DE29505897U1 - Thermoschüttler - Google Patents
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Description
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Thermoschüttler
Die Erfindung betrifft eine Metallblockthermostat-Kombination mit einem Schüttler zur Verwendung in Laboratorien fur die
biochemische, biotechnologische und medizinische Forschung sowie &iacgr;&ogr; bei der Diagnose und auch bei der Qualitätssicherung
biotechnologischer Produktionen, z.B. bei der Herstellung
pharmazeutischer Erzeugnisse.
Die Erfindung wird angewandt bei der Analyse kleinster Stoffmengen, oft in Lösung von Volumina im Mikroliterbereich, wie
bei der Durchfuhrung von enzymatisch katalysierten Synthese- und
Spaltungsreaktionen von hochmolekularen Stoffen, z.B. DNA und
Eiweiße, die eine hohe Temperaturpräzision und eine sanfte
Durchmischung der Reaktionskomponenten erfordern, wobei auch
eine Schädigung der empfindlichen Enzymmoleküle durch
Scherkräfte zu vermeiden ist.
Anwendbar ist die Erfindung auch zur Durchfuhrung langwieriger
Lösungsvorgänge und Reaktionen von Salzen und hochmolekularen organischen Substanzen sowie zur Durchfuhrung von Extraktionen
im Mikroliterbereich, wo es auf eine langsame kontinuierliche
Vermischung von Lösungen mit unterschiedlicher Phasenbildung an kommt um auch eine Steigerung der Ausbeute zu erreichen.
Bekannt sind Geräte , die Laborprobengefäße mit Inhalt sowohl
temperieren als auch schütteln können.
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Diese Geräte arbeiten alle nach dem Prinzip eines Kreisschüttlers,
womit jedoch im vorgenannten Anwendungsbereich der Erfindung, nämlich im ^/&iacgr;ikroliterbereich, nur sehr unbefriedigende
Durchmischungen von Reaktionskomponenten im Probegefäß realisierbar sind.
&iacgr;&ogr; Begründet ist dies damit, daß im Mikroliterbereich die
Oberflächenspannung der Probenflüssigkeit zu einer Tropfenbildung im Probengefäß führt und sich durch die kontinuierlich kreisende
Bewegung ein eingeschwungener, stationärer Zustand einstellt, wodurch der Tropfen, angetrieben von der Zentrifugalkraft, an die
Wandung des Probengefaßes gedrückt wird und dort verbleibt.
Dabei findet im Inneren der Probenflüssigkeit keine Durchmischung statt.
Mit einer Erhöhung der Schüttelfrequenz lassen sich zwar ab einer gewissen Grenze die Molekularkräfte im Probengefäß überwinden,
womit aber die kräftigeren, periodisch aufeinanderfolgenden
Bewegungsimpulse eine definierte, reproduzierbare Beherrschung des unerwünschteiii Schereffektes in der Probe verhindern.
Bekannt und üblich ist es in biochemischen und biotechnologischen
Laboratorien die Probengefäße aus dem Metallblockthermostat herauszunehmen und mit den Fingern anzuschnippen, um damit
besonders schonend eine kurzzeitige Durchmischung der Proben zu bewirken und damit eine Reaktion auszulösen.
Diese Methode ist sehr arbeitsaufwendig und deshalb insbesondere
bei umfangreichen Versuchsreihen nicht effektiv realisierbar.
Sie führt auch zu einer unzulässig hohen Temperaturdestabilisierung
des Probenmaterials.
Problem der Erfindung ist es, einen Schüttler mit beheizbarem Metallblock zur Temperierung und zur Aufnahme von
Probengefäßen zu schaffen, der eine sanfte, schonende und &iacgr;&ogr; wirkungsvolle Durchmischung von empfindlichen hochmolekularen
biochemischen Substanzen ermöglicht und insbesondere das Entstehen von schädlichen Abscherkräften an den Molekülen der
in den Probegefäßen befindlichen Substanzen vermeidet.
Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, daß ein
Schüttler- Metallblock-Thermostat als elektromechanisch antreibbarer
Linearschüttler ausgebildet ist, dessen Hub und dessen Frequenz und dessen Intensität stufenlos einstellbar sind, sowie in
Zeitintervallen, in Einzelstoßimpulsen und in der Intensität der Einzelstoßimpulse mittels einer an sich bekannten
Programmschaltung manuell oder automatisch steuerbar ist und dessen auf dem Metallblock-Thermostat befindlicher
Probengefäßeträger mit den Probengefäßen unabhängig von der Schüttelbeweglichkeit des Metallblock-Thermostaten mechanisch
geführt und manuell oder mittels an sich bekannter
Programmsteuerung elektrisch anhebbar und in jeder Hubstellung arretierbar ist.
Mittels der Programmsteuerung ist die Hubhöhe und auch die zeitliche Hubfolge sowie die Dauer der Arretierung regelbar.
Die horizontalen, linearen Einzelstoßimpulse können bei im
Stillstand befindlichen Metallblock-Thermostaten und angehobenen Probengefäßeträger auch auf diesen ausübbar sein.
Die Bohrungen für die Probengefäße im Metallblock-Thermostat des
Linearschüttlers können an ihrer Oberkante angefast, gerundet oder
mit einem elastischen Kunststoff umrandet sein. Im Stillstand der Schüttelmechanik nimmt der Metallblock-Thermostat eine definierte
Mittelstellung zum aufgehobenen Probengefaßträger ein, die durch
&iacgr;&ogr; mindestens ein federndes Element elastisch arretierbar sein kann.
Der elektromechanische Antrieb des Linearschüttlers kann insbesondere zur Erzeugung von in ihrer Intensität bzw. ihrer
Stoßenergie stufenlos einstellbaren Einzelimpulse ein Klopfwerk sein, dessen Klopfer auf den linear beweglichen und linear
gefederten Metallblock-Thermostaten oder auf dem
Probengefäßeträger bei ausgefahrener Hubwerkmechanik linear gleichgerichtet auftrifft.
Die Vorzüge der erfindungsgemäßen Lösung bestehen darin, daß
sich mittels in ihrer Stoßenergie genau deftnierbarer Einzelimpulse sanfte, schonende Reaktionsanstöße auf die empfindlichen
hochmolekularen biochemischen Stoffe in den Probengefäßen übertragen lassen.
Der erfindungsgemäße Thermo-Schüttler erlaubt damit, ein manuelles, mit den Fingern ausgeübtes Anschnippen eines jeden
Probengefäßes zu mechanisieren bzw. zu automatisieren und auch
die Stoßenergie genau definiert jederzeit reproduzierbar zu machen.
Von Vorteil ist dabei auch, daß durch die Mechanisierung dieses
Anschnippvorganges die Probengefäße nur sehr kurzzeitig und auch nur ein sehr kurzes Wegstück sowie nicht einmal vollständig aus den
Bohrungen im Metallblock-Thermostaten mit dem Probengefaßträger
angehoben werden.
Auf diese Weise wird auch eine Temperaturkonstanz der Proben in
den Probengefäßen besser als auf herkömmliche Weise gewährleistet.
Dies bedeutet auch eine höhere Sicherheit bei der Versuchsdurchfuhrung im Labor und eine wesentliche Verbesserung
&iacgr;&ogr; der Effektivität der Forschungsarbeit.
Der erfindungsgemäße Thermoschüttler ist von kompakter Bauart
und ist mit einem Bedienpult ausgestattet.
Er erlaubt bei Verwendung einer Prozessorsteuerung fur Temperatur,
Zeit und Schüttlermechanik sowie für die Probengefäßeträger-
hubmechanik eine hohe Genauigkeit bei der Reproduzierbarkeit der Betriebsparameter und eine einfache Bedienung.
Die kompakte Bauweise ermöglichst einen leichten Standortwechsel des Gerätes z.B. auch in eine Laminarbox zum Betrieb unter
Sterilbedingungen.
Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausfuhrungsbeispiel näher erläutert.
In der Zeichnung ist mit Fig. 1 der Metallblock-Thermostat mit
Probengefäßeträger und Probengefäßen eines Thermoschüttlers schematisch dargestellt.
Mit Fig. 2 ist in der Zeichnung der Metallblock-Thermostat eines Thermoschüttlers mit angehobenem Probengefäßeträger und
Probengefäßen dargestellt.
Auf der elektromechanisch angetriebenen Führungsplatte 4 des
Thermoschüttlers ist der Metallblock-Thermostat 3 schüttelfest angeordnet. In dem Metallblock-Thermostat 3 befinden sich mit den
Probengefaßen 1 gefäßkonforaie Bohrungen, hier für konische
Eppendorf-Tups.
&iacgr;&ogr; Bei Stillstand der Schüttelmechanik 6 nimmt der Metallblock-
Thermostat 3 eine bestimmte, vom federnden Element 8 fixierte Mittelstellung ein , in welcher die Bohrungen im Metallblock-Thermostaten
3 mit den Öffnungen für die Probengefäße 1 im Probengefäßeträger 2 fluchten.
Unabhängig von der linear horizontal beweglichen Führungsplatte 4 mit dem darauf befindlichen Metallblock-Thermostat 3 ist über
demselben der mittels Probengefäßeträgerhubmechanik 7 auf-und abbewegliche Probengefäßeträger 2 angeordnet.
Die Hubmechanik 7 ist so gestaltet, daß der Probengefäßeträger 2 im
völlig abgesenktem Arbeitszustand auf dem Metallblock-Thermostaten
3 aufliegt und mit diesem formschlüssig verbunden ist wobei die Hubmechanik 7 vom Probengefäßeträger abgekuppelt ist.
Im angehobenen Arbeitszustand des Probengefäßeträgers 2 ist dieser
formschlüssig mit der Hubmechanik 7 verbunden und vom
Formschluß mit dem Metallblock-Thermostaten 3 gelöst.
Die Hubbewegungen der Hubmechanik 7 erfolgen bei Stillstand der Schüttelmechanik 6 .
Alle Bewegungsabläufe sind mittels Programmschaltung vorwählbar und automatisch steuerbar.
JJJ*. ··· · t
Zur Inbetriebnahme des Thermoschüttlers werden zunächst
Probengefäße 1 in Form von konischen Eppendorf-Tubs in den Probengefäßeträger 2 eingebracht.
Der Probengefäßeträger 2 kann sich dabei außerhalb des Thermoschüttlers befinden oder bereits in der Probengefäßeträger
&iacgr;&ogr; hubmechanik 7 auf oder über dem Metallblock-Thermostat 3
plaziert sein.
Sobald der Probengefäßträger 2 auf dem Metallblock-Thermosta -
ten 3 aufliegt, ist dieser gegenüber der Probengefäßeträgerhubmechanik
7 frei beweglich , und mit dem Metallblock-Thermostaten formschlüssig verbunden.
Er führt die Schüttelbewegungen des auf der Führungsplatte 4 befindlichen Metallblock-Thermostaten 3 mit aus.
Mittels einer Programmanschaltung lassen sich jetzt die
Betriebsparameter, wie Temperierung, Hub, Frequenz und
Zeitintervalle für den Schüttelvorgang vorwählen, und der
Schüttelvorgang läßt sich danach ausführen.
Neben diesem Schüttelprogramm bzw. innerhalb dieses Schüttelprogrammes kann der Programmablauf auch so gewählt
werden, daß der Probengefäßeträger 2 mit den Probengefäßen 1 bei Stillstand der Schüttelmechanik 6 in Mittelstellung mittels
Probengefäßehubmechanik 7 nicht vollständig aus dem Metallblock-Thermostaten
3 herausgehoben wird, und in solcher Stellung verbleibt und/oder arretiert wird, so daß sich infolge der konisch
geformten Probengefäße 1 zwischen diesen und der Bohrung im Metallblock-Thermostaten ein Ringspalt 5 ausbildet.
Sodann wird ein definierter Einzelstoßimpuls auf den Metallblock-
Thermostaten 3 direkt oder auf die Führungsplatte 4 über die Schüttelhubmechanik 6 gegen das federnde Element 8 so ausgelöst,
daß die Oberkante der Bohrung im Metallblock-Thermostat 3 die konische Wandung des Probengefäßes 1 kurzzeitig berührt bzw.
&iacgr;&ogr; mitfuhrt und damit einen Anschnippeffekt realisiert.
Mittels dieses Anschnippeffektes wird das manuelle Anschnippen
des Probengefäßes 1 mit den Fingern nachgeahmt und damit dieser häufig unverzichtbare Arbeitsgang für eine schonende
Reaktionsauslösung bei hochmolekularen, biochemischen
Verbindungen mechanisiert, und so ausgeführt, daß der
Temperaturenabfall in der Probe auf ein Minimum reduziert ist.
Durch das kurzfristige Herausheben der Probengefäße aus dem Metallblockthermostaten auf kurzem Weg wird der daraus resultierende Temperaturabfall der Proben minimiert.
Durch das kurzfristige Herausheben der Probengefäße aus dem Metallblockthermostaten auf kurzem Weg wird der daraus resultierende Temperaturabfall der Proben minimiert.
Claims (6)
1. Thermoschüttler, bestehend aus einer Kombination von
Schüttler und Metallblock - Thermostat (3) zum Vermischen und Temperieren von Proben in Probengefäßen (1), insbesondere
für biochemische Laboratorien, dadurch gekennzeichnet, daß ein Thermoschüttler als elektromechanisch, auch in Einzelimpulsen,
antreibbarer Linearschüttler ausgebildet ist, dessen Hub, dessen Schüttelfrequenz und dessen Intensität von Einzelstoßimpulsen
stufenlos einstellbar sind, sowie in Zeitintervallen, in Einzelstoßimpulsen
und in der Intensität der Einzelstoßimpulse mittels einer an sich bekannten Programmschaltung manuell oder automatisch
steuerbar ist und dessen auf der über dem Metallblock-Thermostat (3) befindlicher Probengefäßeträger (2) mit den Probenge fäßen
(1) unabhängig von der Schüttelbeweglichkeit des Metallblock-Thermostaten (3) mechanisch geführt und manuell oder
mittels an sich bekannter Programmsteuerung elektromechani scher anhebbar ist und in jeder Hubstellung arretierbar ist.
2. Thermoschüttler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die horizontalen linearen Einzelstoßimpulse bei im Stillstand befindlichen Metallblock-Thermostaten (3) und aus dem Metall block
- Thermostaten (3) angehobenen Probengefäßen (1) mittels einer Stoßmechanik auf den Probengefäßeträger ausübbar sein
kann.
3. Thermoschüttler nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet daß die Hubhöhe des Probengefäßeträgers (2), die zeitliche
Hubfolge desselben sowie die Dauer dessen Arretierung mittels Programmsteuerung regelbar ist.
4. Thermoschüttler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Metallblock-Thermostat (3) bei Stillstand der Schüttelmechanik
(6) eine definierte, vorzugsweise Mittelstellung ein nimmt, in welcher der Metallblock- Thermostat (3) beweglich
mittels mindestens einem federndem Element (8) arretierbar ist.
5. Thermoschüttler nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen für die Probengefäße (1) im Metall block-
Thermostat (3) des Linearschüttlers an ihrer Oberkannte angefast, gerundet oder mit einem elastischen Kunststoff um randet
sind.
6. Thermoschüttler nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeinet, daß die auf den Metallblock- Thermostaten (3) einwirkenden
Einzelstoßimpulse von einem in der Schüttlermechanik (6) integrierten Klopfwerk oder elektromagnetisch erzeugt werden.
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