DE10048643A1

DE10048643A1 - Vorrichtung zur automatisierten Probennahme und Befüllung von Mikrotiterplatten mit Pflanzenmaterial

Info

Publication number: DE10048643A1
Application number: DE10048643A
Authority: DE
Inventors: Arno Heuermann; Thomas Dittmann
Original assignee: Biopsytec GmbH
Current assignee: Biopsytec GmbH
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2001-05-31

Abstract

Beschrieben ist eine Vorrichtung zur automatischen Probenahme und Befüllung von Mikrotiterplatten mit Pflanzenmaterial, bestehend aus einem Schneidstempel, einem Modul zum Betreiben des Schneistempels, einer Schneidplatte, mindestens zwei Linearantrieben, einer Ansteuerung der Linearantriebe, einer programmierten oder programmierbaren Steuerung, einem Eingabemodul, mindestens einer Schnittstelle, einer Positionsanzeige und einer Aufnahmevorrichtung für die Mikrotiterplatte und wobei am Schneidstempel ein Abstreifer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer entlang der Stempelachse nahezu reibungsfrei beweglich angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur automatisier ten Probennahme und Befüllung von Mikrotiterplatten mit Pflanzenmaterial.

Heute sind die Arbeitsschritte in den Laboren noch voll ständig von der Arbeitskraft von geschultem Laborpersonal abhängig. Eine Probenentnahme bzw. das Einfüllen einer Pflanzenprobe für eine Genetische Analyse in eine Mikro titerplatte erfolgt heute auf die Art, dass jede einzelne Probe strikt nacheinander aus ihrer Verpackung genommen wird, das Pflanzenmaterial mit Schere und Pinzette auf ein spezielles Maß zurecht geschnitten wird (Größe ist Abhängig von der Art der Analyse), dann um eine Art "Haarnadel" gerollt werden muss um dann endlich in einen der Behälter auf der Mikrotiterplatte eingebracht werden zu können. Ist dieser umständliche Akt vollzogen, wird die Information auf der nun leeren Verpackung in Tabellen eingetragen mit der dann die neue entsprechende Position auf der Mikrotiterplatte in einem anderen Feld verknüpft wird.

Aus der WO-A 99/15875 ist eine Probennahmevorrichtung be kannt, welche auch für die Beschickung von Mikroti terplatten geeignet ist. Diese Vorrichtung weist den Nachteil auf, das insbesondere ein hohen mechanischer Aufwand zu treiben ist, um die Schneidwerkzeuge und ins besondere den Abstreifer zu führen. Derartige Systeme er weisen sich bei der Massenanalytik als sehr anfällig und äußerst reparatur- und wartungsunfreundlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine ro buste und gleichzeitig zuverlässige Vorrichtung zur mas senhaften Probenentnahme zu schaffen.

Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den kenn zeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhaf te Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Aufgabe wird durch Schaffung einer Vorrichtung zur automatischen Probenahme und Befüllung von Mikroti terplatten mit Pflanzenmaterial gelöst, bestehend aus ei nem Schneidstempel, einem Modul zum Betreiben des Schneidstempels, einer Schneidplatte, mindestens zwei Li nearantrieben, einer Ansteuerung der Linearantriebe, ei ner programmierten oder programmierbaren Steuerung, einem Eingabemodul, mindestens einer Schnittstelle, einer Posi tionsanzeige und einer Aufnahmevorrichtung für die Mikro titerplatte und wobei am Schneidstempel ein Abstreifer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstrei fer entlang der Stempelachse nahezu reibungsfrei beweg lich angeordnet ist.

Vorteilhafterweise ist der Abstreifer außerhalb des Stem pels angeordnet ist. Vorteilhaft ist es auch, dass der Abstreifer innerhalb des Stempels angeordnet ist.

Erfindungsgemäß bevorzugt ist es, dass der Stempel als Hohlkörper ausgebildet ist und der Abstreifer in diesem Rohr geführt ist.

Ferner ist es vorteilhaft, dass der Abstreifer über ein Getriebe, ein Gesperre oder ein Gehemme mit dem Stempel verbunden ist.

Bevorzugt ist dabei auch, dass die durch Stempel und Ab streifer gebildete geschlossene Schnittkontur aus Teilge ometrien der Gesamtkontur zusammengesetzt sind.

Ganz besonders bevorzugt ist es, dass der Scheidstempel und/oder der Abstreifer mit einer Profilierung der Schnittkontur zur Reduzierung der Schneidkraft versehen ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist ein wesentlicher Schritt auf dem Weg zu der Möglichkeit, massenhaft Analy sen von Pflanzenmaterial durchzuführen. Die Vorrichtung soll es ermöglichen, dass in Zukunft in z. B. Saatgutun ternehmen genetische Zuchtverfahren wie zum Beispiel die markerunterstüzte Pflanzenzüchtung in einem sehr breiten Maß angewendet werden kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vereinfacht, beschleu nigt und verbessert die Prozedur der Probennahme erheb lich. Die Wahrscheinlichkeit der Fehleranfälligkeit durch Verwechslung der Positionen auf der Mikrotiterplatte kann z. B. durch die Vorrichtung vollständig ausgeschlossen werden. Die Kosten des gesamten Verfahrens sinken bei der Anwendung unserer Vorrichtung um wahrscheinlich bis zu 25%. Der durch die Vorrichtung zu realisierende Arbeits vorgang wird so aussehen, dass eine Person die Vorrich tung bedient. Die beschriftete Probenverpackung wird ge nommen und die Probenidentität (Beschriftung der Verpa ckung) wird in die Datenbank eingegeben. Dadurch kann die Vorrichtung freigegeben werden und die Mikrotiterplatte an eine von der Datenbank vorgesehenen Position gefahren werden. Nun sollte die Probe aus der Verpackung entnommen werden und die Gewebeprobe kann durch die Vorrichtung in die Mikrotiterplatte ausgestanzt werden. Die nun in der Mikrotiterplatte vorhandene Probe verfügt über ein genau durch die Maße des Schneidstempels und der Schneidplatte definierte Fläche bzw. Volumen. Das Probenvolumen kann allerdings von der Vorrichtung auf zwei Wege variiert werden. Zum einen können Schneidstempel und Schneidplatte ausgetauscht werden und die andere Möglichkeit ist, die Anzahl der Schneidstempelhübe zu variieren. Bei letzterem kann eine wiederholte Probenentnahme durch einen einfa chen Impuls durch den Bediener ausgelöst werden oder es besteht die Möglichkeit, dass in der Programmierung der Steuerung eine doppelte oder x-fache Probenentnahme durchgeführt werden muss oder kann. Um die Funktionssi cherheit maximal zu gewährleisten kann die Vorrichtung so programmiert werden, dass bevor nicht eine definierte Anzahl von Proben in Feld entnommen wurde ein Wechseln der Mikrotiterplattenposition als auch eine weitere Ein gabe in die Datenbank unterbunden wird. Nach der voll ständigen Probenentnahme (z. B. 3 mal pro Mikrotiterplat tenfeld) kann die Vorrichtung so programmiert werden, dass die Vorrichtung gesperrt wird und definitiv zur Ein gabe von Proben in die Datenbank auffordert. In der Da tenbank werden auf diese Art, nur durch die Vorrichtung möglich, mit Sicherheit die richtigen Daten zu den ein zelnen Feldern zugeordnet. Die Datenbank fasst also die Einzelproben in Gruppen von Daten zusammen, von weichen die Proben gemeinsam in einer Mikrotiterplatte liegen. Die Vorrichtung ist nicht nur in der Lage Positionen von und oder zu der Datenbank zu senden, sondern es können durch, die prozessorgesteuerte Vorrichtung, auch ganze Datenstämme von und zu der Vorrichtung gesendet werden. Diese Eigenschaft setzt die Vorrichtung in die Lage als vollständige Bearbeitungseinheit zu fungieren. Es könnten komplexe Informationen direkt auf dem Eingabemodul einge geben oder editiert werden. Die Vorrichtung kann auch als selbständiges Modul betrieben werden in der Art, das eine Datenbank direkt in der Vorrichtung integriert wird. Wei terhin kann dann einfach durch eine Art Schnittstelle wie zum Beispiel einem Modern ein intervallartiger Datenab gleich durchgeführt werden.

Die gesamte Vorrichtung kann in mehreren unterschiedli chen Modi gefahren werden. Das einfachste ist eine reine manuelle Betriebsart. Der Anwender definiert alle Ar beitsschritte selbständig und kann voll auf alle Parame ter zugreifen. Das andere Extrem ist die vollautomatische Betriebsart. Der Anwender wird vollständig durch die Ar beitsvorgänge geführt und kann seine Arbeitsschritte nicht mehr selbst beeinflussen. Diese Betriebsart ist die für die meisten Anwendungen sinnvollste Einstellung. Feh ler werden ausgeschlossen und die Kosten maximal gesenkt.

Die Entnahme von Proben ist ein gebräuchlicher Vorgang in der Technik der Analyse. Man bedient sich zu diesem Zweck manueller Methoden zum Abtrennen der Proben vom Proban den. Nach dem Ausschneiden der Probe aus dem Probanden mit einem Skalpell wird diese auf eine Nadel gerollt und anschließend von Hand in den Probenbehälter eingelegt. Ungelöst war dabei bisher das Problem der Gewinnung in Form und Volumen bzw. Masse gleichartiger Proben in auto matisierter Form, z. B. in magazinierte oder einzelne Probenbehälter.

Die vorliegende Erfindung bezweckt die Schaffang einer automatisierbaren Entnahme von Proben gleicher Masse und gleichen Volumens bzw. gleicher Fläche, wobei keine manu elle Zusatztätigkeit erforderlich ist, um die Probe vom Werkzeug der Probenentnahme zu entnehmen und einem Pro benbehälter zuzuführen.

Bei der Probengewinnung mit einem herkömmlichen Stanz werkzeug, bestehend aus Schneidstempel und Schneidplatte (Matrize), kann die Probe am Schneidstempel anhaften und sich somit nach dem Ausschneiden mit dem Stempel in dessen Ausgangsposition bewegen. Es ist also nicht sicherge stellt, dass die Probe an den vorgesehenen Ort z. B. in einen unter der Matrize befindlichen Probenbehälter ge langt.

Die beschriebene Erfindung gewährleistet die Funktionssi cherheit der Probenentnahme und garantiert somit einen wirtschaftlichen und effektiven Einsatz, da keine Zwi schenzeiten zur Behebung von Fehlern entstehen. Mit der Vorrichtung ist eine vollautomatisierte, integrierte Pro benentnahme realisierbar.

Gemäß der Erfindung ist der Stempel relativ zu der Schneidplatte zu bewegen, so dass ein Trennen der Probe durch Scherschneiden erfolgt. Bei oder nach der Bewe gungsumkehr des Stempels in Richtung seiner Ausgangslage streift ein zusätzliches, im oder am Stempel integrier tes, Teil die am Stempel durch Adhäsion anhaftende Probe ab. Es ist eine zuverlässige Probenentnahme gewährleis tet, bei der im vertikalen Einsatz nach der Bewegungsum kehr des Stempels die Probe durch die Schneidplatte fällt und dort der Einlagerung in einen Behälter oder anderen Zwecken direkt zur Verfügung steht. Der Stempel und das zusätzliche Stück können dabei verschiedenartig ausge führt sein.

Der Antrieb des Stempels kann manuell, durch Schwerkraft, durch mechanische Energie (z. B. Feder), pneumatisch oder hydraulisch sowie auch durch elektrische oder magnetische Energie erfolgen. Die Ausführung des zusätzlichen beweg lichen Stückes, nachfolgend Abstreifer genannt, kann un terschiedlich sein. Es kann innerhalb oder außerhalb des Stempels angeordnet sein. Sein Antrieb ist ausschließlich durch Massenträgheit bei Bewegungsumkehr. Die Konturen beider Elemente (Stempel und Abstreifer) lassen sich un terschiedlich ausbilden. Möglich sind alle Schneidengeometrien zur Gewinnung von Proben mit geschlossenen Kontu ren.

Die Zeichnungen erläutern die Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 den schematischen Aufbau einer Probenahmevorrich tung;

Fig. 2 eine Detailansicht eines ersten Ausführungsbei spieles einer Abstreiferanordnung;

Fig. 3 eine Detailansicht eines zweiten Ausführungsbei spieles einer Abstreiferanordnung;

Fig. 4 die Vorderansicht einer Probenahmevorrichtung und

Fig. 5 die Aufsicht auf eine Probenahmevorrichtung.

Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau der gesamten Vor richtung zur Entnahme von Proben bei Pflanzen und dünn wandigen Materialien. An einem Gestell ist die Schneid platte und der Antrieb für den Schneidstempel fixiert. Mit dem Antrieb verbunden ist wiederum der Schneidstempel selbst, welcher wiederum an seinem einen Ende den Ab streifer trägt.

Fig. 2 und 3 zeigen Ansichten mit Schnittdarstellungen verschiedener Ausführungsvarianten von Stempel und Ab streifer. Der Abstreifer ändert während des Schneidvor ganges seine Position relativ zum Stempel und streift da bei die Probe vom Stempel ab. Der Schneidstempel erfährt in der vorderen Endlage nach dem Schneidvorgang eine schlagartige Bewegungsumkehr und der Abstreifer, bedingt durch seine Massenträgheit, verweilt kurzzeitig in seiner Ursprungsposition. Eine andere Variante liegt vor, wenn sich der Abstreifer im Moment der Bewegungsumkehr des Schneidstempels in der ursprünglichen Bewegungsrichtung weiter bewegt und anschließend gemeinsam mit dem Stempel eine Umkehr der Bewegung erfährt. In jedem Falle wird da bei die Massenträgheit des Abstreifers ausgenutzt, wäh rend der Schneidstempel an sich eine Zwangsbewegung aus führt. Dabei wird der Abstreifer mittels eines Getriebes, Gesperres oder Gehemmes mit dem Stempel nahezu reibungs frei verbunden. Diese Verbindung muss derart reibungsfrei sein, dass der Abstreifer sich auf Grund seiner Massen trägheit in gewissen Grenzen unabhängig vom Schneidstem pel bewegen kann.

In den Fig. 4 und 5 ist eine beispielhafte Ausführung der Vorrichtung dargestellt. Die Mikrotiterplatten können von der Frontseite in die Vorrichtung geladen werden. Auf der Arbeitsfläche (in der Draufsicht voll zu erkennen) ist ein Display und eine Tastatur eingebaut. Diese Posi tionierung erlaubt dem Bediener ein übersichtliches Ar beiten. Der Schneidstempel ist in zwei übereinander ange ordnete Platten eingesetzt welche von zwei Führungsstan gen gehalten werden. Weiterhin ist auf der Rückseite die Schnittstelle zu der einer externen Datenbank darge stellt.

Bezugszeichenliste

1

Schneidstempel

2

Abstreifer

3

Antrieb für Schneidstempel

4

Gestell

5

Schneidplatte

6

Einschub für Mikrotiterplatten

7

Führungsstange des Gestells

8

Anzeige (Display)

9

Tastatur (Auslöser)

10

Schnittstelle (Computeranschluss)

11

Gehäuse

12

Haltedorn

13

Führung

Claims

1. Vorrichtung zur automatischen Probenahme und Befül lung von Mikrotiterplatten mit Pflanzenmaterial be stehend aus einem Schneidstempel, einem Modul zum Betreiben des Schneidstempels, einer Schneidplatte, mindestens zwei Linearantrieben, einer Ansteuerung der Linearantriebe, einer programmierten oder pro grammierbaren Steuerung, einem Eingabemodul, mindes tens einer Schnittstelle, einer Positionsanzeige und einer Aufnahmevorrichtung für die Mikrotiterplatte und wobei am Schneidstempel ein Abstreifer vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer ent lang der Stempelachse nahezu reibungsfrei beweglich angeordnet ist.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer außerhalb des Stempels angeordnet ist.

3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer innerhalb des Stempels angeordnet ist.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stempel als Hohlkörper ausgebildet ist und der Abstreifer in diesem Rohr geführt ist.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstreifer über ein Getriebe, ein Gesperre oder ein Gehemme mit dem Stempel verbunden ist.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die durch Stempel und Abstreifer gebildete geschlossene Schnittkontur aus Teilgeometrien der Ge samtkontur zusammengesetzt sind.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Scheidstempel und/oder der Abstreifer mit einer Profilierung der Schnittkontur zur Reduzierung der Schneidkraft versehen ist.