DE29624430U1 - Laborthermostat mit Temperierblöcken - Google Patents

Description

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Laborthermostat mit Temperierblöcken

Die Erfindung betrifft einen Laborthermostat der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Ein solcher Laborthermostat ist aus der US-PS 5,525,300 bekannt. Bei dieser bekannten gattungsgemäßen Konstruktion stehen die Temperierblöcke im Laborthermoslaten fest. Die Behälter müssen mit dem bewegbaren Halter von Block zu Block bewegt werden.

Dies ist nachteilig, da die Bewegung der Behälter die Proben beeinträchtigen kann, insbesondere durch unerwünschte Temperatureffekte bei der Bewegung der Behälter. Eine solche die Temperaturbeeinfliissung verhindernde Abdeckung der Behälter ist bei dieser Konstruktion schwierig vorsehbar. Es ergibt sich eine im wesentlichen offene, nur unter größerem Aufwand gegen Temperatureinflüsse kapselbare Konstruktion. Durch die Nebeneinanderanordnung der Temperierblöcke in einer Ebene, wie sie die bekannte Konstruktion zeigt, ergibt sich ferner ein erheblicher Raumbedarf des gattungsgemäßen Laborthermostaten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen gattungsgemäßen Laborthermostaten zu schaffen, der raumsparend

ausgebildet ist und bei dem störende Beeinflussungen der Behälter beim Wechseln der Temperierblöcke vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteiles des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Konstruktion werden die Temperierblöcke bewegt, während die Gefäße mit dem Halter am Laborthermostaten feststehen. Dadurch kann eine sichere, erschütterungsfreie und durch Abdeckung thermisch stabile Lagerung der Behälter erreicht werden. Es werden nur die Temperierblöcke bewegt. Aufgrund ihrer großen Masse erfahren diese bei der Bewegung nur vernaclilässigbare Temperaturänderuugen. Ferner läßt sich durch geschickte Wahl der Bewegungseinrichtungen der Blöcke der Raumbedarf des Labortermostaten erheblich verringern. Ein weiterer für die Handhabung im Labor wesentlich Vorteil ergibt sich daraus, daß bei solchen Laborlermostaten üblicherweise die Behälter mit ihrem Halter oberhalb der Temperierblöcke angeordnet sind. Üblicherweise ist der Labortermostat auch mit einem abdeckenden, rundum geschlosseneu Gehäuse versehen. Bei der erfindungsgemäßen Asubildung ergibt sich dann der Vorteil, daß die bewegten Temperierblöcke innerhalb des geschlossenen Gehäuses verlaufen und an dessen zugänglicher Oberseite, an dem der Halter zum Zwecke des Auswechseln der Behälter zugänglich sein muß, der Halter während des Betriebes fest steht. Damit lassen sich viele konstruktive Details einfacher lösen und es werden äußere bewegte Teile, die das Laborpersonal gefährden können, vermieden.

Die Temperierblöcke können beispielsweise unter dem die Behälter tragenden Halter in einem Schlitten angeordnet sein, der in einer Richtung unter dem Halter verschiebbar ist und der als Ganzes zur Abstandsbewegung bewegbar ist oder dem gegenüber die Blöcke einzeln abstandsbewegbar sind.

Vorteilhaft sind jedoch die Merkmale des Anspruches 2 vorgesehen. Dabei können die Temperierblöcke beispielsweise in einem Karussel in einer Ebene parallel zum Halter derart bewegbar ange-

ordnet sein, dai3 sie in bestimmten Winkelstellungen des Karussels fluchtend unter dem Halter stehen. Das Karussel kann beispielsweise als Ganzes zur Abstandsbewegung bewegbar ausgebildet sein.

Vorteilhaft sind dabei jedoch die Merkmale des Anspruches 3 vorgesehen. Hierbei dreht der Rotor trommelartig um eine parallel zum Halter gelagerte Achse. Es ergibt sich hierdurch eine besonders raumsparende Konstruktion des Laborthermostaten.

Die Temperierblöcke können einzeln zur Abstandsbewegung gegenüber dem Rotor bewegbar angeordnet sein. Vorzugsweise ist jedoch gemäß Anspruch 4 der Rotor als Ganzes abstandsbewegbar ausgebildet.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, in einem Temperierblock Proben auf unterschiedliche Temperaturen einzustellen. Auch die eingangs erwähnte bekannte Konstruktion weist bereits diese Möglichkeit auf, erreicht dies jedoch durch an den Enden des Temperierblockes angreifende Temperiereinrichtungen. Demgegenüber hat die erfindungsgemäße Konstruktion den Vorteil, daß durch die großflächige Kontaktierung des Temperierblockes über seine gesamte Länge das gewählte Temperaturprofil sehr schnell eingestellt und besser gegen Umgebungseinflüsse thermostatisiert werden kann. Es besteht ferner ohne Zusatzeinrichtungen die Möglichkeit eines alternativen Betriebes des Temperierblockes auf gleichmäßiger Temperatur, was bei der bekannten Konstruktion nur mit einer zusätzlichen, der Kontaktierseite anliegenden TemperiereinrichUmg möglich ist. Dabei sind vorteilhaft parallel zu den Feldgrenzen Abschnitte erhöhten Wärmewiderstandes vorgesehen, die unmittelbar an den Grenzen liegen können, um Temperaturregelschwingungen zwischen den Temperiereinrichtungen zu begrenzen oder die über den Temperiereinrichtungen angeordnet sein können, um das Temperaturprofil zu beeinflussen, beispielsweise zu lineanisieren. Diese Abschnitte können als den Querschnitt des Blockes verringernde Nuten ausgebildet sein. Die Kontaktierseite kann auch in Längs- und Querrichtung

unterteilt mit Temperiereinrichtungen versehen sein, mit denen ein Temperaturprofil in der einen oder anderen Richtung, z. B. auch abwechselnd, über den Temperierblock hinweg eingestellt werden kann, oder sogar in beiden Richtungen.

Vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 6 vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, zwei unterschiedliche im Laborbetrieb vorkommende Behälterarten ohne Umrüsten des Laborthermostaten verwenden zu können. Auch eine gemischte Bestückung ist möglich. Die große Zahl eng benachbart angeordneter, als Vertiefungen ausgebildeter Aufnahmen verringert die Masse des Temperierblockes. Dadurch verringert sich seine Wärmekapazität, und er läßt sich schneller und mit geringerem Energieeinsatz auf gewünschte Temperaturen bringen. Es gelingt auch, den Temperierblock zu seiner Aufnahmeseite hin derart zu schwächen, daß der Wärmestrom zwischen den Temperiereinrichtungen bevorzugt durch einen der Kontaktierseite benachbarten Plattenbereich des Temperierblockes fließt, wodurch eine sehr genaue und gleichmäßige Einstellung der gewünschten Temperaturen möglich ist. Dabei sind vorteilhaft die Aufnahmen der einen Art einer vorgegebenen Gitteranordnung von Gefäßen angepaßt. Dadurch können auch Gefäße verwendet werden, die z.B. in einer durchgehenden Plattenanordnung integriert sind. Die erwünschte Schwächung des zur Aufnahmeseite hin liegenden oberen Teiles des Temperierblockes kann durch zusätzliche Löcher zwischen den Aufnahmen verbessert werden. Eine durchgehende Platte des Temperierblockes, die unterhalb der Vertiefungen und Löcher durchgehend verläuft, erhöht die Gleichmäßigkeit der Temperatureinstellung. Abschnitte erhöhten Wärmeleitwiderstandes des Temperierblockes, wie sie in der eingangs genannten gattungsgemäßen Konstruktion in Form von Bohrungen vorgesehen sind, können zur Korrektur des gewünschten Temperaturprofiles verwendet werden. Vorteilhaft sind solche Abschnitte als Nuten z. B. von der Kontaktierseile her vorgesehen, die z. B. mäanderförmig zwischen den Vertiefungen und Löchern verlaufen.

In den Zeichnungen ist die Erfindung beispielsweise und schemalisch dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Labor-

thermostaten mit einem Blockwechselantrieb in einer erster Ausführungsform,

Fig. 2: einen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Laborthermostaten mit einem Blockwechselantrieb in einer zweiten Ausfülirungsform,

Fig. 3: einen Temperierblock zur Erzeugung eines Temperaturgradienten in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3a: den zu dem in Fig. 3 dargestellten Block gehörigen Temperaturgradienten,

Fig. 4: einen Temperierblock zur Erzeugung eines Tempera-

turgradienten in einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 4a: den zu dem in Fig. 4 dargestellten Block gehörigen Temperalu rgradienlen,

Fig. 5: einen Temperierblock in Ansicht von der Kontaktierseite her mit vier in Quadranlenanordnung vorgesehenen Temperiereiiirichtungen.

Fig. 6: eine Draufsicht auf einen Temperierblock entsprechend dem der Fig. 4 mit Detaildarstellung der Aufnahmen und

Fig. 7: einen Schnitt nach Linie 7 - 7 in Fig. 6.

Fig.l zeigt einen Laborthermostaten, der insbesondere für den PCR-Prozeß geeignet ist. Probeflüssigkeiten z. B. Reaktionsgemische sollen nacheinander auf unterschiedliche Temperaturen gebracht werden.

Dazu sind die Probeflüssigkeiten in Behältern 1 vorgesehen, die im dargestellten Ausföhrungsbeispiel als handelsübliche Reaktionsgefäße aus dünnwandigem Plastikmaterial ausgebildet sind. Sie weisen einen zylindrischen Bereich auf, der, wie Fig. 1 zeigt, in seinem unleren, die Probeflüssigkeit aufnehmenden Endbereich, sich konisch verjüngt. Der obere Rand weist einen Kragen 2 auf und einen den Behälter 1 verschließenden, elastisch verformbaren Deckel 3.

Der dargestellte Laborthermostat weist ein umschließendes Gehäuse 4 auf, in dessen Oberseite ein als Lochplatte ausgebildeter Halter 5 angeordnet ist, mit Löchern 6, die die Behälter 1 in Postition halten und an ihren Kragen 2 gegen Herausfallen nach unten sichern.

Unter dem Halter 5 ist ein Temperierblock 7 angeordnet, der an seiner oberen Aufnahmeseile 10 Aufnahmen 11 in Form von Vertiefungen aufweist, welche in ihrer Formgebung der Formgebung der unteren Endbereiche der Behälter 1 entsprechen. Die Anordnung der Aufnahmen 11 in der Fläche der Aufnahmeseite 10 des Blockes 7 entspricht der Anordnung der Löcher 6 im Halter 5. In der dargestellten Stellung des Temperierblockes 7 unter dem Halter 5, bei der die Aufnahmen 11 zu den Löchern 6 fluchten, gelangen alle im Halter 5 befindlichen Behälter 1 mit ihren unteren Endbereichen durch ihren Eingriff mit den Aufnahmen 11 in flächigen Kontakt mit dem Block 7.

Zur Sicherung des gut wärmeleitenden Flächenkontaktes der Behälter 1 mit den Aufnahmen 11 des Blockes 7 ist über dem Halter 5 eine diese abdeckende Deckelplalle 12 angeordnet, die auf die elastischen Deckel 3 der Behälter 1 drückt. Zu Zwecken der sicheren Temperierung der Probeflüssigkeiten in den Behältern 1 und zum Vermeiden von Kondensation an den Deckeln 3 der Behälter ist die Deckelplatte 12 mit einer ihr anliegenden Temperiereinrichtung 13, beispielsweise einem Pellierelemenl mit Anschlußleitern 14 auf geeignete Temperatur gebracht.

Der Block 7 steht an seiner der Aufnahmeseite 10 gegenüberliegenden Kontaktierseite 15 in Kontakt mit einer Temperiereinrichtung 16. Diese kann beispielsweise als Peltierelement ausgebildet sein, das über Anschlußleitungen 17 mit Strom versorgt wird. Ein Peltierelement ist für diese Zwecke besonders geeignet, da es je nach Erfordernis zum Heizen oder Kühlen einsetzbar ist.

Mit der Temperiereinrichtung 16 kann der Block 7 auf eine gewünschte Temperatur gebracht werden. Vorzugsweise ist zu diesem Zweck in dem Block 7 an geeigneter Stelle ein Temperatursensor vorgesehen, der über eine elektronische Regeleinrichtung die Temperiereinrichtung 16 derart steuert, daß die Temperatur im Block 7 auf geeigneter Höhe konstant gehalten wird.

Gelangt der Block 7, wie dargestellt, in flächigen Kontakt der Behälter 1 mit den Vertiefungen 11, so nimmt die Probeflüssigkeit in den Behältern sehr schnell und hochgenau die Temperatur des Blockes 7, also die gewünschte Reaktionstemperatur an.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Laborthermostat zwei weitere Blöcke 8 und 9 auf, die in ihrer Ausbildung mit den als Vertiefungen vorgesehenen Aufnahmen 11 dem bereits erwähnten Block 7 entsprechen. Die Temperierblöcke 8 und 9 sind ebenfalls mit Temperiereinrichtungen versehen, und zwar im Falle des Blockes 9 mit einer Temperiereinrichtung 16 und im Falle des Temperierblockes 8 mit zwei nebeneinander angeordneten Temperiereinrichtungen 19 und 20, die parallel mit gleicher Temperatur betrieben werden können oder auch, wie noch näher zu erläutern ist, mit unterschiedlicher Temperatur. Die Temperiereinrichtung 16 unter dem Temperierblock 9 ist mit einem Kühlkörper 18 versehen, der auch bei den anderen Temperiereinrichtungen vorgesehen sein kann und der dann von Vorteil ist, wenn die Temperiereinrichtung als Peltierelement ausgebildet ist, das auf seiner vom Temperierblock abgewandten Fläche Wärme abgeben oder aufnehmen muß.

Die Anordnung der Vertiefungen 11 in allen drei Blöcken 7, 8 und 9 ist identisch. Die Blöcke können also wahlweise in Eingriff mit den Behältern 1 im Halter 5 gebracht werden.

Dazu ist ein Blockwechselantrieb vorgesehen. Die Blöcke 7, 8 und 9 sind untereinander mit Stützen 21 starr in einer Ebene zu einer seitlich verschiebbaren Schliüenkontrukstruktion verbunden, die mit einer Schiebestange 22 in einer Schiebeiiihrung 23 in Richtung des Pfeiles 24 längsverschiebbar gelagert ist. Der auf diese Weise gebildete Seitenantrieb für die Temperierblöcke 7, 8 und 9 ist als Ganzes mil einem Abstandsantrieb höhenverstellbar.

Für den Abstandsantrieb ist die Schiebeführung 23 auf einer Schiebestange 26 befestigt, die in einer Schiebeführung 27 in Richtung des Pfeiles 28 höhenverschiebbar gelagert ist.

Aus der in Figur 1 dargestellten Position der Temperierblöcke mit Eingriff des mittleren Temperierblockes 7 mit den Behälter 1 kann durch Absenken in der Schiebeführung 27 der Block 7 außer Eingriff mit den Behältern gebracht werden. Durch Verstellung der Schiebestange 22 des Seitenantriebes kann nun einer der beiden anderen Blöcke in fluchtende Stellung unter den Halter 5 gebracht werden und nach Aufwärtsverschiebung in der Schiebeführung 27 in Eingriff mit den Behältern 1 gebracht werden.

Auf diese Weise können die im Halter 5 sitzenden Behälter 1 abwechselnd in Wärmekontakt mit den Temperierblöcken 7, 8 oder 9 gebracht werden. Diese können auf unterschiedlichen Temperaturen thermostatisiert gehalten werden. Die Behälter 1 können also in rascher Folge auf unterschiedliche hochgenaue Temperaturen gebracht werden, was insbesondere für PCR-Zwecke gewünscht ist.

Die Aufnahmen 11 in den Temperierblöcken 7, 8 und 9 können, ebenso wie die Löcher 6 im Halter 5, in geeigneter Weise angeordnet werden, beispielsweise in Form von Reihen und Spalten. Nach Abnehmen der Deckelplatte 12 können die Behälter ausgewechselt werden. Sie können beispielsweise auf arbeitssparende

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Weise zusammen mit dem Halter 5 gemeinsam gewechselt werden, der zu diesem Zweck auswechselbar am Gehäuse 4 vorzusehen ist.

Anstelle der dargestellten drei Temperierblöcke 7, 8 und 9 können in der dargestellten linearen Schlittenanordnung je nach gewünschter Anzahl von Temperaturstufen die Blöcke auch in anderer Anzahl vorgesehen sein.

Es kann auch die Anordnung von Seitenantrieb und Abstandsanlrieb anders ausgebildet sein. Beispielsweise können die Blöcke über einzelne Abstandsantriebe mit einem Seitenantrieb verbunden sein.

Der Antrieb der Blöcke zum Zwecke ihres Auswechselns unter den Behältern 1 kann von Hand erfolgen oder vorzugsweise mittels Motorantrieben, die beispielsweise computergesteuert auf nicht dargestellte Weise den Antrieb der Schiebestange 22 gegenüber ihrer Schiebeführung 23 und den Antrieb der Schiebestange 26 gegenüber ihrer Schiebeführung 27 besorgen. Auf diese Weise kanu ein Thermostatisierungszyklus mit gewünschtem Ablauf programmgesteuert erfolgen.

Anstelle des in Figur 1 dargestellten Blockantriebes, bei dem der Seitenanlrieb als Schiebeschlitten mit der Schiebeführung 22, 23 ausgebildet ist, kann der Seitenantrieb auch beispielsweise als Karusselantrieb ausgebildet sein. Dabei wären die dargestellten Blöcke 7, 8 und 9 in einer Ebene parallel zum Halter 5 um eine dazu senkrecht liegende Rotationsachse schwenkbar anzuordnen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des Blockwechselantriebes ist in Figur 2 dargestellt. Teile der Konstruktion entsprechen der der Figur 1. Für übereinstimmende Teile sind, soweit möglich, dieselben Bezugszeichen verwendet.

In der Oberseite eines etwas anders geformten Gehäuses 4' ist der Halter 5 zum Halten von Gefä/3en 1 vorgesehen. Es wird wiederum mit einer Deckelplatte 12 abgedeckt, die für Andruck und Temperierung der Gefäße von oben sorgt. Zusätzlich zeigt die Figur 2

lösbare Verriegelungen 29, die auch in Fig. 1 vorgesehen sein können und die die Deckelplatte 12 in der dargestellten Lage sichern.

In der Ausführungsform der Fig. 2 weist der Laborthermostat die drei Temperierblöcke 7, 8 und 9 der Figur 1 auf und zusätzlich einen Temperierblock 9', der entsprechend ausgebildet ist. Diese Temperierblöcke entsprechen der Ausführungsform der Fig. 1 einschlie/ilich der zugehörigen Temperiereinrichtungen. Der Temperierblock 7 steht in seiner dargestellten Stellung in Eingriff mit den Gefäßen 1 fluchtend unter dem Haller 5.

Im wesentlichen Unterschied zur Ausführungsform der Figur 1 ist die Bewegungseinrichliingen für die Seitenbewegung der Temperierblöcke anders ausgebildet.

Die Blöcke 7, 8, 9 und 9' sind in 90°-Stellung an einem Rotor 30 befestigt, der um eine Achse 31 in Richtung des Pfeiles 32 rotierbar im Kopf 33 der Schiebestange 26 gehalten ist, die gemäß Fig. 1 in Richtung des Pfeiles 28 in der Schiebeführung 27 längsverschiebbar ist.

Zum Wechseln der Temperierblöcke unter dem Halter 5 wird zunächst die Schiebestange 26 mit dem Rotor 30 nach unten gefahren, bis der gerade im Eingriff befindliche Temperierblock außer Eingriff mit den Gefäßen 1 kommt. Sodann wird der Rotor 30 um ein Vielfaches von 90° gedreht, um einen anderen Temperierblock in die Flucht unter dem Halter 5 zu bringen und durch Anheben der Schiebestange 26 in Kontakt mit den Gefäßen 1 zu bringen. Auch hier können wieder nicht dargestellte motorische Antriebe vorgesehen sein, die z.B. von einer Compulersteuerung zu vollautomatischem Ablauf gesteuert werden.

Wie der Vergleich der Figuren 1 und 2 zeigt, ist die Ausführungsform der Fig. 2 mit rotierendem Antrieb der Temperierblöcke von kompakterer Bauweise.

Fig. 3 zeigt den Temperierblock 8 der Figuren 1 und 2 mit seinen beiden Temperiereinrichtungen 19 und 20 in Seitenansicht. Die als Vertiefungen zur Aufnahme der Behälter ausgebildeten Aufnahmen 11' sind hier etwas kleiner und in größerer Zahl dargestellt. Die Aufnahmen II¹ können in Reihen und Spalten geordnet auf der Aufnahmeseite 10 vorgesehen sein. Sie dienen der Aufnahme einer größeren Zahl von Behältern zu deren Temperierung.

Die Temperiereinrichtungen 19 und 20, die dem Block 8 von der Kontaktierseite 15 her anliegen, können vorzugsweise als Peltierelemenle vorgesehen sein mit in Fig. 3 nicht dargestellten Anschlußleitungen zur Stroinbeaufschlagung. Damit können beliebige Temperaturen heizend oder kühlend eingestellt werden. Die Temperiereinrichtungen 19 und 20 können aber auch beispielsweise als llüssigkeitsdurchströmte Wärmetauscher, die z.B. über Schlauchleitungen versorgt werden, ausgebildet sein.

Die Temperiereinrichtungen 19 und 20 können auf gleiche Temperatur gebracht werden oder auch auf unterschiedliche Temperaturen. Nicht dargestellte Temperaturfühler im Block oberhalb der Temperiereinrichtungen können mit einer die Wärmezu- und -abfuhr durch die Temperiereinrichtungen steuernden Regeleinrichtung verbunden sein.

In der Ausführungsform der Fig. 3 liegen die Temperiereiiirichtungen 19 und 20 je etwa der halben Fläche der Kontaktierseite 15 an. Der gute Wärmekontakt kann durch Verklebung, Verschraubung oder sonstige Befestigung gesichert sein.

Werden die Temperiereinrichtungeii 19 und 20 auf unterschiedliche Temperatur gebracht, wobei im dargestellten Fall die Temperiereinrichtung 20 auf höherer Temperatur liegt, so ergibt sich ein Temperaturverlauf über die Länge des Temperierblockes 8, der in Fig. 3a dargestellt ist. Die Temperiereinrichtung 20 führt dem Temperierblock 8 laufend Wärme zu, während die Temperiereinrichtung 19 kühlend dem Temperierblock Wärme entzieht. War-

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me fließt also durch den Temperierblock 8 zwischen den Temperiereinrichtungen 20 und 19.

Es ergibt sich, wie die Temperaturkurve der Fig. 3a zeigt, in der die Temperatur T über der Strecke S dargestellt ist, im mittleren Bereich des Temperierblockes 8 ein linearer Temperalurverlauf. Zum linken Ende hin, also über der Temperiereinrichtung 19, flacht die Temperaturkurve ab, da zum linken Ende des Temperierblockes 8 hin der heizende Einfluß der Temperiereinrichtung 20 immer mehr abnimmt.

Auf der rechten Seite, also über der Temperiereinrichtung 20, verläuft gemäf?) Fig. 3a die Temperatur linear bis zum Ende des Temperierblockes. Dafür sorgen zwei parallel zur Grenze zwischen den mit den Temperiereinrichtungen 19 und 20 kontaktierten Feldern der Kontaktierseite 15 verlaufende Nuten 37 und 38. Diese Nuten schwächen den Querschnitt des Temperierblockes 8 und sorgen in Richtung des Wärmestromes, der im Block von der heizenden Temperiereinrichtung 20 zur kühlenden Temperiereinrichlung 19 verläuft, für eine örtliche Erhöhung des Wärmeleitwiderstandes des ansonsten gut leitenden Blockes, der beispielsweise aus Metall besteht. Da die Steilheit des Temperaturgradienten der in Fig. 3a dargestellten Temperaturkurve proportional zum Produkt aus Wärmestrom und Wärmeleitwiderstand ist, kann durch örtliche Veränderung des Wärmeleitwiderstandes die Form der Temperaturkurve beeinflußt und insbesondere, wie die Fig. 3a zeigt, die Kurve Iinearisiert werden. Vorteilhaft sind dazu die Nuten 37 und 38 unterschiedlich tief, also mit unterschiedlicher Querschnittsschwächung des Blockes, ausgebildet. Die Tiefe und Anordnung der Nuten 37 und 38 in Fig. 3 ist nur beispielsweise. Die genaue Tiefe, Lage und Anzahl der Nuten kann z. B. in Versuchen ermittelt werden.

Figur 3a zeigt, dai3 auf der linken Seite des Temperierblockes 8 zu seinem Ende hin das Temperaturprofil abflacht. Auf der rechten Seite, also über der Temperiereiiirichtung 20 ist diese Abflachung ausgeglichen durch Vorsehen der Nuten 37 und 38. Wie Figur 3 zeigt ist dabei die Nut 38 tiefer ausgebildet als die Nut 37, da sie

näher zum rechten Rand des Blockes hin liegt, also in einem Bereich, in dem der Wärmestrom von der Temperiereinrichtung 20 zur Temperiereinrichtung 19 geringer ist als an der Stelle der Nut 37. Um denselben Temperaturgradienten an der Stelle der Nut 38 zu erzeugen, ist ein höherer Wärmeleitwiederstand also eine tiefere Nut erforderlich. Wird die Nut 38 noch weiter vertiert, wie gestrichelt mit 38' angedeutet, so kann das Temperaturprofil in diesem Bereich weiter angehoben werden, wie in Figur 3a strichpunktiert dargestellt.

Fig. 4 zeigt in Darstellung entsprechend Fig. 3 einen Temperierblock 48 mit drei TemperiereinrichLungen 19', 19 und 20. Wird mit der Temperiereinrichtung 20 geheizt und mit der Temperiereinrichtung 19' gekühlt, so ergibt sich die in Fig. 4a dargestellte Temperaturkurve. Zu den Enden der Kurve hin, also über den Temperiereinrichtungen 19' und 20, flacht die Kurve ab, da Nuten über den Temperiereiiirichtungen, wie die Nuten 37 und 38 (Fig. 3) fehlen.

Über die mittlere Temperiereinrichtung 19 hinweg ergibt sich ein linearer Temperaturgradient. Die mittlere Temperiereinrichtung 19 kann mit einer mittleren Temperatur betrieben werden oder bedarfsweise auch abgeschaltet sein. Sie wird benötigt, um eine etwaige Abweichung der Temperaturkurve in der Mitte des Blockes T^ zu verhindern und wird insbesondere auch benötigt, wenn die

^ Temperaturkurve insgesamt auf ein anderes Niveau rasch verschoben werden soll. Ferner wird sie benötigt, wenn alternativ der gesamte Block auf dieselbe Temperatur gebracht werden soll.

Für die erforderliche genaue Einstellung der Temperatur im Temperierblock 48 müssen die Temperaturen geregelt werden. Dazu sind die Temperiereinrichtungen 19', 19 und 20 jeweils in einem eigenen Regelkreis über nicht dargestellte Temperatursensoren gesteuert, die im Block 48 oberhalb der einzelnen Temperiereinrichtungen vorgesehen sind. Zwischen den Regelkreisen findet Wärmeaustausch durch Wärmefluß im Block zwischen den Temperiereinrichtungen statt. Dies führt zu Wechselwirkungen der Regel-

kreise, wodurch schwer beherrschbare Regelschwingungen entstehen können.

Diese Regelschwingungen lassen sich verringern durch Verringerung des Wärmestromes zwischen den Temperiereinrichtungen. Im Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 4 sind dazu den Wärmeleitwiderstand zwischen den Temperiereinrichtungen erhöhende Nuten 39 an den Grenzen zwischen den mit den Temperiereinrichtungen 19', 19 und 20 belegten Feldern der Kontaktierseite 15 vorgesehen.

Wie die Fig. 4 weiter zeigt, können die Nuten 39 auch, wie gestrichelt mit der Nut 39' dargestellt, von oben, also in die Aufnahmeseite 10, eingebracht sein. Auch die Nuten 37 und 38 der Fig. 3 können alternativ von oben, also von der Aufnahmeseite 10 her, in den Block eingebracht sein.

In den Figuren 3 und 4 sind Nuten 37, 38 und 39 dargestellt, die zu unterschiedlichen Zwecken den Wärmestrom durch den Temperierblock behindern sollen, indem sie den Querschnitt des Blockes schwächen und somit an dieser Stelle die Wärmeleitfähigkeit verringern bzw. den Wärmeleit widerstand erhöhen. An Stelle der dargestellten Nuten können auch andere Möglichkeiten verwendet werden, örtlich die Wärmeleitfähigkeit des Blockes zu verändern. An Stelle der Nuten können auch auf andere Weise Abschnitte im Temperierblock vorgesehen sein, die eine andere Wärmeleitfähigkeit bzw. einen anderen Wärmeleitwiderstand aufweisen, als die anderen Stellen des Blockes. Solche Abschnitte können z. B. dadurch geschaffen werden, daß der Block an dieser Stelle getrennt ist und eine Zwischenlage aus einem Material höheren Leitwiderstandes eingesetzt ist. Die genannten Abschnitte können ebenso wie die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Nuten in beliebiger Linienführung den Block durchlaufen, vorzugweise jedoch quer zum Wärmestrom in gerader Linie zwischen zwei Rändern des Blockes. So laufen vorzugsweise die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Nuten quer zum Block 8 bzw. 48, also senkrecht zur Zeichnungsebene durch den gesamten Block.

Der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Temperierblock 8 bzw. 48 ist mit zwei Temperiereinrichtungen 19 und 20 oder drei Temperiereinriclitiingen 19', 19 und 20 versehen, die sich jeweils über die gesamte Breite des Blockes erstrecken. Ein Temperaturgradient kann in diesem Block also nur, wie die Temperaturkurven der Figuren 3a und 4a zeigen, in Längsrichtung, also in der Zeichnung von links nach rechts, eingestellt werden.

Fig. 5 zeigt eine Variante eines Temperierblockes 58, dessen Kontaktierseite 15 mit Feldgrenzen 61 und 62 in vier Quadrantenfelder mit Temperiereinrichtungen 59, 60, 59' und 60' belegt sind. Werden die Temperiereinrichtungen 59 und 59' gleich betrieben, z.B. kühlend, und auch die Temperiereinrichtungen 60 und 60' auf gleicher Temperatur betrieben, so ergibt sich auf dem Temperierblock 58 ein Temperaturgradient in Richtung der x-Achse. Werden die Temperiereinrichtungen 59 und 60 auf gleicher Temperatur betrieben und auch die Temperiereinrichtungen 59 und 60' auf gleicher Temperatur, so ergibt sich in senkrechter Richtung dazu, also in y-Richlung, ein Temperaturgradient. Werden alle Temperiereinrichtungen mit gleicher Temperatur betrieben, so ergibt sich eine konstante Temperatur über den gesamten Temperierblock 58.

Die Möglichkeit der Erzeugung von Temperaturgradienten abwechselnd in x-Richtung oder y-Richtung erlaubt eine Betriebsvariante, bei der der Temperierblock 58 nacheinander auf zwei unterschiedlichen Temperaturniveaus betrieben wird, beispielsweise bei einem Temperaturniveau von 30° und bei einem Temperaturniveau von 60°. Für beide Temperaturniveaus soll die genaue optimale Temperatur ermittelt werden. Das kann in einem Druchlauf erfolgen, wobei zunächst der Temperierblock bei dem Niveau von 30° in x-Richtung mit einem Gradienten betrieben wird der Temperaturen auf dem Temperierblock von beispielsweise 28°, 29°, 30°, 31°, 32° erzeugt. Anschließend wird der Temperierblock auf das Temperaturniveau 60° gebracht mit einem Temperaturgradienten in y-Richtung, wobei dan in y-Richtung unterschiedliche Temperaturen von z. B. 58°, 59°, 60°, 61°, 62° erzeugt werden. Ist der Temperierblock dabei über seine Fläche hin in regelmäßigen Zeilen

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(x-Richtung) und Spalten (y-Richtung) mit zu temperierenden Proben bestückt, so kann man diese anschließend auswerten und feststellen, welche dieser Proben optimal temperiert wurden. Bei diesen lag auf beiden Temperierniveaus die optimale Temperatur vor.

Interessant ist auch eine weitere mögliche Betriebsvariante, bei der gleichzeitig alle vier Temperiereinriclituiigen auf unterschiedlichen Temperaturen gehalten werden. Dann läßt sich ein komplexes Temperaturfeld einstellen mit unterschiedlichen Temperaturen sowohl in x-Richtung als auch in y-Richtung. So kann z.B. in x-Richtung ein größerer Temperaturgradient und in y-Richtung ein kleinerer Temperaturgradient eingestellt werden. Sind auf der Aufnahmeseite des Temperierblockes 58 Aufnahmen für Gefäße in Reihen (x-Richtung) und Spalten (y-Richtung) vorgesehen, so können beispielsweise zwischen den Reihen Temperaturunterschiede von 1° und innerhalb der Reihen zwischen den Spalten Temperaturunterschiede von 1/10° eingestellt werden. Es lassen sich damit Temperaturunterschiede von beispielsweise 10° mit einer Auflösung von 1/10° einstellen.

Die Figuren 6 und 7 zeigen in Draufsicht auf die Aufnahmeseile und im Schnitt einen Temperierblock 68, der in seinem grundsätzlichen Aufbau dem bereits erläuterten Temperierblock 8 entspricht, der also mit zwei Temperiereinrichtungen 19 und 20 von seiner Kontaktierseite 15 her kontaktiert ist.

Von der Aufnahmeseite her sind in den Block zwei unterschiedliche Arten von Aufnahmen 71 und 72 als unterschiedlich große Vertiefungen eingebracht.

Wie Fig. 6 zeigt, sind die beiden Arten von Aufnahmen 71 und 72 in einem rechtwinkligen Gilter ineinandergeschachtelt derart angeordnet, daß jeweils zwischen vier Aufnahmen 71 der ersten Art eine Aufnahme 72 der zweiten Art liegt und umgekehrt. Wie Fig. 7 zeigt, entsteht dadurch eine filigrane Blockkonstruktion mit sehr stark geschwächtem Querschnitt im oberen Bereich des Blockes,

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also zu seiner Auihahmeseite hin. Zusätzlich sind zwischen den Aufnahmen 71 und 72 noch ovale Löcher 73 eingebracht, die jeweils in der Mitte zwischen zwei größeren Aufnahmen 71 und zwei kleineren Aufnahmen 72 liegen, wie die Fig. 6 zeigt. Dadurch wird der Temperierblock 70 in seinem oberen Bereich zusätzlich geschwächt. Wärmeleitung zwischen den Temperiereinrichtungen 20 und 19 findet also weniger in seinem oberen, durch die Aufnahmen 71, 72 und die Löcher 73 geschwächten Dickenbereich statt, sondern im Bereich der unteren, durchgehenden Platte 74, die unter allen Aufnahmen 71, 72 und den Löchern 73 durchgehend verläuft.

Wie Figur 6 zeigt, ist bei der dargestellten Konstruktion das Volumen des Temperierblockes 68 insbesondere in seinem oberen, der Kontaktierseite 15 abgewandt liegenden dicken Bereich sehr weitgehend verringert. Dadurch ist die Wärmekapazität des Temperierblockes stark verringert. Dies gibt die Möglichkeit, den Temperierblock sehr schnell auf eine gewünschte Temperatur zu bringen, beispielsweise von einem Temperaturniveau auf ein anderes Temperaturniveau zu heizen oder zu kühlen. Es ergibt sich also für den in Figur 1 oder 2 dargestellten Laborthermostaten die Möglichkeit, in einem der dargestellten Temperierblöcke mehrere Temperaturniveaus nacheinander zu betreiben. So können insbesondere benachbarte Temperaturniveaus in einem Temperierblock betrieben werden, während für ein weiter entferntes Temperaturniveau ein anderer Temperierblock verwendet wird. Bei den üblichen drei Temperaturniveaus für den PCR-Prozesses können z. B. zwei der Temperaturniveaus in einem Block und eines in einem zweitem Block betrieben werden. Hilfreich dabei ist auch die in den Figuren dargestellte großflächige Kontaktierung des Temperierblockes mit den Temperiereinrichtungen, die einer sehr raschen Aufheizung oder Abkühlung dienlich ist.

Die in den Figuren 6 und 7 dargestellte sehr massearme Ausbildung des Temperierblockes 68 sorgt aber nicht nur für eine stark verringerte Wärmekapazität des Temperierblockes, sonderen ergibt auch eine geringe Wärmeleitfähigkeit bzw. einen hohen Wärmeleitwiderstand des Temperierblockes in Richtung des Wärmetranspor-

les zwischen den Temperiereinrichtungen 20 und 19. Zur Erzielung eines gewünschten Temperaturprofiles bzw. eines Temperaturgradienten, wie er beispielsweise in den Figuren 3a und 4a dargestellt ist, wird angesichts des hohen Wärmeleitwiderstandes nur ein geringer Wärmestrom benötigt. Die Temperiereinrichtungen 19 und 20 können daher mit geringer Leistung ausgebildet sein.

Der in den Figuren 6 und 7 dargestellte Temperierblock 68 weist eine Nut 69 auf, die die an Hand der Fig. 4 erläuterte Funktion der thermischen Entkopplung zwischen den Temperiereinrichtungen 20 und 19 erfüllt. Die Nut 69 ist, wie Fig. 7 im Schnitt zeigt, stufenförmig ausgebildet, um möglichst tief zwischen die Aufnahmen 71, 72 und die Löcher 73 reichen zu können, ohne jedoch diese zu berühren. Wie Fig. 6 (gestrichelt) zeigt, ist die Nut 69 zu diesem Zweck mäanderförmig zwischen den Vertiefungen und Löchern sich hindurchwindend angeordnet. Der dargestellte Temperierblock 68 kann beispielsweise formgegossen oder mit einer numerisch gesteuerten Fräsmaschine hergestellt werden, beispielsweise aus Aluminium.

Ähnlich wie in Figur 4 mit der gestrichelten Nut 39 angedeutet, kann auch bei der Aiisführuiigsform der Figuren 6 und 7 die Nut 69 von der Aufnahmeseite, also in Figur 7 von oben in den Temperierblock 68 eingebracht sein. Sie kann beispielweise quer durch die Vertiefungen 71, 72 und Löcher 73 verlaufen oder auch mäanderförmig diese umlaufend ausgebildet sein, beispielweise als sehr schmaler und tiefer Schlitz.

Claims (6)

1. Laborthermostat zum Temperieren von Probeflüssigkeiten in Behältern (1), mit einem die Behälter tragenden Halter (5) und wenigstens zwei unterschiedlich temperierten Temperierblöcken (7, 8, 9, 9), die an einer Aufnahmeseite (10) Aufnahmen (11) aufweisen, die zu großflächigem Kontakt mit den gefüllten Bereichen der Behälter (1) ausgebildet sind und die in ihrer Anordnung der Anordnung der Behälterplätze (Löcher 6) im Halter (5) entsprechen, wobei durch relative . Abstandsbewegung (Pfeil 28) und Seitenbewegung (Pfeile 24, 32) zwischen Halter und Temperierblöcken die Behälter (1) nacheinander in Eingriff mit den Aufnahmen (11) verschiedener Temperierblöcke bringbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Halter (5) am Laborthermostat (Gehäuse 4) feststeht und die Temperierblöcke (7, 8, 9, 9') diesem gegenüber bewegbar angeordnet sind.

2. Laborthermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperierblöcke (7, 8, 9, 9') zur Seitenbewegung auf einem Rotor (30) angeordnet sind.

3. Laborthermostat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (30) um eine parallel zum Halter (5) liegende Achse (31) drehbar ausgebildet ist.

4. Laborthermostat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstandsbewegung (Pfeil 28) der Temperierblöcke (7, 8, 9, 9') der Rotor (30) als Ganzes abstandsbewegbar ausgebildet ist.

5. Laborthermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Temperierblöcke (8, 48, 58, 68) an seiner der Aufnahmeseite (10) gegenüberliegenden Kontaktierseite (15) mit mehreren Temperiereinrichtungen (20, 19, 19'; 59, 59', 60, 60') versehen ist, die mit aneinandergrenzenden Feldern der Kontaktierseite (15) in flächigem Kontakt stehen und den Temperierblock unterschiedlich temperieren.

6. Laborthermostat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Aufnahmeseite der Temperierblöcke (68) zwei Arten von Aufnahmen (71, 72) für unterschiedliche Gefäße in einem regelmäßigen Flächengitter derart angeordnet sind, daß eine Aufnahme einer Art jeweils zwischen vier Aufnahmen der anderen Art liegt.