DE19948641A1 - Apparatus to cool micro-titration plates has a sealed opening into a chamber fitted with a fan and a heat exchanger to bring the sample temp down to 5 degrees C in 10 minutes - Google Patents
Apparatus to cool micro-titration plates has a sealed opening into a chamber fitted with a fan and a heat exchanger to bring the sample temp down to 5 degrees C in 10 minutesInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten- Photometer.The invention relates to a cooling device for microtiter plate 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.Microtiter plates have been used for chemical and biochemical analysis used. They serve to parallelize Sample measurements to achieve a higher sample throughput and to accelerate lengthy measurement series.
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.With the microtiter plates, samples are usually arranged in a grid arranged so that the identity (origin, nature) of the sample with a surface coordinate can be linked. These coordinates are especially easy for automated systems for sample processing to capture.
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.Microtiter plates are currently known which carry cavities in rectangular arrangements of 8 × 12 ( 96 ), 16 × 24 ( 384 ) or 32 × 48 ( 1536 ). The dimensions of the cavities of these sample carriers are based on the volumes that can be reliably metered using commercially available metering devices (pipettes) and the specified plate format of the commercially available microtiter plate photometers (plate readers). Such microtiter plate photometers (plate readers) are known, for example, from US 4,710,031 and US D, 404,140, the devices mentioned not being able to temper the microtiter plates, so that the measurements are always carried out at ambient temperature (room temperature).
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.The unit Spectra Thermo Manufacturer's TECAN other hand, has a way of tempering the microtiter plates, the heating of the sample is in the foreground and the cooling maximum is 4 ° C below the ambient temperature (room temperature) (Device Overview 1997/98, TECAN Germany GmbH, Crailsheim). No. 5 , 149 , 654 discloses an incubation apparatus for microtiter plates which is only suitable for heating the sample. A sample temperature control using the polymerase chain reaction (PCR) method is also known. So-called thermal cyclers, as described, for example, in US Pat. No. 5,455,175, temper reaction vessels in temperature ranges between 2 and 100 ° C. within a few seconds, with no photometric measurement of the samples.
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.The "iCycler" device from BIO-RAD for so-called real time PCR (price list 1999 , BIO-RAD Laboratories GmbH, Life Science Group, Munich) has the option of temperature control and simultaneous photometric measurement, but is not for the use of Suitable for microtiter plates.
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.In summary it can be said that the currently known Microtiter plate photometers have the disadvantage that none essential cooling of the microtiter plates under the prevailing Ambient temperature (room temperature) is possible.
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.The invention has for its object a cooling device for Specify microtiter plate photometer, which in a short time (in Period of minutes) a significant cooling of the microtiter plates below the prevailing room temperature (below 5 ° C).
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des ersten Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind von den nachgeordneten Ansprüchen erfaßt.The task is characterized by the distinctive features of the first Claim resolved. Advantageous configurations are of the subordinate claims recorded.
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.The essence of the invention is that a chamber with closable opening into which a microtiter plate can be inserted and removed is, contains a heat exchanger and a blower and that the Microtiter plate has continuous recesses, so that the through the heat exchanger in its environment tempered air by means of the Blower is conductive through the recesses, which after a few minutes leads to a uniform temperature in the chamber. The advantage this cooling device is that the used with it Microtiter plates, and thus the samples to be measured photometrically, Allow to cool to temperatures below 5 ° C in a matter of minutes. It is particularly advantageous to store the microtiter plate over or under the blower and heat exchanger. This leads to an optimal one Flow of tempered air through the recesses. Alternatively can the microtiter plate e.g. B. also between the blower and the Heat exchanger or in another suitable manner in the chamber Temperature control must be stored. It is always important that the Recesses of the microtiter plate sufficiently through the tempered Air can flow through and that the opening is at least almost is lockable.
Für die Durchströmung der Ausnehmungen und die Luftzirkulation in der Kammer besonders günstig ist eine Schlitzform und ein paralleler Verlauf der Ausnehmungen.For the flow through the recesses and the air circulation in the Chamber is particularly favorable a slot shape and a parallel course of the recesses.
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.The holder of the cooling device is also advantageous Microtiter plate in a slide with a guide and a mechanical one Connection of the slide to one that closes the opening Sealant so that the microtiter plate can be optimally inserted and removed in or out of the chamber and the assignment to a readout unit inside and outside the chamber, for example in a secondary chamber, can take place, the exchange of the temperature-controlled chamber air with the air surrounding the chamber at room temperature is low is held.
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.The cooling device is particularly advantageous with a control and Provide control unit so that the blower intensity and temperature of the heat exchanger, which is connected to a Cryostat or thermostat is connected, predeterminable and automatic is regulated.
Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended below with reference to the schematic drawing of an embodiment will be explained in more detail. Show it:
Fig. 1 eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung für Mikrotiterplatten-Photometer in schematischer Darstellung und Fig. 1 shows a possible embodiment of the cooling device according to the invention for microtiter plate photometers in a schematic representation and
Fig. 2 einen Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Kühleinrichtung entlang der Ebene A-A. Fig. 2 shows a section through the cooling device shown in Fig. 1 along the plane AA.
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.In Fig. 1, a cooling device 10 for microtiter plate photometer is shown, which consists of an adjustable microtiter plate 1 and a chamber 2 with a closable opening 20 , the chamber 2 having a slide 21 with guide 23 for mounting and for loading and unloading Execution of the microtiter plate 1 has. The opening is provided with a sealing means 22 and can be at least almost airtightly closed by this.
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.The microtiter plate 1 , which consists, for example, of plastic, is provided with parallel, continuous recesses 11 ( FIG. 2). The chamber 2 closed by the sealant 22 contains a heat exchanger 3 and a blower 4 . The microtiter plate 1 is arranged above the blower 4 and the heat exchanger 3 , the microtiter plate 1 being held horizontally by the slide 21 , which is movably mounted in a guide 23 , for example a guide rail. The carriage 21 , which is designed, for example, as a frame, is at the same time movably connected to the sealing means 22 , for example a sealing lip made of soft plastic or silicone, or a rigid flap with a strip-shaped seal or a lamellar closure. As a result, he places the sealant in a position closing the chamber 2 and at the same time spaces the microtiter plate 1 from the blower 4 and the heat exchanger 3 , so that the air 6 cooled by the heat exchanger 3 can be conducted through the recesses 12 by means of the blower 4 . The heat exchanger 3 comprises channels 31 which are connected to a liquid or a gas of a cryostat via connecting lines 7 . Alternatively, the heat exchanger 3 can be connected to a liquid of a thermostat. The heat exchanger 3 is connected to a control and regulating unit 8 and can be controlled and regulated, for example, in such a way that the inflow and outflow of the liquid or gas can be regulated via computer-controlled valves of the cryostat, not shown. It is thereby achieved that the heat exchanger 3 brings about a rapid cooling of the microtiter plate 1 as a result of the cold air flowing around it and when the desired temperature is reached it is kept at a constant value.
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.The blower 4 , which in the exemplary embodiment consists of an impeller 41 , a central axis 42 and a motor 43 , is also connected to the control and regulating unit 8 and can thus be controlled and regulated. This ensures that the air circulation in the closed chamber 3 realizes an optimal temperature control with minimal evaporation of the samples 12 . It is essential that the parallel, continuous recesses (slots) 11 , which in another embodiment can also be through holes, for example, are arranged and dimensioned in the microtiter plate 1 in such a way that there is little turbulence in the air 6 .
Mit der dargestellten Kühleinrichtung 10 läßt sich die Mikrotiterplatte 1 in weniger als 10 Minuten von 37°C auf unter 5°C abkühlen.With the cooling device 10 shown , the microtiter plate 1 can be cooled from 37 ° C. to below 5 ° C. in less than 10 minutes.
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.The chamber 2 can advantageously be provided with a sample reading unit 5 , so that the microtiter plate 1 tempered in the chamber 2 , for example a 96-fold plate made of polycarbonate, can be read directly or after repositioning by the slide 21 on the guide 23 within the Chamber 2 can be assigned to the sample reading unit 5 and can then be read out. The sealant 22 serves as a lock for microtiter plate changes to be carried out, so that the circulating air cannot flow out of the chamber 2 substantially, or the air cannot flow in at room temperature outside the chamber 2 .
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.In a further variant, not shown, the chamber 2 can be provided exclusively for tempering the microtiter plate. In this case, the sealing means 22 serves as a lock to a measuring chamber (not shown) next to the cooling device 10 . The microtiter plate 1 can be assigned to a sample reading unit outside the chamber 2 with the aid of the slide 2 . Deviating from the exemplary embodiment, the fan 4 and / or the heat exchanger 3 can be arranged below or above the microtiter plate 1 . It is always essential that the recesses of the microtiter plate are sufficiently flowed through by the tempered air and that the opening is at least almost closable.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein. All in the description, the following claims and the Features shown in the drawing can be used both individually and in any combination with each other be essential to the invention.
11
Mikrotiterplatte
Microtiter plate
1010th
Kühleinrichtung
Cooling device
1111
Ausnehmungen
Recesses
1212th
Proben
rehearse
22nd
Kammer
chamber
2020th
Öffnung
opening
2121
Schlitten
carriage
2222
Dichtmittel
sealant
2323
Führung
guide
33rd
Wärmetauscher
Heat exchanger
3131
Kanäle
channels
44th
Gebläse
fan
4141
Flügelrad
Impeller
4242
Mittelachse
Central axis
4343
Motor
engine
55
Probenausleseeinheit
Sample readout unit
66
Luft
air
77
Verbindungsleitungen
Connecting lines
88th
Steuer- und Regeleinheit
Control and regulation unit
Claims (11)
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| DE1999148641 DE19948641A1 (en) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | Apparatus to cool micro-titration plates has a sealed opening into a chamber fitted with a fan and a heat exchanger to bring the sample temp down to 5 degrees C in 10 minutes |
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|---|---|
| DE19948641A1 true DE19948641A1 (en) | 2001-05-10 |
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