DE69826834T2 - Thermozyklierapparat mit einem automatisch positionierbaren Deckel - Google Patents
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Description
- Die Erfindung betrifft einen Thermozyklierapparat zum Durchführen einer Amplifikation von Nukleinsäuren, z. B. mittels einer Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction (PCR)).
- Bekannte Thermozyklierapparate dieser Art haben einen beheizbaren Deckel, der von Hand zum Abdecken von mehreren Reaktionsgefäßen plaziert wird, die in Kammern eines Thermoblocks des Thermozyklierapparats während des Thermozyklierens von in den Reaktionsgefäßen enthaltenen Proben-Reagenzmischungen angeordnet sind. Der Deckel wird auch von Hand abgenommen, um nach Abschluß des Thermozyklierens auf die Reaktionsgefäße zugreifen zu können. Bekannte Deckel dieser Art haben zwei wesentliche Nachteile. Sie sind nicht für einen automatischen Wechsel ihrer Position relativ zu dem Thermoblock geeignet.
- Die EP A 0810030 beschreibt einen Thermozyklierapparat mit einer horizontal verschiebbaren Abdeckung.
- Ein wesentliches Ziel der Erfindung liegt deshalb darin, einen Thermozyklierapparat zur Verfügung zu stellen, der einen beheizbaren Deckel umfaßt, mit dem mehrere in Kammern eines Thermoblocks des Thermozyklierapparats angeordnete Reaktionsgefäße automatisch auf- und zugedeckt werden können. Zudem soll durch den beheizbaren Deckel gewährleistet werden können, daß das Innere der Reaktionsgefäße nicht von externem Licht erreicht werden kann, wenn die Reaktionsgefäße mit dem beheizbaren Deckel abgedeckt sind.
- Gemäß der vorliegenden Erfindung wird dieses Ziel durch einen Thermozyklierapparat mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen erreicht.
- Mit einem erfindungsgemäßen Thermozyklierapparat wird das im vorhergehenden genannte Hauptziel erreicht. Die Konstruktion des Deckels und des Mechanismus zu seiner Bewegung macht es zudem möglich, sowohl hinsichtlich des Aufheizens der Reaktionsgefäße als auch hinsichtlich des automatischen Abfertigens derselben optimale Ergebnisse zu erzielen.
- Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Thermozyklierapparats werden durch die abhängigen Ansprüche der vorliegenden Anmeldung definiert.
- Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
-
1 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Thermozyklierapparats, wobei sich ein beweglicher Deckel14 in einer ersten Position befindet, in welcher der Deckel einen Thermoblock71 und in Kammern72 des Thermoblocks71 angeordnete Reaktionsgefäße13 bedeckt. -
2 zeigt eine Querschnittsansicht des in1 dargestellten Thermozyklierapparats. -
3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung, in der Teile des in1 dargestellten Thermozyklierapparats sichtbar sind. -
4 zeigt eine erste schematische perspektivische Darstellung des in1 dargestellten beweglichen Deckels14 und von Teilen der Transportmittel zum Bewegen des Deckels. -
5 zeigt teilweise im Querschnitt eine perspektivische Ansicht des in1 dargestellten Thermozyklierapparats, wobei sich der bewegliche Deckel in einer zweiten Position befindet, in der er den Thermoblock nicht bedeckt. -
6 zeigt eine Querschnittsansicht des in5 dargestellten Thermozyklierapparats. -
7 zeigt teilweise im Querschnitt eine perspektivische Ansicht des in1 dargestellten Thermozyklierapparats, wobei sich der bewegliche Deckel14 in einer Zwischenposition zwischen der ersten Position, in welcher der Deckel den Thermoblock71 und in dessen Kammern72 angeordnete Reaktionsgefäße13 bedeckt, und einer zweiten Position, in welcher der Deckel14 den Thermoblock71 nicht bedeckt. -
8 zeigt eine Querschnittsansicht des in7 gezeigten Thermozyklierapparats. -
9 zeigt teilweise im Querschnitt eine perspektivische Ansicht des in1 dargestellten Thermozyklierapparats, wobei sich der bewegliche Deckel in einer Position befindet, in der Auswurfmittel mit dem Entfernen der Reaktionsgefäße aus ihrer Lage in den Kammern des Thermoblocks des Thermozyklierapparats beginnen. -
10 zeigt eine Querschnittsansicht des in9 dargestellten Thermozyklierapparats. - Das in
1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Thermozyklierapparats umfaßt einen auf einer Basis48 montierten metallischen Thermoblock71 , einen beweglichen Deckel14 und Transportmittel zum Bewegen des Deckels14 . Ein solcher Thermozyklierapparat ist zur Durchführung einer Amplifikation von Nukleinsäuren geeignet. Zu diesem Zweck werden Reaktionsgefäße13 auf dem Thermoblock71 angeordnet, die geeignete Proben-Reagenzmischungen enthalten und mittels Kappen verschlossen sind. Die Reaktionsgefäße13 und ihre Kappen sind vorzugsweise aus geeigneten Kunststoffen. - Die wesentlichen Merkmale des Aufbaus des in
1 gezeigten Thermozyklierapparats werden nun insbesondere anhand der1 bis4 beschrieben. - Der bewegliche Deckel
14 hat eine Heizeinrichtung15 , die in einem Innenraum des Deckels14 angeordnet ist. Der Innenraum wird durch eine obere Wand und Seitenwände des Deckels14 begrenzt. Die Heizeinrichtung15 ist mechanisch mit dem Deckel14 verbunden. Diese mechanische Verbindung schließt Druckfedern36 ,37 ,38 ,39 ein. - Der Thermoblock
71 hat eine Mehrzahl von Kammern72 , die jeweils den unteren Teil eines Reaktionsgefäßes13 aufnehmen können. - Der Deckel
14 ist in einer ersten Position (Deckel geschlossen), in der er den Thermoblock71 und in dessen Kammern72 angeordnete Reaktionsgefäße bedeckt, und in einer zweiten Position (Deckel geöffnet), in der er den Thermoblock71 und in dessen Kammern72 angeordnete Reaktionsgefäße nicht bedeckt, positionierbar. - Der Deckel
14 hat eine Fläche, die sich dazu eignet, den Thermoblock71 und in dessen Kammern72 angeordnete Reaktionsgefäße13 abzudecken, wenn der Deckel14 in der ersten Position (Deckel geschlossen) ist. Wenn der Deckel14 in dieser Position ist, schirmt er die Reaktionsgefäße13 vollständig vor Licht aus der Umgebung des Thermozyklierapparats ab. Dieses Licht soll Messungen des Fluoreszenzlichts nicht stören, das von in den Reaktionsgefäßen13 enthaltenen Proben-Reagenzmischungen ausgesandt wird. - Die Transportmittel zum Hin- und Herbewegen des Deckels
14 zwischen der ersten Position (Deckel geschlossen) und der zweiten Position (Deckel geöffnet) sind so konstruiert und dimensioniert, daß der Weg, entlang dem der Deckel14 mittels der Transportmittel aus der zweiten Position (Deckel geöffnet) in die erste Position (Deckel geschlossen) bewegt wird, die folgenden Wegabschnitte umfaßt: - – einen
ersten Wegabschnitt, der oberhalb und in einem vorgegebenen Abstand
von dem Thermoblock
71 verläuft und entlang dem der Deckel14 auf einen Anschlag16 zubewegt wird, bis er an den Anschlag16 anstößt, und - – einen
zweiten Wegabschnitt, entlang dem der Deckel
14 nach unten bewegt wird, bis er zu dem Thermoblock71 hinsichtlich der Vertikalen ausgerichtet ist und auf in den Kammern72 des Thermoblocks71 angeordnete Reaktionsgefäße13 einen vorgegebenen Druck ausübt. - Die Transportmittel zum Bewegen des Deckels
14 umfassen insbesondere die folgenden Komponenten: - – den Anschlag
16 , der in dem ersten Wegabschnitt der Bewegung des Deckels14 angeordnet ist, - – einen
motorgetriebenen Deckelträger
17 , und - – Platten
25 ,26 , die an der Innenseite der Seitenwände23 des Deckelträgers17 angebracht sind. - Der Anschlag
16 ist auf der Basis48 befestigt und hat eine ebene Fläche18 , die im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Wegabschnitt ausgerichtet ist. - Der Deckelträger
17 hat eine Vorderwand21 , die im wesentlichen gemäß der ebenen Fläche18 des Anschlags16 ausgerichtet ist, eine Rückwand22 und Seitenwände23 ,24 , die sich zwischen der Vorderwand21 und der Rückwand22 erstrecken. Der Deckelträger17 weist Mittel auf, um den Deckel14 in sich zu halten, wenn sich der Deckel14 in der ersten Position befindet. - Die Transportmittel zum Bewegen des Deckels
14 umfassen ferner eine motorgetriebene Spindel28 , um die Rückwand22 des Deckelträgers17 und damit den Deckelträger17 entlang der Längsachse der Spindel28 in beiden Richtungen zu bewegen, also sowohl hin zu als auch weg von dem Anschlag16 , ein auf der Basis48 montiertes Spindellager29 und Mittel (nicht dargestellt) zum Steuern der Betätigung des Motors (nicht dargestellt), der die Spindel28 antreibt. - Die Platte
25 ist an der Innenseite einer Seitenwand23 des Deckelträgers17 befestigt. Die Platte26 ist an der Innenseite der anderen Seitenwand24 des Deckelträgers17 befestigt. Jede der Platten25 ,26 hat ein Paar Führungsschlitze31 ,32 bzw.33 ,34 , um die Bewegung des Deckels14 entlang des zweiten Wegabschnitts zu führen. - Wie insbesondere in den
2 ,3 und4 gezeigt ist, hat der Deckel14 eine innere und eine äußere Oberseite, eine Vorderwand41 , die im wesentlichen gemäß der ebenen Fläche18 des Anschlags16 ausgerichtet ist, eine Rückwand42 und Seitenwände43 ,44 , die sich zwischen Vorder- und Rückwand parallel zu den Seitenwänden23 ,24 des Deckelträgers17 erstrecken. Die Seitenwände des Deckels14 haben auswärts gerichtete Stifte51 ,52 ,53 ,54 , die in die Führungsschlitze31 ,32 der Platte25 bzw. die Führungsschlitze33 ,34 der Platte26 passen und darin gleiten können. - Bevorzugt umfassen die Transportmittel zum Bewegen des Deckels
14 zusätzlich eine Zugfeder61 , die mit einem Ende an dem Vorderende der inneren Oberseite des Deckelträgers17 und mit ihrem anderen Ende im hinteren Bereich der Oberseite des Deckels14 befestigt ist. - Der Betrieb der beschriebenen Transportmittel zum Bewegen des Deckels
14 läuft wie folgt ab: - Die
5 und6 zeigen die Position des Deckelträgers17 , wenn sich der Deckel14 in der zweiten Position (Deckel geöffnet) befindet. Wenn der Deckel14 und der Deckelträger17 wie in den5 und6 gezeigt positioniert sind, kann ein Reaktionsgefäßhalter11 , der mehrere durchgehende Öffnungen12 hat und mehrere in diese Öffnungen eingesetzte Reaktionsgefäße13 trägt, so auf dem Thermoblock71 positioniert werden, daß der untere Teil jedes Reaktionsgefäßes13 in eine Kammer72 des Thermoblocks71 paßt. - Nach dem Positionieren der Reaktionsgefäße
13 auf dem Thermoblock71 wird die Bewegung des Deckels14 aus der zweiten Position (Deckel geöffnet) in die erste Position (Deckel geschlossen) durch eine horizontale Bewegung des Deckelträgers17 hin zu dem Anschlag16 mittels Rotation der Spindel28 in einer ersten Drehrichtung eingeleitet. - Auf diese Weise wird der Deckel
14 horizontal auf den Anschlag16 zubewegt, bis die Vorderwand41 des Deckels14 an die ebene Fläche18 des Anschlags16 anstößt. Nachdem der Deckel14 diesen Punkt erreicht hat, kann er sich in horizontaler Richtung nicht weiterbewegen, weshalb weitere Bewegung des Deckelträgers17 zu dem Anschlag16 hin eine abwärts und rückwärts gerichtete Bewegung des Deckels14 weg von der oberen Wand des Deckelträgers17 bewirkt. Während dieser Bewegung des Deckels14 wird die Zugfeder61 gedehnt und die Bewegung des Deckels14 durch Gleiten der Stifte51 ,52 und53 ,54 in den Führungsschlitzen31 ,32 bzw.33 ,34 geführt. Der Deckel14 wird in dieser Richtung bewegt, bis die von dem Deckel14 getragene Heizeinrichtung15 an die Kappen der Reaktionsgefäße13 anstößt und auf diese Kappen einen vorgegebenen Druck ausübt. Der Deckel14 hat dann seine in den1 und2 gezeigte erste Position (Deckel geschlossen) erreicht. - Der vorgegebene Druck, der von der Heizeinrichtung
15 auf die Kappen der Reaktionsgefäße13 ausgeübt wird, wenn sich der Deckel14 in seiner ersten Position (Deckel geschlossen) befindet, wird von dem letzten Abschnitt der von dem unteren Teil der Schlitze31 ,32 und33 ,34 geführten abwärtsgerichteten Bewegung des Deckels14 und auch von den mechanischen Kenngrößen der Druckfedern36 bis39 bestimmt. - Die
7 und8 zeigen die Position des Deckelträgers17 und anderer, dazugehörender Teile des Transportsystems zum Bewegen des Deckels14 zu einem Zeitpunkt, in dem die Vorderwand41 des Deckels14 an die ebene Fläche18 des Anschlags16 anstößt, also in einem Punkt, in dem sich die Richtung der Bewegung des Deckels14 von einer hori zontalen Bewegung auf den Stopper16 zu in eine abwärts gerichtete Bewegung ändert. - Um den Deckel
14 aus seiner ersten Position (Deckel geschlossen) in seine zweite Position (Deckel geöffnet) zu befördern, wird der Deckelträger17 durch Rotation der Spindel28 in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten entgegengesetzt ist, von dem Anschlag16 weg bewegt. Dies bewirkt eine Bewegung des Deckels14 entlang des beschriebenen Wegs, jedoch in umgekehrter Richtung. Der Deckel14 bewegt sich, gezogen von der Zugfeder61 und geführt von den Schlitzen31 ,32 und33 ,34 , zunächst aufwärts auf die obere Wand des Deckelträgers17 und den Anschlag16 zu, bis sich der Deckel14 wieder in dem Deckelträger17 nahe an dessen oberer Wand befindet. Danach bewegt sich der Deckel14 zusammen mit dem Deckelträger17 weiter von dem Anschlag16 weg, bis Deckel14 und Deckelträger17 ihre in den5 und6 gezeigten Positionen erreichen. - Bevorzugt umfassen die Transportmittel zum Bewegen des Deckels
14 zusätzliche Auswurfmittel62 ,63 ,64 ,65 ,66 ,67 zum Lösen oder Herausnehmen des unteren Teils der Reaktionsgefäße13 aus den Kammern72 des Thermoblocks71 , wenn die Transportmittel den Deckel14 aus der zweiten Position in die erste Position bewegen. Ein Bedarf für solche Auswurf mittel ergibt sich daraus, daß die unteren Teile der Reaktionsgefäße13 nach Beendigung eines Thermozyklierprozesses dazu neigen, in den Kammern72 des Thermoblocks71 festzustecken. - Die Auswurfmittel umfassen einen Auswurfrahmen
66 , der den Reaktionsgefäßhalter11 aufnehmen kann und zwischen diesem Halter und dem Thermoblock71 angeordnet ist. Der Auswurfrahmen66 hat auf der Außenseite seiner Seiten wände Schrägführungen67 ,68 , die mit den einwärts gerichteten Stiften62 ,63 und65 ,66 der Platten25 ,26 in Kontakt treten, wenn der Deckelträger17 bewegt wird, um den Deckel14 aus seiner ersten Position (Deckel geschlossen) in seine zweite Position (Deckel geöffnet) zu bewegen. - Die Betätigung der beschriebenen Auswurfmittel zum Lösen der Reaktionsgefäße
13 aus den Kammern72 des Thermoblocks71 läuft wie folgt ab: - Während der vertikal aufwärtsgerichteten Bewegung des Deckels
14 , mit der er aus seiner ersten Position (Deckel geschlossen) in seine zweite Position (Deckel geöffnet) bewegt wird, bringt eine relative Bewegung der Platten25 ,26 und der dazugehörenden Stifte62 bis65 diese Stifte mit den Schrägführungen67 ,68 des Auswurfrahmens66 in Kontakt. Wie insbesondere in den9 und10 dargestellt ist, sind die Schrägführungen67 ,68 so geformt, daß durch diese Relativbewegung bewirkt wird, daß die Stifte62 bis65 den Auswurfrahmen66 und den darauf positionierten Reaktionsgefäßhalter11 aufwärts drücken, wodurch die Reaktionsgefäße13 mit ihrem unteren Teil aus den Kammern72 des Thermoblocks71 entfernt werden.
Claims (5)
- Thermozyklierapparat zum Durchführen einer Amplifikation von Nukleinsäuren, umfassend: a) einen Thermoblock (
71 ), der eine Mehrzahl von Kammern (72 ) hat, die jeweils den unteren Teil eines Reaktionsgefäßes (13 ) aufnehmen können; b) einen beweglichen Deckel (14 ), in dem eine Heizeinrichtung (15 ) angeordnet ist, wobei der Deckel (14 ) eine Fläche hat, die dafür ausgelegt ist, den Thermoblock (71 ) und in dessen Kammern (72 ) angeordnete Reaktionsgefäße (13 ) so abzudecken, daß der Deckel (14 ) die Gefäße (13 ) vollständig vor Licht aus der Umgebung des Thermozyklierapparates abschirmt, wobei der Deckel in einer ersten Position, in der er den Thermoblock und in dessen Kammern (72 ) angeordnete Reaktionsgefäße bedeckt, und in einer zweiten Position, in der der Deckel (14 ) den Thermoblock (71 ) und in dessen Kammern (72 ) angeordnete Reaktionsgefäße nicht bedeckt, positionierbar ist, und; c) Transportmittel, um den Deckel (14 ) zwischen der ersten Position und der zweiten Position hin und her zu bewegen, wobei der Deckel (14 ) aus der zweiten Position in die erste Position entlang eines Weges bewegt wird, der einen ersten Wegabschnitt umfaßt, der oberhalb und in einem vorgegebenen Abstand von dem Thermo block (71 ) verläuft und entlang dem der Deckel (14 ) auf einen Anschlag (16 ) zubewegt wird, bis er an den Anschlag anstößt, und der einen zweiten Wegabschnitt umfaßt, entlang dem der Deckel (14 ) nach unten bewegt wird, bis er zu dem Thermoblock hinsichtlich der Vertikalen ausgerichtet ist und auf in den Kammern (72 ) des Thermoblocks angeordnete Reaktionsgefäße einen vorgegebenen Druck ausübt. - Thermozyklierapparat nach Anspruch 1, bei welchem die Transportmittel umfassen: – den Anschlag (
16 ), der in dem ersten Wegabschnitt der Bewegung des Deckels (14 ) angeordnet ist, wobei der Anschlag (16 ) eine ebene Fläche (18 ) hat, die im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Wegabschnitt ausgerichtet ist, – einen motorgetriebenen Deckelträger (17 ) mit einer Vorderwand (21 ), die im wesentlichen gemäß der ebenen Fläche des Anschlags ausgerichtet ist, einer Rückwand (22 ) und Seitenwänden (23 ,24 ), die sich zwischen der Vorderwand (21 ) und der Rückwand (22 ) erstrecken, wobei der Deckelträger (17 ) Mittel aufweist, um den Deckel (14 ) in sich zu halten, wenn sich der Deckel (14 ) in der ersten Position befindet, – eine erste Platte (25 ), die an der Innenseite einer Seitenwand (23 ) des Deckelträgers befestigt ist, und eine zweite Platte (26 ), die an der Innenseite der anderen Seitenwand (24 ) des Deckelträgers (17 ) befestigt ist, wobei die erste und die zweite Platte (25 ,26 ) jeweils ein Paar Führungsschlitze (31 ,32 bzw.33 ,34 ) haben, um die Bewegung des Deckels (14 ) entlang des zweiten Wegabschnitts zu führen. - Thermozyklierapparat nach Anspruch 2, bei welchem der Deckel (
14 ) eine innere und eine äußere Oberseite, eine Vorderwand (41 ), die im wesentlichen gemäß der ebenen Fläche (18 ) des Anschlags (16 ) ausgerichtet ist, eine Rückwand (42 ) und Seitenwände (43 ,44 ) hat, die sich zwischen Vorder- und Rückwand parallel zu den Seitenwänden (23 ,24 ) des Deckelträgers (17 ) erstrecken, wobei die Seitenwände des Deckels (14 ) auswärts gerichtete Stifte (51 ,52 ,53 ,54 ) haben, die in die Führungsschlitze (31 ,32 bzw.33 ,34 ) passen und darin gleiten können. - Thermozyklierapparat nach Anspruch 3, bei welchem zu den Transportmitteln zusätzlich eine Zugfeder (
61 ) gehört, die mit einem Ende an dem Vorderende der inneren Oberseite des Deckelträgers (17 ) und mit ihrem anderen Ende im hinteren Bereich der Oberseite des Deckels (14 ) befestigt ist. - Thermozyklierapparat nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem zu den Transportmitteln zusätzlich Auswurfmittel (
62 ,63 ,64 ,65 ,66 ,67 ) gehören, um den unteren Teil der Reaktionsgefäße (13 ) aus den Kammern (72 ) des Thermoblocks (71 ) zu entfernen, wenn die Transportmittel den Deckel (14 ) aus der zweiten Position in die erste Position bewegen.
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