DE19936572A1

DE19936572A1 - Klimaschrank

Info

Publication number: DE19936572A1
Application number: DE19936572A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Bathe
Original assignee: Carl Zeiss Jena GmbH
Current assignee: Carl Zeiss Microscopy GmbH
Priority date: 1999-08-03
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2001-02-08
Anticipated expiration: 2019-08-04
Also published as: US6536859B1; DE19936572B4

Abstract

Klimaschrank zur Aufnahme von Objekten, vorzugsweise von Mikrotiterplatten, der im Innern eine vorzugsweise drehbare Objektaufnahme beinhaltet, wobei die Objektaufnahme zur Änderung ihrer Lage zu einer Ein- und Ausgabetür höhenverstellbar ist, wobei die Objektaufnahme in einer angehobenen Position bezüglich ihrer Lage zu der Ein- und Ausgabetür verstellbar ist.

Description

UHTS ist die Abkürzung für "Ultra High Throughput Screening" und bezeichnet in der pharmazeutischen Industrie ein Verfahren zur Durchmusterung von Proben mit sehr hohem Durchsatz (< 100.000 Proben/Tag). Ein UHTS-System ist ein System, bestehend aus verschiedenen Komponenten (wie Inkubator, Pipettor, Reader) und einem Transportsystem, mit dem Mikrotiterplatten (MTP) zwischen den verschiedenen Komponenten transportiert werden. In den Komponenten werden unterschiedliche Verfahrensschritte durchgeführt.

Ein UHTS-System ist üblicherweise in verschiedene "Workstations" gegliedert, denen jeweils unterschiedliche Aufgaben zugeordnet sind und die sich aus geeigneten Komponenten für diese Aufgaben zusammensetzen.

Damit sich eine Workstation aus verschiedenen Komponenten konfigurieren läßt, ist es erforderlich, den Raum, den jede Komponente belegen darf, genau zu definieren. Weiterhin ist es wünschenswert, den Flächenbedarf einer Workstation möglichst klein zu halten. Aus diesem Grunde steht für jede Komponente ebenfalls nur eine relativ kleine Grundfläche zur Verfügung. Der nachfolgend beschriebene "kleine Automatikinkubator" ist zum Einsatz in einem UHTS-System konzipiert. Seine Aufgabe besteht in der Zwischenspeicherung kleinerer bis mittlerer Mengen von Mikrotiterplatten unter wohldefinierten klimatischen Verhältnissen. Solche Pufferstationen sind häufig erforderlich, wenn in einer Workstation Komponenten mit einem geringeren MTP-Durchsatz vorhanden sind oder wenn an einer Mikrotiterplatte wiederholte Messungen in bestimmten Zeitabständen durchgeführt werden müssen.

Inkubatoren sind bereits aus EP 281547, EP 293782, EP 165172, DE 29 61 3557 bekannt. Allerdings lassen sich diese Geräte nicht in eine Workstation integrieren, da sie eine zu große Grundfläche belegen. Die aus EP 165172 bekannte Anordnung eines Handlingsystems im Innern der Klimaraumes ist technisch aufwendig.

Der hier beschriebene kleine Automatikinkubator ist an die Platzverhältnisse einer Workstation angepaßt, d. h. er besitzt insbesondere eine kleine Grundfläche. Diese kleine Grundfläche wird durch das spezielle MTP- Speichermagazin und die MTP-Ausgabeeinheit erreicht.

Beschreibung des Gerätes

Abb. 1 zeigt den kleinen Automatikinkubator in einer "Explosionsdarstellung". Links ist der Klimaschrank 1 zu erkennen, auf der rechten Seite ist die Mechanik dargestellt, die sich während des Betriebs im Klimaschrank 1 befindet. Diese Mechanik stellt ein automatisiertes Speichermagazin dar, das Platz für beispielsweise 30 Mikrotiterplatten bietet. Dieses kann jede beliebige MTP selbständig an das umgebende System ausgeben. Die Eingabe einer MTP erfolgt hingegen vom umgebenden System, das Speichermagazin wird in diesem Fall vorher auf eine Eingabe vorbereitet. Die genaue Beschreibung der Funktionsabläufe erfolgt nachstehend.

Der Klimaschrank (1) beinhaltet vorteilhaft alle für die Klimatisierung (Regelung der Temperatur, des relativen Anteils von Kohlendioxid sowie Erzeugung einer relativen Luftfeuchtigkeit von 90%) des Innenraums notwendigen Elemente.

Insbesondere sind dies auch hier nicht dargestellte, dem Stand der Technik entsprechende Gehäuse mit Isolation und Luftmantel Sensoren, Heizelemente, CO₂-Ventil und Verdunstungsschale sowie eine große Tür an der rechten Seite des Inkubators

Weiterhin enthält der Klimaschrank einen automatisch verschließbare Tür Verschluß (2) (Automatiktür, in Abb. 1 zwischen dem MTP-Magazin und dem Klimaschrank dargestellt) auf der linken Seitenwand, die in eine dafür vorgesehene Öffnung eingesetzt wird, Befestigungsmöglichkeiten 3 für die nachfolgend beschriebene innere Mechanik und eine Durchführung 4 für die Antriebsachse/ Hohlwelle (9) des Speichermagazins.

Das Speichermagazin setzt sich aus einem in Fig. 4 separat dargestellten Karussel bestehend aus einer Rahmenkonstruktion mit einem Ring (5) unten, drei Führungsstangen (6) und einer oberen Abschlußplatte (7) zusammen. Die Rahmenkonstruktion ist drehbar gelagert. Dazu besitzt der Ring ein Gegenlager, das aus einer kreisrunden, feststehenden Plattform (8) besteht, die von dem Ring 5 umschlossen wird. An der Abschlußplatte 7 ist eine mit dem Karussell verbundene Hohlwelle (9) gelagert, die durch die Durchführung 4 im Klimaschrank (4) geführt wird. Das obere Ende der Hohlwelle 9 ist an eine Antriebseinheit (10) (z. B. Schrittmotor mit Getriebe) gekoppelt. Die Antriebseinheit 10 ist so ausgeführt, daß sie eine genaue Positionierung des Stellwinkels des Karussells erlaubt.

Das Karussel beinhaltet eine in Fig. 5 separat dargestellte Magazin Aufnahme für drei Mikrotiterplattenmagazine. Diese Magazin Aufnahme setzt sich aus einem Bodenring (11), einer Deckplatte(12) und drei Verbindungselementen (13) zusammen. In jeden der drei Zwischenräume wird je ein MTP-Magazin (14) eingesteckt, worin es durch eine Rastung gehalten werden.

Die Magazin-Aufnahme wird durch die Führungsstangen (6) vertikal geführt. Die Höheneinstellung der Magazin-Aufnahme wird durch Drehung einer zentral angeordneten Spindel (15) erreicht. Die Magazin-Aufnahme besitzt dazu eine Mutter (16), die an der Deckplatte befestigt ist und die durch die Spindel 15 geführt wird. Die Spindel 15 wird durch die Hohlwelle (9) geführt. Angetrieben wird sie am oberen Ende durch einen weiteren Antrieb, der sich ebenfalls in der Antriebseinheit 10 befindet. Diese Antriebseinheit erlaubt die Höhenpositionierung der Magazin-Aufnahme.

Die Übergabe der MTPs an das umliegende System wird durch einen in Fig. 2 dargestellten Ausschieber Nr? realisiert. Der Ausschieber kann durch sein Prinzip (doppelte Schere mit Spindelantrieb) so kompakt gebaut werden, daß er auf einem Ausschieber-Block (17) Platz findet, der auf der inneren, feststehenden Plattform 8 steht. Der Ausschieber-Block ist gerade so hoch, daß die Höhe des Ausschiebers mit der Höhe der Automatiktür (2) übereinstimmt.

Der Ausschieber schiebt eine MTP aus dem Speichermagazin in radialer Richtung über Führungsschienen durch die geöffnete Automatiktür nach außen, auf das umliegende System. Bei Drehung der MTP-Magazine werden diese durch die Höhenpositionierung so hoch gefahren, daß sich der Ausschieber unterhalb der MTP Aufnahmen befindet.

Abb. 2 zeigt den Ausschieber auf dem Ausschieber-Block (17), der auf der inneren feststehenden Plattform 8 steht. Der Ausschieberblock ist gerade so hoch, daß seine Höhe mit der Höhe der Automatiktür 2 übereinstimmt. Die Antriebseinheit des Ausschiebers (18) besteht aus einem codierten Motor (z. B. Schrittmotor), der eine Spindel (19) antreibt. Diese Spindel besitzt zwei Gewinde, ein Rechtsgewinde und ein Linksgewinde. Über beide Gewindeabschnitte laufen Muttern (20). Diese Muttern bewegen sich bei einer Drehung mit entsprechendem Drehsinn aufeinander zu, bei Umkehrung des Drehsinns voneinander weg. An den Muttern ist je ein Arm einer doppelten Schere (21) angekoppelt. Sind die Muttern auseinandergefahren wie in Abb. 2 dargestellt, so befindet sich die Schere in einem "zusammengefalteten" Zustand. Wenn sich die Muttern aufeinander zubewegen, so entfaltet sich die Schere in Richtung senkrecht zur Spindel. Die Endpunkte der Schere schieben dabei die MTP in die gewünschte radiale Richtung.

Für die Zuführung der MTP in den Inkubator ist ein nicht dargestellter äußerer Schieber vorgesehen, der die MTP in den Inkubator schiebt.

Die Automatiktür (2) ist so gebaut, daß sie sich dichtend in die vorgesehene Öffnung des Klimaschrankes (22) einsetzen läßt.

Beschreibung der Funktionsabläufe

Der Automatikinkubator erlaubt einen Zugriff des Systems auf jede an beliebiger Stelle im Magazin gespeicherten Mikrotiterplatte. Dazu wird der entsprechende Magazinplatz in die Übergabeposition gebracht. Anschließend kann der Magazinplatz be- oder entladen werden.

Die Positionierung des Magazins besteht aus maximal drei Teilschritten. Diese Teilschritte sind in Abb. 3 dargestellt.

Die Abb. 3 zeigt den Automatikinkubator schematisch in Vorderansicht (oben) und in Aufsicht (unten). Die Automatiktür und der Ausschieber sind ebenfalls angedeutet, denn sie legen die Übergabeposition fest.

Das Karussell besitzt drei Magazine, jedes Magazin besteht aus acht Etagen für MTPs. In Abb. 3a befindet sich der Magazinplatz 4 des Magazinschachtes C in Übergabeposition. Als Beispiel soll nun der Magazinplatz A7 in Übergabeposition gebracht werden. Dies geschieht in drei Teilschritten:
Das Karussell wird ganz nach oben gefahren, so daß der Ausschieber nicht mehr in das Karussell eintaucht. Der erreichte Zustand wird durch 3b dargestellt.

In der obersten Position des Karussells kann es gedreht werden. In tieferen Positionen ist das nicht möglich, weil hier der Ausschieber im Weg steht. Durch Drehung des Karussells wird 3c erreicht.

Das Karussell wird nun wieder abgesenkt, solange bis sich die Ebene 7 in Übergabehöhe befindet. Nun befindet sich Magazinplatz A7 in Übergabeposition, wie durch 3d angedeutet.

Die Ein- und Ausgabe der MTPs besteht aus insgesamt vier Teilschritten. Zunächst die Eingabe einer MTP:
Positionierung des Speichermagazins, ein freier Platz wird in Übergabeposition
gebracht Öffnen der Automatiktür Einschieben der MTP durch das umgebende System
Schließen der Automatiktür

Damit ist der Vorgang abgeschlossen. Die Ausgabe erfolgt analog:
Positionierung des Speichermagazins, der Speicherplatz mit der auszuschiebenden MTP wird in Übergabeposition gebracht
Öffnen der Automatiktür
Ausschieben der MTP durch den Ausschieber
Schließen der Automatiktür

Claims

1. Klimaschrank zur Aufnahme von Objekten, vorzugsweise von Mikrotiterplatten, der im Innern eine vorzugsweise drehbare Objektaufnahme beinhaltet, wobei die Objektaufnahme zur Änderung ihrer Lage zu einer Ein- und Ausgabetür höhenverstellbar ist.

2. Klimaschrank nach Anspruch 1, wobei die Objektaufnahme in einer angehobenen Position bezüglich ihrer Lage zu der Ein- und Ausgabetür verstellbar ist.

3. Klimaschrank nach Anspruch 1 oder 2, mit einer drehbaren Objektaufnahme mit mehreren Objektspeichern.

4. Klimaschrank nach einem der Ansprüche 1-3, wobei zur Ausfuhr der Objekte ein ortsfester Ausschieber vorgesehen ist, zu dem die Objektaufnahme positioniert wird.