DE69826834T2 - Thermozyklierapparat mit einem automatisch positionierbaren Deckel - Google Patents

Thermozyklierapparat mit einem automatisch positionierbaren Deckel Download PDF

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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 Deckel 14 in einer ersten Position befindet, in welcher der Deckel einen Thermoblock 71 und in Kammern 72 des Thermoblocks 71 angeordnete Reaktionsgefäße 13 bedeckt.
  • 2 zeigt eine Querschnittsansicht des in 1 dargestellten Thermozyklierapparats.
  • 3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung, in der Teile des in 1 dargestellten Thermozyklierapparats sichtbar sind.
  • 4 zeigt eine erste schematische perspektivische Darstellung des in 1 dargestellten beweglichen Deckels 14 und von Teilen der Transportmittel zum Bewegen des Deckels.
  • 5 zeigt teilweise im Querschnitt eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Thermozyklierapparats, wobei sich der bewegliche Deckel in einer zweiten Position befindet, in der er den Thermoblock nicht bedeckt.
  • 6 zeigt eine Querschnittsansicht des in 5 dargestellten Thermozyklierapparats.
  • 7 zeigt teilweise im Querschnitt eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten Thermozyklierapparats, wobei sich der bewegliche Deckel 14 in einer Zwischenposition zwischen der ersten Position, in welcher der Deckel den Thermoblock 71 und in dessen Kammern 72 angeordnete Reaktionsgefäße 13 bedeckt, und einer zweiten Position, in welcher der Deckel 14 den Thermoblock 71 nicht bedeckt.
  • 8 zeigt eine Querschnittsansicht des in 7 gezeigten Thermozyklierapparats.
  • 9 zeigt teilweise im Querschnitt eine perspektivische Ansicht des in 1 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 in 9 dargestellten Thermozyklierapparats.
  • Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Thermozyklierapparats umfaßt einen auf einer Basis 48 montierten metallischen Thermoblock 71, einen beweglichen Deckel 14 und Transportmittel zum Bewegen des Deckels 14. Ein solcher Thermozyklierapparat ist zur Durchführung einer Amplifikation von Nukleinsäuren geeignet. Zu diesem Zweck werden Reaktionsgefäße 13 auf dem Thermoblock 71 angeordnet, die geeignete Proben-Reagenzmischungen enthalten und mittels Kappen verschlossen sind. Die Reaktionsgefäße 13 und ihre Kappen sind vorzugsweise aus geeigneten Kunststoffen.
  • Die wesentlichen Merkmale des Aufbaus des in 1 gezeigten Thermozyklierapparats werden nun insbesondere anhand der 1 bis 4 beschrieben.
  • Der bewegliche Deckel 14 hat eine Heizeinrichtung 15, die in einem Innenraum des Deckels 14 angeordnet ist. Der Innenraum wird durch eine obere Wand und Seitenwände des Deckels 14 begrenzt. Die Heizeinrichtung 15 ist mechanisch mit dem Deckel 14 verbunden. Diese mechanische Verbindung schließt Druckfedern 36, 37, 38, 39 ein.
  • Der Thermoblock 71 hat eine Mehrzahl von Kammern 72, die jeweils den unteren Teil eines Reaktionsgefäßes 13 aufnehmen können.
  • Der Deckel 14 ist in einer ersten Position (Deckel geschlossen), in der er den Thermoblock 71 und in dessen Kammern 72 angeordnete Reaktionsgefäße bedeckt, und in einer zweiten Position (Deckel geöffnet), in der er den Thermoblock 71 und in dessen Kammern 72 angeordnete Reaktionsgefäße nicht bedeckt, positionierbar.
  • Der Deckel 14 hat eine Fläche, die sich dazu eignet, den Thermoblock 71 und in dessen Kammern 72 angeordnete Reaktionsgefäße 13 abzudecken, wenn der Deckel 14 in der ersten Position (Deckel geschlossen) ist. Wenn der Deckel 14 in dieser Position ist, schirmt er die Reaktionsgefäße 13 vollständig vor Licht aus der Umgebung des Thermozyklierapparats ab. Dieses Licht soll Messungen des Fluoreszenzlichts nicht stören, das von in den Reaktionsgefäßen 13 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 Deckel 14 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 Deckel 14 auf einen Anschlag 16 zubewegt wird, bis er an den Anschlag 16 anstößt, und
    • – einen zweiten Wegabschnitt, entlang dem der Deckel 14 nach unten bewegt wird, bis er zu dem Thermoblock 71 hinsichtlich der Vertikalen ausgerichtet ist und auf in den Kammern 72 des Thermoblocks 71 angeordnete Reaktionsgefäße 13 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 Deckels 14 angeordnet ist,
    • – einen motorgetriebenen Deckelträger 17, und
    • – Platten 25, 26, die an der Innenseite der Seitenwände 23 des Deckelträgers 17 angebracht sind.
  • Der Anschlag 16 ist auf der Basis 48 befestigt und hat eine ebene Fläche 18, die im wesentlichen senkrecht zu dem ersten Wegabschnitt ausgerichtet ist.
  • Der Deckelträger 17 hat eine Vorderwand 21, die im wesentlichen gemäß der ebenen Fläche 18 des Anschlags 16 ausgerichtet ist, eine Rückwand 22 und Seitenwände 23, 24, die sich zwischen der Vorderwand 21 und der Rückwand 22 erstrecken. Der Deckelträger 17 weist Mittel auf, um den Deckel 14 in sich zu halten, wenn sich der Deckel 14 in der ersten Position befindet.
  • Die Transportmittel zum Bewegen des Deckels 14 umfassen ferner eine motorgetriebene Spindel 28, um die Rückwand 22 des Deckelträgers 17 und damit den Deckelträger 17 entlang der Längsachse der Spindel 28 in beiden Richtungen zu bewegen, also sowohl hin zu als auch weg von dem Anschlag 16, ein auf der Basis 48 montiertes Spindellager 29 und Mittel (nicht dargestellt) zum Steuern der Betätigung des Motors (nicht dargestellt), der die Spindel 28 antreibt.
  • Die Platte 25 ist an der Innenseite einer Seitenwand 23 des Deckelträgers 17 befestigt. Die Platte 26 ist an der Innenseite der anderen Seitenwand 24 des Deckelträgers 17 befestigt. Jede der Platten 25, 26 hat ein Paar Führungsschlitze 31, 32 bzw. 33, 34, um die Bewegung des Deckels 14 entlang des zweiten Wegabschnitts zu führen.
  • Wie insbesondere in den 2, 3 und 4 gezeigt ist, hat 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, die sich zwischen Vorder- und Rückwand parallel zu den Seitenwänden 23, 24 des Deckelträgers 17 erstrecken. Die Seitenwände des Deckels 14 haben auswärts gerichtete Stifte 51, 52, 53, 54, die in die Führungsschlitze 31, 32 der Platte 25 bzw. die Führungsschlitze 33, 34 der Platte 26 passen und darin gleiten können.
  • Bevorzugt umfassen die Transportmittel zum Bewegen des Deckels 14 zusätzlich eine Zugfeder 61, 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.
  • Der Betrieb der beschriebenen Transportmittel zum Bewegen des Deckels 14 läuft wie folgt ab:
  • Die 5 und 6 zeigen die Position des Deckelträgers 17, wenn sich der Deckel 14 in der zweiten Position (Deckel geöffnet) befindet. Wenn der Deckel 14 und der Deckelträger 17 wie in den 5 und 6 gezeigt positioniert sind, kann ein Reaktionsgefäßhalter 11, der mehrere durchgehende Öffnungen 12 hat und mehrere in diese Öffnungen eingesetzte Reaktionsgefäße 13 trägt, so auf dem Thermoblock 71 positioniert werden, daß der untere Teil jedes Reaktionsgefäßes 13 in eine Kammer 72 des Thermoblocks 71 paßt.
  • Nach dem Positionieren der Reaktionsgefäße 13 auf dem Thermoblock 71 wird die Bewegung des Deckels 14 aus der zweiten Position (Deckel geöffnet) in die erste Position (Deckel geschlossen) durch eine horizontale Bewegung des Deckelträgers 17 hin zu dem Anschlag 16 mittels Rotation der Spindel 28 in einer ersten Drehrichtung eingeleitet.
  • Auf diese Weise wird der Deckel 14 horizontal auf den Anschlag 16 zubewegt, bis die Vorderwand 41 des Deckels 14 an die ebene Fläche 18 des Anschlags 16 anstößt. Nachdem der Deckel 14 diesen Punkt erreicht hat, kann er sich in horizontaler Richtung nicht weiterbewegen, weshalb weitere Bewegung des Deckelträgers 17 zu dem Anschlag 16 hin eine abwärts und rückwärts gerichtete Bewegung des Deckels 14 weg von der oberen Wand des Deckelträgers 17 bewirkt. Während dieser Bewegung des Deckels 14 wird die Zugfeder 61 gedehnt und die Bewegung des Deckels 14 durch Gleiten der Stifte 51, 52 und 53, 54 in den Führungsschlitzen 31, 32 bzw. 33, 34 geführt. Der Deckel 14 wird in dieser Richtung bewegt, bis die von dem Deckel 14 getragene Heizeinrichtung 15 an die Kappen der Reaktionsgefäße 13 anstößt und auf diese Kappen einen vorgegebenen Druck ausübt. Der Deckel 14 hat dann seine in den 1 und 2 gezeigte erste Position (Deckel geschlossen) erreicht.
  • Der vorgegebene Druck, der von der Heizeinrichtung 15 auf die Kappen der Reaktionsgefäße 13 ausgeübt wird, wenn sich der Deckel 14 in seiner ersten Position (Deckel geschlossen) befindet, wird von dem letzten Abschnitt der von dem unteren Teil der Schlitze 31, 32 und 33, 34 geführten abwärtsgerichteten Bewegung des Deckels 14 und auch von den mechanischen Kenngrößen der Druckfedern 36 bis 39 bestimmt.
  • Die 7 und 8 zeigen die Position des Deckelträgers 17 und anderer, dazugehörender Teile des Transportsystems zum Bewegen des Deckels 14 zu einem Zeitpunkt, in dem die Vorderwand 41 des Deckels 14 an die ebene Fläche 18 des Anschlags 16 anstößt, also in einem Punkt, in dem sich die Richtung der Bewegung des Deckels 14 von einer hori zontalen Bewegung auf den Stopper 16 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 Deckelträger 17 durch Rotation der Spindel 28 in einer zweiten Drehrichtung, die der ersten entgegengesetzt ist, von dem Anschlag 16 weg bewegt. Dies bewirkt eine Bewegung des Deckels 14 entlang des beschriebenen Wegs, jedoch in umgekehrter Richtung. Der Deckel 14 bewegt sich, gezogen von der Zugfeder 61 und geführt von den Schlitzen 31, 32 und 33, 34, zunächst aufwärts auf die obere Wand des Deckelträgers 17 und den Anschlag 16 zu, bis sich der Deckel 14 wieder in dem Deckelträger 17 nahe an dessen oberer Wand befindet. Danach bewegt sich der Deckel 14 zusammen mit dem Deckelträger 17 weiter von dem Anschlag 16 weg, bis Deckel 14 und Deckelträger 17 ihre in den 5 und 6 gezeigten Positionen erreichen.
  • Bevorzugt umfassen die Transportmittel zum Bewegen des Deckels 14 zusätzliche Auswurfmittel 62, 63, 64, 65, 66, 67 zum Lösen oder Herausnehmen des unteren Teils der Reaktionsgefäße 13 aus den Kammern 72 des Thermoblocks 71, wenn die Transportmittel den Deckel 14 aus der zweiten Position in die erste Position bewegen. Ein Bedarf für solche Auswurf mittel ergibt sich daraus, daß die unteren Teile der Reaktionsgefäße 13 nach Beendigung eines Thermozyklierprozesses dazu neigen, in den Kammern 72 des Thermoblocks 71 festzustecken.
  • Die Auswurfmittel umfassen einen Auswurfrahmen 66, der den Reaktionsgefäßhalter 11 aufnehmen kann und zwischen diesem Halter und dem Thermoblock 71 angeordnet ist. Der Auswurfrahmen 66 hat auf der Außenseite seiner Seiten wände Schrägführungen 67, 68, die mit den einwärts gerichteten Stiften 62, 63 und 65, 66 der Platten 25, 26 in Kontakt treten, wenn der Deckelträger 17 bewegt wird, um den Deckel 14 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 Kammern 72 des Thermoblocks 71 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 Platten 25, 26 und der dazugehörenden Stifte 62 bis 65 diese Stifte mit den Schrägführungen 67, 68 des Auswurfrahmens 66 in Kontakt. Wie insbesondere in den 9 und 10 dargestellt ist, sind die Schrägführungen 67, 68 so geformt, daß durch diese Relativbewegung bewirkt wird, daß die Stifte 62 bis 65 den Auswurfrahmen 66 und den darauf positionierten Reaktionsgefäßhalter 11 aufwärts drücken, wodurch die Reaktionsgefäße 13 mit ihrem unteren Teil aus den Kammern 72 des Thermoblocks 71 entfernt werden.

Claims (5)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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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