrichtung und in Breitenrichtung jeweils so viele Verbindungsstreben in (vorzugsweise gleichmäßigen) Abständen zueinander angeordnet sind, dass für jedes Näpfchen einer Sonder-Mikroplatte ein von Verbindungsstreben-Abschnitten und/oder Rahmenabschnitten seitlich umschlossener Aufnahmeraum gebildet ist. Dadurch wird jedes PCR-Näpfchen von Strebenabschnitten zu seinen Nachbarn lichtdicht abgeschottet.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen sind die Rahmen so ausgelegt, dass sie mit aufgenommenen Sonder-Mikroplatten direkt aufeinandergestapelt werden können. Bei solchen Ausführungsformen ist also der Mikroplatten-Adapter als Stapel-Adapter ausgelegt derart, dass an einer Rahmenoberseite ausgebildete obere Rahmenstrukturen derart an eine aufzunehmende Sonder-Mikroplatte und an der Rahmenunterseite ausgebildete untere Rahmenstrukturen angepasst sind, dass sich ein in Längsrichtung und in Breitenrichtung wirkender Formschluss ergibt, wenn eine Sonder-Mikroplatte in einen unteren Mikroplatten-Adapter aufgenommen ist und ein zu dem unteren Mikroplatten-Adapter bezüglich Dimensionen identischer oberer Mikroplatten-Adapter auf die von dem unteren Mikroplatten-Adapter aufgenommene Sonder-Mikroplatte aufgesetzt ist.
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Vorzugsweise ist an der Rahmenunterseite ein vorzugsweise ununterbrochen umlaufender Randsteg ausgebildet, wobei eine innere lichte Weite des von dem Randsteg umschlossenen Bereichs in Längsrichtung und in Breitenrichtung um eine Maßdifferenz größer ist als die in denselben Richtungen gemessenen Außenmaße des Plattenaufnahmeabschnitts, wobei vorzugsweise die Maßdifferenz im Wesentlichen der Materialstärke der Sonder-Mikroplatte im Randbereich entspricht. Somit kann beim Aufeinanderstapeln der Randsteg die Sonder-Mikroplatte im darunterliegenden Mikroplatten-Adapter umschließen und eine formschlüssige Lagesicherung in Längsrichtung und Querrichtung sicherstellen.
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Eine weitere Verbesserung der Handhabungssicherheit wird bei manchen Ausführungsformen dadurch erreicht, dass der Mikroplatten-Adapter ein Klemmsystem mit mindestens einer an dem Rahmen angebrachten Klemmeinrichtung zum Fixieren einer in den Mikroplatten-Adapter eingesetzten Sonder-Mikroplatte durch Klemmen aufweist. Dadurch ist eine zusätzliche Sicherheit beim Handling geschaffen, indem die aufgenommene Sonder-Mikroplatte zusätzlich kraftschlüssig am Rahmen fixiert werden kann. Vorzugsweise umfasst das Klemmsystem mehrere Klemmeinrichtungen, z.B. zwei Klemmeinrichtungen an jeder Breitseite.
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Eine besonders einfache Handhabung ergibt sich bei manchen Ausführungsbeispielen dadurch, dass die Klemmeinrichtung als Automatik-Klemmeinrichtung ausgebildet ist, die durch Einsetzen der Sonder-Mikroplatte betätigbar ist. Zur Betätigung der Klemmeinrichtung sind somit keine besonderen Werkzeuge notwendig und es ist auch nicht notwendig, dass ein Nutzer beim Einsetzen der Sonder-Mikroplatte an der Klemmeinrichtung angreift. Vielmehr reicht das Aufsetzen der Sonder-Mikroplatte, wodurch dann auch die Klemmeinrichtung betätigt wird.
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Das Klemmsystem bzw. eine Klemmeinrichtung ist u.a. auch deshalb günstig, weil sich die Sonder-Mikroplatte beim Herausstapeln aus dem Stacker nicht vom Rahmen unbeabsichtigt lösen kann. In Stackern bleiben manchmal auch zwei Platten aneinander kleben. Wenn sich dann die Sonder-Mikroplatte vom Rahmen lösen würde, könnte es zum Verklemmen im Stacker kommen. Dieses Risiko wird ausgeschaltet.
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Vorzugsweise weist eine Klemmeinrichtung wenigstens ein Federelement auf, das mit einem Befestigungsabschnitt an dem Rahmen befestigt ist und einen freien Endabschnitt aufweist, der in einem Ausgangszustand (ohne aufgenommene Sonder-Mikroplatte) derart schräg zu einer Seitenfläche des Rahmens ausgerichtet ist, dass zwischen der Seitenfläche und dem freien Endabschnitt ein sich nach oben verbreiternder Einführspalt gebildet ist. Beim Aufsetzen einer Sonder-Mikroplatte kann der Halbrand dieser Sonder-Mikroplatte dann in den Spalt eingeführt werden, wobei dann die Klemmeinrichtung automatisch greift, wenn die Mikroplatte von oben auf den Plattenaufnahmeabschnitt aufgeschoben wird.
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Um einerseits eine relative sanfte Federcharakteristik zu erreichen und andererseits zu vermeiden, dass Befestigungselemente für das Federelement über die Außenkontur des Rahmens hinausragen, ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Federelement L-förmig gewinkelt ausgebildet ist, wobei der Befestigungsabschnitt vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Rahmenunterseite ausgerichtet und mittels einer von der Rahmenunterseite betätigbaren Befestigungsschraube auswechselbar an dem Rahmen angebracht ist. Damit kann auch auf einfache Weise erreicht werden, dass alle Elemente der Klemmeinrichtung innerhalb einer Umhüllenden der Außenkontur des Rahmens angeordnet sind.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen sind an jeder Breitseite zwei Klemmeinrichtungen des Klemmsystems angeordnet, die Längsseiten sind vorzugsweise frei von Klemmeinrichtungen.
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Der Mikroplatten-Adapter kann zusätzlich mit Strukturen versehen sein, die die Handhabung beim Handling und beim Transport vereinfachen und sicherer gestalten. So ist beispielsweise bei manchen Ausführungsformen vorgesehen, dass jeder der in Längsrichtung verlaufenden ersten Rahmenteile an seiner Außenseite eine in Längsrichtung verlaufende und zur Seite offene Längsnut aufweist. Diese kann einen rechteckförmigen Querschnitt haben und an Eingangsseite und Ausgangsseite Einführschrägen aufweisen.
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Ein solcher Mikroplatten-Adapter kann damit an Komponenten von besonderen Handling-Systemen angepasst sein.
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Ein durch die Erfindung bereitgestelltes Mikroplatten-Handling-System weist ein plattenförmiges Grundelement auf, das an einer ebenen Oberseite zwei zueinander parallele Führungsschienen aufweist, die Eingriffsabschnitte zum Eingreifen in die Längsnuten an den Seiten der ersten Rahmenteile des Mikroplatten-Adapters aufweisen. Ein lichter Abstand zwischen Basisabschnitten der Führungsschienen kann etwas größer sein als die Breite des Mikroplatten-Adapters, so dass der Mikroplatten-Adapter mit geringem Seitenspiel und in Längsrichtung verschiebbar zwischen die Führungsschienen einführbar ist.
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Dieses Mikroplatten-Handling-System kann beispielsweise genutzt werden, die aufgenommene Sonder-Mikroplatte ohne Verschütten von Probenmaterial vom Rahmen des Mikroplatten-Adapters zu trennen. Dazu kann die Kombination von Mikroplatten-Adapter mit aufgenommener Sonder-Mikroplatte auf die Grundplatte aufgesetzt und seitlich zwischen die beiden Führungsschienen geschoben werden. Dabei können Einführschrägen eine stoßfreie Einführung unterstützen. Dann kann die Sonder-Mikroplatte nach oben abgezogen werden, wobei der Rahmen des Mikroplatten-Adapters zwischen den Führungsschienen durch diese festgehalten wird.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
- 1 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Mi kroplatten-Adapters;
- 2 zeigt eine Seitenansicht des Mikroplatten-Adapters auf die Längsseite;
- 3 zeigt eine Seitenansicht des Mikroplatten-Adapters auf die Breitseite;
- 4 zeigt eine Draufsicht auf den Mikroplatten-Adapter von der Oberseite;
- 5 zeigt einen Schnitt durch den Mikroplatten-Adapter in Längsrichtung;
- 6 zeigt einen Schnitt durch eine Klemmeinrichtung an einer Breitseite des Mi kroplatten-Adapters;
- 7 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht des Mikroplatten-Adapters mit einer aufgesetzten Sonder-Mikroplatte in Form einer PCR-Mikroplatte;
- 8 zeigt einen Längsschnitt durch die Anordnung von 7;
- 9 zeigt einen Schnitt durch den Bereich einer Klemmeinrichtung bei aufgesetzter Sonder-Mikroplatte;
- 10 zeigt einen Stapel mit zwei aufeinandergesetzten Mikroplatten von der Längsseite;
- 11 zeigt eine Ansicht der Stapelanordnung von der Breiteseite;
- 12 zeigt einen Längsschnitt durch die Stapelanordnung in Längsrichtung;
- 13 zeigt eine schrägperspektivische Ansicht eines Mikroplatten-Adapters auf einer Grundplatte eines Handling-Systems;
- 14 zeigt eine Ansicht der Anordnung von 13 von der Breitseite des Mikroplatten-Adapters; und
- 15 zeigt einen Schnitt durch die Anordnung von 14 in Breitenrichtung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Nachfolgend wird anhand von Zeichnungsfiguren ein Ausführungsbeispiel eines Mikroplatten-Adapters MA erläutert, der dafür ausgelegt ist, eine Sonder-Mikroplatte SMP in Form einer PCR-Mikroplatte mit Halbrand HR aufzunehmen und für eine Handhabung mit Standard-Handling-Geräten nutzbar zu machen. Die Sonder-Mikroplatte besteht aus einem relativ weichen, verformbaren Kunststoffmaterial, zum Beispiel aus dünnwandigem Polypropylen, um während der Wärmebehandlung im PCR-Prozess eine gute Temperaturübertragung zwischen Thermoblock und Reaktionsgemisch zu ermöglichen. Die Sonder-Mikroplatte SMP des Beispiels weist 12 * 8 = 96 Näpfchen NA bzw. „wells“ auf. Diese haben Seitenwände mit im Wesentlichen konischer Gestalt und einen abgerundeten Bodenabschnitt. Die Näpfchentiefe NAT ist mehr als dreimal so groß wie der Durchmesser der oberen Näpfchenöffung.
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Der Mikroplatten-Adapter MA hat einen im Wesentlichen rechteckigen Rahmen RA mit abgerundeten Ecken. Der Rahmen RA ist als einstückiges Bauteil aus einem verwindungssteifen Kunststoffmaterial, insbesondere Polyamid, Polystyrol oder ABS gefertigt. Derzeit bevorzugt ist ein Polyamid-Kunststoff, der zur Verbesserung der Formstabilität mit Glaskugeln verstärkt ist und durch 3D-Druck in die Rahmengeometrie gebracht wird. Der Rahmen hat in seiner Längsrichtung LR eine Länge L von ca. 127 mm, in der senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Breitenrichtung BR eine Breite B von ca. 85,5 mm und eine Höhe H von ca. 18 mm. Diese Maße betreffen die maximalen Außendimensionen in den entsprechenden Richtungen. Die Höhe H wird dabei zwischen der ebenen Rahmenoberseite RO und der ebenen Rahmenunterseite RU bzw. zwischen den dadurch jeweils definierten Ebenen (obere Rahmenebene REO und untere Rahmenebene REU) gemessen. Die Maße in Längsrichtung und Querrichtung entsprechen dabei im Wesentlichen den entsprechenden Maßen einer Standard-Mikroplatte gemäß dem Standard ANSI SLAS 1-2004 (R2012), so dass der Mikroplatten-Adapter somit bezüglich seiner äußeren Dimensionen an Handling-Geräte angepasst ist, die für diesen Standard ausgelegt sind.
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Der Rahmen RA umfasst zwei parallel zur Längsrichtung LR verlaufende erste Rahmenteile RT1-1 und RT1-2 und zwei senkrecht zu den ersten Rahmenteilen parallel zur Breitenrichtung verlaufende zweite Rahmenteile RT2-1 und RT2-2. Die Rahmenteile sind ähnlich wie bei einem Bilderrahmen in den Eckbereichen miteinander verbunden und integral miteinander ausgebildet. Die Rahmenteile bilden einen ebenen Rahmen und umschließen einen im Wesentlichen rechteckförmigen Rahmeninnenraum RI. Mittig zwischen den ersten Rahmenteilen RT1-1 und RT1-2 verläuft ein erster Verbindungssteg VS1, während zwischen den in Längsrichtung verlaufenden Rahmenteilen zwei in Breitenrichtung verlaufende Verbindungsstege VS2-1 und VS2-2 verlaufen. Die Oberseiten der jeweils plattenförmigen Verbindungsstege liegen auf der Ebene der Rahmenoberseite, die Unterkanten mit etwas Abstand oberhalb der Rahmenunterseite. Die Verbindungsstege versteifen den Rahmen und unterteilen den Rahmeninnenraum in sechs im Wesentlichen quadratische Segmente.
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In Höhenrichtung HR betrachtet kann der Rahmen in zwei Abschnitte unterschiedlicher Funktion eingeteilt werden. Angrenzend an die Rahmenoberseite ist ein Plattenaufnahmeabschnitt PAA ausgebildet, dessen Außendimensionen in Längsrichtung und Querrichtung kleiner sind als die Länge und Breite des Rahmens. Darunter schließt sich ein in Längsrichtung und Breitenrichtung größerer Stützabschnitt STA an, dessen Außendimensionen die Länge und Breite des Mikroplatten-Adapters bestimmen. Zwischen dem Plattenaufnahmeabschnitt PAA und dem Stützabschnitt STA wird an der Außenseite des Rahmens eine Stufe STF gebildet.
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Wie zum Beispiel in den 8 und 12 gut zu erkennen ist, sind die Außendimensionen des Plattenaufnahmeabschnitts PAA so an die Innendimensionen einer Sonder-Mikroplatte SMP mit Halbrand HR angepasst, dass diese so von oben auf den Rahmen aufgesetzt werden kann, dass der Halbrand HR den Plattenaufnahmeabschnitt im Wesentlichen allseitig weitgehend seitenspielfrei umschließen kann, so dass die Sonder-Mikroplatte in Längsrichtung und Querrichtung formschlüssig in ihrer Position am Rahmen gesichert ist. Dazu ist das Außenmaß des Plattenaufnahmeabschnitts PAA in Längsrichtung und Querrichtung nur einige Mikrometer geringer als die lichte Weite der Sonder-Mikroplatte zwischen den nach unten ragenden Teilen des Halbrands HR.
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Die genannten Figuren zeigen auch, dass die Maßdifferenz MD zwischen den Außendimensionen des Plattenaufnahmeabschnitts PAA und des Stützabschnitts STA in Längs- und Breitenrichtung so groß ist, dass der äußere Rand der aufgesetzten Sonder-Mikroplatte SMP nicht über die Außenkontur des Stützabschnitts hinaussteht. Die Maßdifferenz ist also größer als die Materialstärke der Sonder-Mikroplatte im Bereich des Halbrands.
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Der Plattenaufnahmeabschnitt PAA hat von oben bis zur Stufe STF eine Höhe, die etwa der Innenhöhe des Halbrands HR entspricht, so dass eine aufgesetzte Sonder-Mikroplatte einerseits mit den zwischen den Näpfchenöffnungen liegenden Plattenabschnitten an der Rahmenoberseite aufliegt und die Unterkante des Halbrahmens auf der Stufe aufliegt. Die Oberseiten der Verbindungsstreben stützen dabei den tragenden Teil der Sonder-Mikroplatte zwischen benachbarten Näpfchenreihen ab, so dass dieser Teil nicht durchhängen kann.
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Wie in 1 gut zu erkennen ist, weist der Plattenaufnahmeabschnitt PAA an den Längsseiten jeweils sieben in Höhenrichtung verlaufende Rippen RP auf, deren Außenseiten die Außenkontur des Plattenaufnahmeabschnitts definieren. Zwischen den Rippen ist die Materialstärke des Plattenaufnahmeabschnitts deutlich reduziert, so dass eine Gewichtsreduzierung des Rahmens erreicht werden kann, ohne die Tragfunktion zu beeinträchtigen.
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Die Stützabschnitte STA weisen an den Längsseiten jeweils eine zur Seite offene Längsnut LN mit Rechteckquerschnitt und Führungsschrägen an den Enden auf.
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Der Mikroplatten-Adapter MA ist mit einem selbsttätig arbeitenden Klemmsystem AKS ausgestattet, welches automatisch betätigt wird, wenn eine Sonder-Mikroplatte mit Halbrand von oben auf den Rahmen aufgesetzt wird. Das Klemmsystem sorgt für eine zusätzliche kraftschlüssige Fixierung der aufgenommenen Sonder-Mikroplatte und erhöht dadurch die Handhabungssicherheit bei Handling und Transport.
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Das Klemmsystem AKS weist an jeder der Breitseiten zwei mit Abstand zueinander angeordnete Klemmeinrichtungen KE auf. Deren Aufbau und Funktion kann anhand der 6 und 9 gut verstanden werden. Eine Klemmeinrichtung KE umfasst ein aus Federstahl gefertigtes Federelement FE, das als einteiliges Biegeteil aus Flachmaterial hergestellt ist. Das Federelement ist generell L-förmig gebogen und hat einen Befestigungsabschnitt BA, der der Befestigung am Rahmen dient, sowie einen einstückig mit dem Befestigungsabschnitt ausgebildeten freien Endabschnitt FEA, der sich im Wesentlichen nach oben erstreckt und an seinen oberen Endabschnitt nach außen gebogen ist, so dass sich am freien Endabschnitt ein sich nach oben öffnender Spalt SPL zwischen der Außenseite des Plattenaufnahmeabschnitts PAA und dem freien Ende FEA des Federelements ergibt. Der Befestigungsabschnitt BA ist mithilfe einer von unten betätigbaren Befestigungsschraube BS an einer Aussparung im Plattenaufnahmeabschnitt PAA befestigt. Der freie Abschnitt ragt über die Außenseite des Plattenaufnahmeabschnitts PAA hinaus, befindet sich jedoch noch innerhalb der durch die Außenseite des Stützabschnitts STA gebildeten Außenkontur, so dass das Federelement FE nicht über die Außenkontur hinausragt.
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Wird beim Bestücken des Mikroplatten-Adapters MA eine Sonder-Mikroplatte SMP mit Halbrand HR aufgesetzt (vgl. 9), so greift das untere Ende des Halbrands HR beim Aufsetzen in den Spalt SPL zwischen Plattenaufnahmeabschnitt und freiem Ende der Blattfeder ein und drückt das freie Ende des elastischen Federelements etwas nach außen, wodurch eine Klemmkraft erzeugt wird. Dadurch wird automatisch ohne besondere Handgriffe des Benutzers eine kraftschlüssige Fixierung der aufgenommenen Sonder-Mikroplatte am Rahmen erreicht.
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Die Klemmkraft ergibt sich hier als Reibkomponente infolge einer Normalkraft multipliziert mit dem Reibkoeffizienten des PCR-Plattenmaterials und der Feder, sowie einer in Z- Richtung wirkenden Kraftkomponente durch die Kräftezerlegung an dem um 2° zur Vertikalen geneigten Halbrand.
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Der Mikroplatten-Adapter MA ist als Stapel-Adapter ausgelegt. Dies kann besonders gut im Zusammenhang mit den 10 bis 12 erkannt werden. Ein wichtiger Beitrag zur Stapelbarkeit wird dadurch erreicht, dass an der Unterseite des Stützabschnitts ein ununterbrochen umlaufender Randsteg RST ausgebildet ist, dessen Unterseite die Rahmenunterseite definiert. Die lichte Weite des Rahmens im Bereich des Randstegs in Längsrichtung und Breitenrichtung ist so bemessen, dass der Randsteg eines oberen Mikroplatten-Adapters die Oberseite einer Sonder-Mikroplatte SMP umschließen kann, die vom unteren Mikroplatten-Adapter getragen wird (vgl. 12). Der Randsteg sorgt somit dafür, dass in Längsrichtung und Breitenrichtung in diesem Bereich ein Formschluss gebildet wird, so dass die aufeinandergestapelten Mikroplatten nicht gegeneinander verrutschen können.
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Beim Ausführungsbeispiel ist der Mikroplatten-Adapter MA Bestandteil eines Mikroplatten-Handling-Systems HS, welches anhand der 13 bis 15 näher erläutert wird. Das Mikroplatten-Handling-System umfasst ein plattenförmiges Grundelement GE, beispielsweise in Form einer metallischen flachen Platte aus Messing oder einem anderen gut bearbeitbaren und verwindungssteifen Werkstoff hoher Dichte. Letztere ist vorteilhaft, damit die Vorrichtung schwer ist und sich nicht vom Tisch abhebt, wenn man die PCR-Platte aus dem Rahmen zieht.
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Das Grundelement hat an seiner ebenen Oberseite OS zwei zueinander parallele Führungsschienen FS1, FS2, die jeweils im Querschnitt etwa L-förmig gestaltet sind. An den Führungsschienen sind auf den einander zugewandten Innenseiten jeweils im Wesentlichen rechteckförmige Eingriffsabschnitte EA1, EA2 zum Eingreifen in die Längsnuten LN an den Seiten der ersten Rahmenteile des Mikroplatten-Adapters ausgebildet. Die an der Grundplatte befestigten Fußabschnitte der Führungsschienen haben in Breitenrichtung einen Abstand zueinander, der etwas größer als die Breite des Mikroplatten-Adapters MA ist, so dass dieser mit geringem Seitenspiel, aber axial verschiebbar zwischen die Führungsschienen passt.
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Ein Mikroplatten-Adapter MA kann somit in Längsrichtung bequem zwischen die Führungsschienen geschoben werden, wobei durch die Einführschrägen an den Nutenden ein geschmeidiges stoßfreies Einführen ermöglicht wird. Der Rahmen ist dann durch den Eingriff der Eingriffsabschnitte in die Längsnuten LN gegen Abheben formschlüssig gesichert. Wenn ein Mikroplatten-Adapter auf diese Weise an dem Handling-System befestigt ist, kann die gehaltene Mikroplatte gegen die fixierende Wirkung des Automatik-Klemmsystems AKS nach oben abgezogen werden, ohne dass auch der Mikroplatten-Adapter abgehoben wird. Dieser wird durch das hohe Gewicht des Handling-Systems auf dem Tisch gehalten. Durch dieses Festhalten kann sich ein Benutzer voll auf das vorsichtige Abheben der PCR-Platte konzentrieren und dadurch dafür sorgen, so dass keine PCR-Flüssigkeit verschüttet wird.
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Die Grundplatte mit Führungsschienen eignet sich auch zum sicheren Transport einer davon gehaltenen Mikroplatte bzw. eines davon gehaltenen Mikroplatten-Adapters.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 1975627 B1 [0008]
- US 9366686 B2 [0008]
- EP 2420812 B1 [0008]