DE102015108898A1 - Universal sample holder for biomacromolecules in X-ray structure analysis - Google Patents
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Abstract
Dargestellt und beschrieben ist ein Probenhalter (1) zum Fixieren eines Probenträgers (53) mit einem Basiselement (3), das ein Kopplungsende (7) und ein Halteende (9) aufweist, wobei sich das Basiselement (3) entlang einer Längsachse (5) zwischen dem Kopplungsende (7) und dem Halteende (9) erstreckt, mit einer Spannbacke (21), die an dem Basiselement (3) anliegt und ein dem Halteende (9) gegenüberliegendes Klemmende (23) aufweist, wobei die Spannbacke (21) um eine quer zu der Längsachse (5) und beabstandet von dem Halteende (9) verlaufende Schwenkachse (25) relativ zu dem Basiselement (3) schwenkbar ist und wobei ein elastisches Element (31) vorgesehen ist, das derart ausgebildet ist, um das Klemmende (23) hin zu dem Halteende (9) vorzuspannen. Shown and described is a sample holder (1) for fixing a sample carrier (53) to a base element (3) which has a coupling end (7) and a holding end (9), wherein the base element (3) extends along a longitudinal axis (5). between the coupling end (7) and the holding end (9), with a clamping jaw (21) which bears against the base element (3) and has a holding end (9) opposite clamping end (23), wherein the clamping jaw (21) to a pivot axis (25) extending transversely to the longitudinal axis (5) and spaced from the retaining end (9) is pivotable relative to the base element (3) and an elastic element (31) is provided, which is designed to grip the clamping end (31). 23) to bias to the holding end (9).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Probenhalter zum Fixieren eines Probenträgers insbesondere für Biomakromolekülproben in der Röntgenstrukturanalyse. The present invention relates to a sample holder for fixing a sample carrier, in particular for biomacromolecule samples in the X-ray structure analysis.
In der Proteinkristallographie wird intensive Röntgenstrahlung zur Untersuchung der Struktur von Biomolekülen verwendet. Hierfür werden Proteinkristalle auf Siliziumkristallplatten als Probenträger aufgebracht, wobei dieses Trägermaterial enorme Vorteile aufweist. Dabei können mehrere Proben auf den Probenträger aufgebracht werden. In protein crystallography, intense X-rays are used to study the structure of biomolecules. For this purpose, protein crystals are applied to silicon crystal plates as a sample carrier, this carrier material has enormous advantages. Several samples can be applied to the sample carrier.
Aus der
Im Gegensatz dazu ist es aber in der Proteinkristallographie notwendig und üblich, biologische Proben, die sich auf dem Probenträger befinden, mittels eines Magnethalters aufzunehmen und durch einen Manipulator zu dem Röntgenstrahl auszurichten. Dabei wird europaweit der Probenträger durch ein Magnethalterelement gemäß dem SPINE-Standard an modernen Proteinkristallographie-Messstationen aufgenommen. Der Probenträger muss dabei derart am Probenhalter fixiert werden, dass er an einem Ende vorsteht, um somit der Strahlung gezielt ausgesetzt werden zu können. In contrast, however, in protein crystallography, it is necessary and common to pick up biological samples that are on the sample carrier by means of a magnetic holder and align them by a manipulator to the X-ray beam. At the same time, the sample carrier is taken up by a magnet holder element according to the SPINE standard at modern protein crystallography measuring stations throughout Europe. The sample carrier must be fixed to the sample holder in such a way that it protrudes at one end so that it can be exposed to the radiation in a targeted manner.
Aufgrund immer intensiverer Röntgenstrahlungsquellen ist es mittlerweile möglich, extrem kleine Kristalle zu untersuchen, sodass eine Vielzahl an unterschiedlichen Probenträgern für die Kristalle zum Einsatz kommt. Neben Silizium-Wafer werden auch Graphen-Monolayer oder Microfluid Chips als Materialien für den Probenträger verwendet. Das Fixieren der verschiedenen Probenträger sollte hierbei möglichst einfach und zuverlässig erfolgen, um zu verhindern, dass die aufwendig herzustellenden Proben beschädigt werden. Bisher gibt es allerdings keinen Probenhalter, der die unterschiedlichen Probenträger zuverlässig positionieren kann. Due to increasingly intense X-ray sources, it is now possible to study extremely small crystals, so that a variety of different sample carriers for the crystals is used. In addition to silicon wafers, graphene monolayers or microfluidic chips are also used as materials for the sample carrier. The fixing of the various sample carriers should be as simple and reliable as possible in order to prevent damage to the samples which are difficult to produce. So far, however, there is no sample holder that can reliably position the different sample carriers.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Probenhalter zur Aufnahme einer Vielzahl unterschiedlicher Probenträger, insbesondere für biologische Proben, bereitzustellen, mit dem die unterschiedlichen Probenträger einfach aufgenommen und wieder gelöst werden können. Based on the prior art, it is therefore the object of the present invention to provide a sample holder for receiving a plurality of different sample carriers, in particular for biological samples, with which the different sample carriers can be easily picked up and released again.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Probenhalter gelöst mit einem Basiselement, das ein Kopplungsende und ein Halteende aufweist, wobei sich das Basiselement entlang einer Längsachse zwischen dem Kopplungsende und dem Halteende erstreckt, mit einer Spannbacke, die an dem Basiselement anliegt und ein dem Halteende gegenüberliegendes Klemmende aufweist, wobei die Spannbacke um eine quer zu der Längsachse und beabstandet von dem Halteende verlaufende Schwenkachse relativ zu dem Basiselement schwenkbar ist und wobei ein elastisches Element vorgesehen ist, das derart ausgebildet ist, um das Klemmende hin zu dem Halteende vorzuspannen. This object is achieved by a sample holder with a base member having a coupling end and a holding end, wherein the base member extends along a longitudinal axis between the coupling end and the holding end, with a clamping jaw which bears against the base member and a clamping end opposite the holding end wherein the jaw is pivotable relative to the base member about a pivot axis transverse to the longitudinal axis and spaced from the support end, and wherein there is provided an elastic member configured to bias the clamping end toward the support end.
Mit dem erfindungsgemäßen Probenhalter kann ein Probenträger, der aus unterschiedlichem Material gefertigt sein kann, z.B. in Form einer Siliziumplatte, in der Weise aufgenommen werden, dass zunächst die Spannbacke entgegen der Wirkung des elastischen Elements um die Schwenkachse so verschwenkt wird, dass sich das Klemmende von dem Halteende entfernt. Anschließend wird die Spannbacke zunächst in dieser Position gehalten. Daraufhin wird der Probenträger auf das Halteende aufgelegt und die Spannbacke wird zurückgeschwenkt, sodass der Probenträger zwischen Klemmende und Halteende eingeklemmt und in dieser Position aufgrund der Wirkung des elastischen Elements gehalten wird. Zum Freigeben des Probenträgers ist es lediglich erforderlich, die Spannbacke wieder entgegen der Wirkung des elastischen Elements zu verschwenken. Somit ermöglicht der erfindungsgemäße Probenhalter ein einfaches Wechseln von verschiedenen Probenträger und ist dennoch einfach aufgebaut. With the sample holder according to the invention, a sample carrier, which may be made of different material, e.g. in the form of a silicon plate, are received in such a way that initially the clamping jaw is pivoted against the action of the elastic member about the pivot axis so that the clamping end of the holding end away. Subsequently, the jaw is first held in this position. Then, the sample carrier is placed on the holding end and the clamping jaw is pivoted back so that the sample carrier is clamped between the clamping end and holding end and held in this position due to the action of the elastic member. To release the sample carrier, it is only necessary to pivot the clamping jaw back against the action of the elastic element. Thus, the sample holder according to the invention allows a simple change of different sample carrier and is still simple.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das elastische Element durch einen elastischen Ring gebildet, der die Spannbacke und das Basiselement umgibt und zwischen dem Halteende und der Schwenkachse angeordnet ist. Insbesondere kann der elastische Ring als geschlossener O-Ring ausgebildet sein. Ein solcher Aufbau kann einfach realisiert werden, ohne dass es eines großen konstruktiven Aufwands bedarf. Dabei kann ein O-Ring bevorzugt im Raumtemperaturbereich verwendet werden. Bei niedrigeren Temperaturen, insbesondere bei kryogenen Temperaturen, also beispielsweise unterhalb von –196°C, kann der O-Ring durch einen offenen Ring, der beispielsweise aus einem nichtrostenden Federstahl ausgestaltet ist, ersetzt werden. Hier können insbesondere genormte Sicherungsringe nach
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Basiselement eine ebene Anlagefläche auf, an der die Spannbacke anliegt, wobei an dem Basiselement oder der Spannbacke ein geradliniger Vorsprung ausgebildet ist, entlang dessen freiem Ende die Schwenkachse verläuft. Damit können die Spannbacke und das Basiselement einerseits aneinander anliegen, und andererseits ist die Schwenkachse durch den Vorsprung genau definiert. Außerdem sind für die Verschwenkbarkeit der Spannbacke keine weiteren Elemente erforderlich. In a further preferred embodiment, the base element has a planar contact surface against which the clamping jaw rests, wherein on the base element or the clamping jaw a rectilinear projection is formed, along which free end of the pivot axis runs. Thus, the clamping jaw and the base member on the one hand abut each other, and on the other hand, the pivot axis is precisely defined by the projection. In addition, no further elements are required for the pivotability of the jaw.
In vorteilhafter Weise ist ein Fixierelement vorgesehen, das derart angeordnet ist, dass es eine Schwenkbewegung der Spannbacke relativ zu dem Basiselement um die Schwenkachse, bei der sich das Klemmende von dem Halteende entfernt, verhindert. Das zusätzliche Fixierelement ermöglicht, die Spannbacke, wenn sie bereits aufgrund der Wirkung des elastischen Elements den Probenträger in seiner Position festlegt, noch weiter zu fixieren, um ein ungewolltes Lösen des Probenträgers zu verhindern. Dadurch, dass der Probenträger aufgrund der Wirkung des elastischen Elements schon fixiert ist, kann das Fixierelement ohne Probleme festgezogen oder wieder gelöst werden, ohne dass das Risiko besteht, dass der Probenträger ungewollt freigegeben wird. Advantageously, a fixing element is provided, which is arranged such that it prevents a pivoting movement of the clamping jaw relative to the base element about the pivot axis, in which the clamping end of the holding end, away. The additional fixing element allows the clamping jaw, if it already fixes the sample carrier in its position due to the action of the elastic element, to further fix, in order to prevent unwanted loosening of the sample carrier. Due to the fact that the sample carrier is already fixed due to the effect of the elastic element, the fixing element can be tightened or loosened without problems without the risk that the sample carrier will be unintentionally released.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Basiselement eine Anlagefläche auf, an der die Spannbacke anliegt, wobei das Basiselement eine sich von der Anlagefläche wegerstreckende erste Bohrung aufweist, wobei die Spannbacke eine sich von deren der Anlagefläche gegenüberliegenden Fläche wegerstreckende zweite Bohrung aufweist, wobei die erste und die zweite Bohrung entlang einer gemeinsamen Achse verlaufen und zwischen der Schwenkachse und dem Halteende angeordnet sind, wobei eine aus der ersten und der zweiten Bohrung als Durchgangsbohrung und die andere aus der ersten und der zweiten Bohrung als Gewindebohrung ausgebildet ist und wobei das Fixierelement als eine Schraube ausgebildet ist, deren Kopf an einem von der Gewindebohrung entfernten Ende der Durchgangsbohrung angeordnet ist und die in die Gewindebohrung eingeschraubt ist. In a particularly preferred embodiment, the base element has a contact surface against which the clamping jaw rests, wherein the base element has a first bore extending away from the contact surface, wherein the clamping jaw has a second bore extending away from the contact surface thereof, wherein the first and the second bore extending along a common axis and disposed between the pivot axis and the retaining end, wherein one of the first and the second bore as a through hole and the other of the first and the second bore is formed as a threaded bore and wherein the fixing element as a Screw is formed, whose head is disposed at an end remote from the threaded bore of the through hole and which is screwed into the threaded bore.
In dieser Ausführungsform ist das Fixierelement als eine Schraube ausgeführt, die entweder in das Basiselement oder die Spannbacke eingeschraubt wird und deren Kopf dann an der Spannbacke oder dem Basiselement auf der dem jeweils anderen Element abgewandten Seite anliegt. So wird verhindert, dass das Halteende und das Klemmende voneinander weg geschwenkt werden können. In this embodiment, the fixing element is designed as a screw which is screwed into either the base element or the clamping jaw and the head then rests on the clamping jaw or the base member on the side facing away from the other element. This prevents that the holding end and the clamping end can be pivoted away from each other.
In einer alternativen Ausführungsform dazu weist das Basiselement ebenfalls eine Anlagefläche auf, an der die Spannbacke anliegt, wobei eines aus dem Basiselement und der Spannbacke eine sich von der Anlagefläche wegerstreckende Gewindedurchgangsbohrung aufweist, die auf der von dem Halteende abgewandten Seite der Schwenkachse angeordnet ist, und wobei das Fixierelement als eine Schraube ausgebildet ist, die in die Gewindebohrung eingeschraubt ist. In dieser Ausführungsform wird die das Fixierelement bildende Schraube so in das Basiselement oder die Spannbacke eingeschraubt, dass die Spitze der Schraube an der Spannbacke oder dem Basiselement anliegt. Da hier die Schraube auf der von dem Halteende bzw. dem Klemmende abgewandten Seite der Schwenkachse angeordnet ist, wird auch hier ein Verschwenken der Spannbacke weg von dem Halteende verhindert. In an alternative embodiment, the base element likewise has a contact surface on which the clamping jaw rests, wherein one of the base element and the clamping jaw has a threaded through bore extending away from the contact surface, which is arranged on the side of the pivot axis facing away from the holding end, and wherein the fixing element is designed as a screw which is screwed into the threaded bore. In this embodiment, the screw forming the fixing element is screwed into the base element or the clamping jaw in such a way that the tip of the screw bears against the clamping jaw or the base element. Since the screw is arranged on the side facing away from the holding end or the clamping end side of the pivot axis, a pivoting of the clamping jaw away from the holding end is also prevented here.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Kopplungsende des Basiselements einen Kopplungsabschnitt aufweist, wobei ein Aufnahmeelement vorgesehen ist, das eine erste und eine zweite Aufnahmeaussparung aufweist, deren Öffnungsflächen parallel zueinander verlaufen und voneinander weg weisen, wobei der Innenabmessungen der ersten Aufnahmeaussparung den Außenabmessungen des Kopplungsabschnitts entsprichen und wobei der Kopplungsabschnitt in der ersten Aufnahmeaussparung aufgenommen ist. Furthermore, it is preferred if the coupling end of the base element has a coupling portion, wherein a receiving element is provided which has a first and a second receiving recess, the opening surfaces parallel to each other and away from each other, wherein the inner dimensions of the first receiving recess correspond to the outer dimensions of the coupling portion and wherein the coupling portion is received in the first receiving recess.
Eine derartige Ausgestaltung des Kopplungsendes des Basiselements ist vorteilhaft, da der Probenhalter mit seinem Kopplungsende über ein entsprechend ausgestaltetes Aufnahmeelement an ein Magnethalterelement gemäß dem SPINE-Standard angekoppelt werden kann. Da ein solches Magnethalterelement in einer Vielzahl von Proteinkristallographie-Messstationen vorgesehen ist, kann der Probenhalter in vielen Messstationen verwendet werden und ist in seiner Verwendung nicht beschränkt. Such a configuration of the coupling end of the base element is advantageous because the sample holder can be coupled with its coupling end via a suitably ausgestaltes receiving element to a magnet holder element according to the SPINE standard. Since such a magnet holder member is provided in a plurality of protein crystallography measurement stations, the sample holder can be used in many measurement stations and is not limited in its use.
Ferner können bei einem solchen Aufbau bevorzugt eine erste und eine zweite Klemmschelle vorgesehen sein, die das Aufnahmeelement auf dessen Außenseite um die erste Aufnahmeaussparung herum umgeben und die parallel zu der Öffnungsebene der ersten Aufnahmeaussparung aufeinander zu gespannt werden können. Dies ermöglicht die einfache Fixierung des Basiselements an dem Aufnahmeelement. Further, in such a structure, preferably a first and a second clamp may be provided which surrounds the receiving member on the outside thereof around the first receiving recess and which can be stretched toward each other parallel to the opening plane of the first receiving recess. This allows easy fixation of the base member to the receiving element.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Kopplungsabschnitt senkrecht zu der Längsachse gesehen einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei die erste Aufnahmeaussparung einen kreisförmigen Querschnitt hat. Bei einem derartigen Aufbau erlaubt der erfindungsgemäße Probenhalter, dass dieser in einer beliebigen Orientierung in das Aufnahmeelement eingesetzt werden kann. In a preferred embodiment, the coupling portion seen perpendicular to the longitudinal axis may have a circular cross-section, wherein the first receiving recess has a circular cross-section. In such a structure, the sample holder according to the invention allows that it can be used in any orientation in the receiving element.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Basiselement eine Anlagefläche auf, an der die Spannbacke anliegt, wobei in der Anlagefläche eine sich parallel zu der Längsachse erstreckende Nut ausgebildet ist, die sich bis zum Halteende erstreckt. Diese zusätzliche Nut hat den Vorteil, dass auch Röhrchen oder Quarzkapillare gehalten werden können, sodass der Probenhalter in seiner Funktion noch flexibler und universeller ist. In a further preferred embodiment, the base element has a contact surface on which the clamping jaw rests, wherein in the contact surface a parallel to the longitudinal axis extending groove is formed, which extends to the holding end. This additional groove has the advantage that even tubes or quartz capillaries are held so that the sample holder is even more flexible and universal in its function.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Basiselement und/oder die Spannbacke aus Polyetheretherketon (PEEK) ausgebildet sind. Einen vergleichsweise weichen Kunststoff wie PEEK zu verwenden, ist deswegen vorteilhaft, weil dann die Probenträger befestigt werden können, ohne dabei beschädigt zu werden. PEEK hat dabei den weitern Vorteil, dass daraus, wenn dieses Material im Vakuum verwendet wird, keine Substanzen ausgasen. Furthermore, it is preferred if the base element and / or the clamping jaw made of polyetheretherketone (PEEK) are formed. To use a relatively soft plastic such as PEEK, is advantageous because then the sample carrier can be attached without being damaged. PEEK has the further advantage that, if this material is used in a vacuum, it will not outgas any substances.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung erläutert, wobei The present invention will be explained below with reference to a drawing showing two preferred embodiments, wherein
Wie den
Der zweite Abschnitt oder Halteabschnitt
An der ebenen Anlagefläche
Dabei ist die Spannbacke
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel sind das Basiselement
Zwischen dem Halteende
Zwischen dem Klemmende
Dazu weist das Basiselement
Wie des Weiteren aus
Die erste Aufnahmeaussparung
Wie des Weiteren in den
Die erste und die zweite Klemmschelle
Die zweite Aufnahmeaussparung
Ein weiterer Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist, dass der Probenhalter
Das Basiselement
Die Gewindebohrung
Die zuvor beschriebenen Probenhalter
Zum Entfernen des Probenträgers
Nach Lösen der Schraube
Zum Aufnehmen eines Probenträgers
Somit kann mit dem erfindungsgemäßen Probenhalter
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DIN 471 |
SPINE Sample holder 21/06/2004 http://www.embl.fr/spinesampleholder/DM_16100_-_Sample_holder.pdf * |
SPINE Sample Holders & Vials: Attribution of the Caps Manufacturers IDs 22.10.2013 http://www.embl.fr/spinesampleholder/Annex1_manufacturersIDs-R07.pdf * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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EP4167012A1 (en) * | 2021-10-15 | 2023-04-19 | Leica Mikrosysteme GmbH | Sample holder for holding a sample carrier carrying a sample |
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