SE530138C2 - Anordning och metod för mätning av värmeflöde från åtminstone ett prov samt kärlenhet för placering i nämnda anordning - Google Patents

Description

530 138 2 peratur liksom i temperaturområdet 0-120 °C. Det finns instrument som är kon- struerade för enbart titrering vid isotermiska betingelser (ITC).

För närvarande är industriella kalorimetriska applikationer huvudsakligen relaterade till materialvetenskapsfrågor vad avser tillverkningskontroll och fysika- lisk eller kemisk stabilitet hos produkter. Biologiska processer är ofta förbundna med förändringar av metabolisk aktivitet, vilka yttrar sig genom värmeförändringar som ett resultat av oxidativa processer på cellnivå. Den typ av biologiskt material som har studerats genom isotermisk kalorimetri är exempelvis mammalieceller, växtceller, prokaryotiska celler, mammalievävnader, växtvävnader och hela orga- nismer. Exempel på cellhändelser som har studerats genom kalorimetri är mitos, nekros, apoptos, och inducerade förändringar av metabolisk aktivitet. Applikatio- nerna har potential att användas inom biologiska industriella områden, bl a så som eukaryotisk och prokaryotisk proteinproduktion, läkemedelsupptäckt, läkemedels- utveckling och kliniskt arbete (se t ex Beezer, A. E., m fl (1993) Microbios. 73, 205-213, Beezer, A. E. (1990) Tokai J Exp Clin Med. 15, 369-372, Monti, M. (1990 Thermochimica Acta 172, 53-60, och Takahashi, K. (1990) Tokai J Exp Clin Med. 15, 387-394). En viktig orsak till detta är att metodiken presenterar data såsom realtidsdata, vilket är ett vanligt krav på nya teknologier för biologiska applikationer.

Alla metoder och teknologier för industriella "llfe science"-organisationer måste ha hög provgenomströmning med enkel provhantering. För att uppfylla industriella behov måste metoderna vara baserade på parallell flerprovsdetektion, företrädesvis såsom arraysystem. De kommersiella kalorimetriska instrumenten som är tillgängliga har det gemensamt att proverna laddas eller förs in individuellt i kalorimetern. Det finns några kommersiella tillgängliga flerkanalskalorimetrar som alla har individuella kalorimetriska kanaler som delar en gemensam termostat.

Det finns ett antal flerkanalskalorimetrar beskrivna som antingen använder motståndstermometrí, dvs temperaturbestämning genom termistormotståndster- mometer eller platinamotståndstermometer, eller termisk detektion av elektroter- misk spänningsbestämning, såsom beskrivs 'i patentpublikationerna US2004/0107986, US2004/0241869, US2005/0036536 och US2004/O038228. Det finns mikrokalorimetrar beskrivna som är baserade på termostapelschips, se US2004/0038228 och Maskow, T. m fl (2006) J. Biotechnol. 122, 431-42. Dessa typer av instrument kännetecknas av hög känslighet, små prowolymer (några mik- 20 25 30 530 138 3 roliter), snabb respons, och tycks vara lämpliga för flerkanalskonstruktioner. Vid många applikationer är dock prowolymerna alltför små, tex vid experiment med ett monolager av celler, för inhomogena prover såsom jord och med prover såsom vävnader, organ och djur. För värmeledningskalorimetrar är dessutom detektions- gränsen för en viss typ av prov proportionell mot den mängd material som inne- hålls i kärlet. För material med mycket låga specifika termiska styrkor kan det därför vara nödvändigt att genomföra mätningarna med prowolymer som är mycket större än några mikroliter. Det finns säkerhetskrav och kostnadseffektivi- tetskrav från industriella användare att proverna innehålls i och experiment utförs i engångsprovbehållare. Chipsteknologin har ännu inte kunnat hantera detta pro- blem.

Termostapel-värmeledningskalorimetrar kan användas för att mäta hög- känslighetsförändringar i värmeinnehåll från prover i vilka fysikaliska, kemiska eller biologiska processer sker. Värmen mäts genom att mäta värmeflödet från ett prov, igenom en termostapel, till en termostatförsedd kylare. Denna princip att mäta värme har ännu inte visats vara kompatibel med multipla borttagbara, och därför för engångsbruk utformade, multipla provkärl i arrayformat. Orsakerna till detta har varit svårigheter i (i) att säkerställa god termisk utjämning hos den införda kroppen av en array när en array förs in i mätkammaren, (ii) att undvika drama- tiska termiska och mekaniska störningar, dvs tryckstörningar, av termostatblock och kylare när en array förs in i mätkammaren, och (iii) att säkerställa en förbind- ning med hög värmeledningsförmåga mellan en borttagbar array av multipla kärl och värmeflödessensorer, så som termostaplar. Oavsett om det är en enda kärl- behållare eller en array av multipla kärlbehållare, måste provbehållaren föras in i den kalorimetriska mätkammaren i fler än ett steg för att erhålla termisk jämvikt och stabil kalorimetrisk signal inom en tillräcklig tidsperiod. De kalorimetriska prov- kärlen förs in vertikalt i kalorimetriska anordningar. För en array av multipla kärl- behållare leder detta införingssätt till dålig termisk utjämning som tar lång tid att uppnå. Det ger även upphov till stora störningar av termostaplarna, beroende på piezoelektrisk respons hos termostaplarna. » Följaktligen finns ett behov av ett kalorimetriskt instrument som är baserat på ett arraysystem där provbehållarna är av engångstyp. lnstrumentet bör vara enkelt att hantera och ha hög känslighet enligt användarnas krav. 20 30 530 138 4 Sammanfattning av föreliggande uppfinning Problem Betraktat utifrån den tekniska bakgrunden är det ett tekniskt problem att uppnå hög mätningsstabilitet i en mätkammare som använder en flerkanalsanord- ning för värmeflödesmätningar. De multipla kanalerna kräver en stor öppning till anordningen och utrymmet ovanför proverna i mätkammaren är stor och sålunda svår att hålla stabil med avseende på temperaturen.

Det är möjligt att föra in en kropp ovanpå proverna i mätkammaren, där kroppen är stabiliserad till temperaturen i mätkammaren, vilket sålunda ytterligare stabiliserar mätkammaren och minskar utrymmet ovanför proverna. Dock kommer införandet av en sådan kropp att orsaka tryckvariationer och varierande luftflöden i mätkammaren som kommer att leda till oönskade temperaturvariationer och som kommer att kräva långa tidsperioder för utjämning före mätning. Det är sålunda ett problem att tillhandahålla en mätkammare som är tillräckligt stor för att ta emot en med flertaliga brunnar försedd kärlenhet med en bibehållen kontroll av mätmiljön, eller åtminstone med en minimerad störning 'av mätmiljön när kärlenheten förs in.

Det är ett problem att tillhandahålla en anordning som erbjuder ett effektivt införande av prover i mätkammaren med avseende på hur snabbt proverna kan föras in och hur snart mätningar kan starta efter införande av proverna i mätkam- maren.

Värmeflödesmätningar kräver en stabil och kontrollerad miljö, och under dessa betingelser är det ett problem att tillhandahålla en möjlighet att både öka och minska temperaturen i mätkammaren på ett kontrollerat sätt och enligt erfor- derliga provningstemperaturer med bibehållen temperaturstabilitet i mätkamma- ren.

Det är ett problem att tillhandahålla en mätkammare där flera brunnar eller kärl kan användas parallellt och där varje kärl övervakas individuellt.

Det är även ett problem att tillhandahålla en med flertaliga brunnar försedd kärlenhet som är anpassad till den parallella mätningen av flera enskilda prover i en anordning för värmeflödesmätningar.

Lösning I syfte att lösa ett eller flera av ovan identifierade tekniska problem, anvi- sar föreliggande uppfinning att med en anordning för mätning av värmeflöde från 20 25 30 530 138 5 åtminstone ett prov, där anordningen är anpassad för att ta emot en med flertaliga brunnar försedd kärlenhet med prover i ett eller flera kärl, där anordningen inne- fattar en öppning för att föra in kärlenheten i anordningen, en mätkammare med en kylare, en kanal som sträcker sig från öppningen till mätkammaren och ett lock, med ett stängningsorgan, för att stänga öppningen under mätningar, föreslås det att öppningen och kanalen leder horisontellt in i nämnda anordning för att under- lätta möjligheten att minimera höjden på öppningen, kanalen och mätkammaren så att den bara är tillräckligt hög för att ta emot kärlenheten. Därmed är det möjligt att ha en mycket liten mätkammare utan ett stort utrymme ovanför kärlen.

Det föreslås att höjden på öppningen, kanalen och mätkammaren översti- ger höjden på kärlenheten med 5 mm eller mindre.

För att tillhandahålla en anordning som erbjuder ett effektivt införande av prover i mätkammaren, med avseende på hur snabbt provema kan föras in och hur snart mätningar kan börja efter införande av proverna i mätkammaren, anvisar föreliggande uppfinning att mätkammaren utgörs av en hålighet inuti en första metallkropp, att kanalen utgörs av ett hål igenom en andra metallkropp, och att de första och andra metallkropparna är termiskt isolerade från varandra. Det föreslås även att kylaren är gjord av en tredje metallkropp som är positionerad inuti hålig- heten och termiskt isolerad från den första metallkroppen. För att ytterligare för- bättra kontrollen av miljön i mätkammaren föreslås att mätkammaren är indelad i ett första område, anpassat för att bringa en kärlenhet ijämvikt, och ett andra område, innehållande kylaren och anpassat för att ta emot en kärlenhet under mätningen.

För att tillhandahålla en möjlighet att övervaka flera enskilda kärl i en kärl- enhet anvisar föreliggande uppfinning att termiska sensorer är positionerade på kylaren så att varje enskilt kärl inom en kärlenhet är positionerat på en termisk sensor när en kärlenhet är placerad i det andra området. I syfte att isolera de olika termiska sensorerna från varandra föreslås att den övre ytan av den tredje metall- kroppen är indelad i pelare, och att en av de termiska sensorerna är positionerad ovanpå varje pelare.

Det föreslås att den första och andra metallkroppen och locket är termo- statstyrda till samma temperatur i syfte att ytterligare förbättra miljön i mätkamma- ren. 20 25 30 530 138 6 Dessa metallkroppar kan hållas vid konstant temperatur vid en vald expe- rimentell temperatur för isotermiska mätningar eller så kan temperaturen på metallkropparna ändras över ett valt temperaturområde för svepmätningar.

I syfte att medge värme att lämna kylaren och mätkammaren föreslås att en yttre behållare omsluter de första och andra metallkropparna, och att behålla- ren är termiskt isolerad från de första och andra metallkropparna, Denna yttre behållare kan vara en Dewar-behållare. Den yttre behållaren, med sina första och andra metallkroppar, är positionerad inuti en yttre kammare, och temperaturen inuti den yttre kammaren hålls vid en lägre temperatur än den i mätkammaren.

Denna temperatur är i storleksordningen 5 °C eller mer under temperaturen i mät- kammaren. Detta kommer att åstadkomma ett värmeflöde från kylaren och ut till den yttre kammaren, med den yttre behållaren såsom en buffert för att förhindra alltför stark kylning av mätkammaren, vilket värmeflöde kommer att göra det lät- tare att kontrollera miljön inuti mätkammaren.

I syfte att möjliggöra för anordningen att ta emot kärlenheter med olika höjder föreslås att höjden på kanalen och mätkammaren är anpassningsbar till höjden på olika kärlenheter.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till en kärlenhet med flera kärl för att rymma prover, varvid kärlenheten är anpassad till en anordning enligt uppfin- ningen. Det föreslås att den yttre bottenytan av varje kärl är utformad för att till- handahålla en god termisk kontakt med en termisk sensor vid placering i en anordning enligt uppfinningen.

Det föreslås specifikt att varje kärl inom kärlenheten är positionerat så att de kommer att vara positionerade på en termisk sensor vid placering i en anord- ning enligt uppfinningen.

Eftersom det kan finnas svårigheter i att positionera alla termiska sensorer ianordningen på en exakt jämn nivå, och eftersom det är av största betydelse att varje kärl år i kontakt med sin respektive termiska sensor, föreslås att varje kärl är löst monterat i kärlenheten, vilket sålunda gör det möjligt för varje kärl att komma i direkt kontakt med sin respektive termiska sensor.

Kärlen kan göras av olika material beroende på olika parametrar, så som vilken typ av prover som ska innehållas i kärlen eller vilken kostnad som är god- tagbar för ett kärl. Det föreslås att kärlen är gjorda av glas, rostfritt stål eller plast. 20 25 30 530 138 7 Det föreslås även att kärlenheten är av engångstyp eller att kärlen hos kärlenheten är av engångstyp.

Föreliggande uppfinning hänför sig även till en metod för att mäta värme- flödet från åtminstone ett prov i en med flertaliga brunnar försedd kärlenhet, med hjälp av en anordning som innefattar en öppning för att föra in nämnda kärlenhet i anordningen, en mätkammare med en kylare, en kanal som sträcker sig från öpp- ningen till mätkammaren och ett lock för att stänga öppningen under mätningar.

Uppfinningen anvisar att kärlenheten transporteras i en horisontell riktning igenom öppningen och kanalen, och in i mätkammaren, vilket kommer att göra det möjligt att använda en öppning och mätkammare som bara är tillräckligt hög för att ta emot kärlenheten.

I syfte att åstadkomma en godtagbar stabilitet i mätkammaren, föreslår metoden enligt uppfinningen att kärlenheten medges komma ijämvikt i kanalen innan den transporteras in i mätkammaren, att den medges komma i jämvikt i ett första område inuti mätkammaren innan den transporteras in i ett andra område, innehållande kylaren och anpassat för att ta emot en kärlenhet för mätningar, och att kärlenheten medges komma i jämvikt i det andra området före start av nämnda mätning. Det föreslås att kärlenheten medges komma ijämvikt under en tidsperiod i storleksordningen 10 min i kanalen och nämnda första område, och under en tidsperiod i storleksordningen 30 min i det andra området.

Metoden enligt uppfinningen anvisar att kanalen och mätkammaren hålls konstanta vid en vald experimentell temperatur för isotermiska mätningar och att temperaturen i kanalen och mätkammaren ändras över ett valt temperaturområde för svepmätningar.

För att erhålla en relevant referenstemperatur för en mätning föreslås att åtminstone ett av kärlen används såsom ett referenskärl, och att referenskärlet är laddat med inert material. Det är möjligt att välja godtyckligt antal referenskärl bland de existerande kärlen i kärlenheten, och det föreslås att hälften av kärlen används såsom referenskärl och hälften av kärlen används för prover. l syfte att möjliggöra kylning av temperaturen i mätkammaren föreslås att temperaturen inuti en yttre kammare, inuti vilken den yttre behållaren är positione- rad, hålls vid en lägre temperatur än den i mätkammaren. Temperaturskillnaden mellan den yttre kammaren och mätkammaren kan exempelvis vara i storleksord- ningen 5 °C eller mer. 20 30 530 138 Fördelar Fördelarna med en anordning och en kärlenhet, eller en metod, enligt föreliggande uppfinning är att föreliggande uppfinning tillhandahåller en kontrolle- rad och stabil mätmiljö för värmeflödesmätningar i flera parallella kärl. Förelig- gande uppfinning tillhandahåller även ett snabbt mätningsförfarande där mätning- arna kan börja i storleksordningen 50 min fràn när kärlenheten infördes i anord- ningen.

Kort beskrivning av ritningarna En anordning, en kärlenhet och en metod enligt föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas i närmare detalj med hänvisning till medföljande ritningar, på vilka: figur 1 är en schematisk och mycket förenklad tvärsnittssidovy av en anordning enligt föreliggande uppfinning, figur 2 är en schematisk sidovy av en kylare med termoelement och en kärlenhet, figur 3 är en schematisk och mycket förenklad sidovy av en anordning enligt uppfinningen med en yttre kammare, figur 4a, 4b och 4c är schematiska och förenklade toppvyer av kärlenheter med olika uppsättningar av referenskärl, och figur 5 är en diagram som visar resultaten från en mätning som utförts enligt en möjlig utföringsform av föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av utföringsformer såsom för närvarande föredras Föreliggande uppfinning kommer nu att beskrivas i närmare detalj och med hänvisning till figur 1, där en anordning 1 för mätning av värmeflöde från åtminstone ett prov 21 a visas, varvid anordningen 1 är anpassad för att ta emot en med flertaliga brunnar försedd kärlenhet 2 med prover i ett eller flera kärl 21, 22, .. ., 2n.

Anordningen 1 innefattar en öppning 11 för att föra in kärlenheten 2 i anordningen 1, en mätkammare 12 med en kylare 13, en kanal 14 som sträcker sig från öppningen 11 till mätkammaren 12, ett lock 15 för att stänga öppningen 20 25 30 530 133 9 under mätningar, och ett stängningsorgan 15a som schematlskt visas med prick- ade linjer i figuren.

Föreliggande uppfinning anvisar specifikt att öppningen 11 och kanalen 14 leder horisontellt in i anordningen 1, vilket sålunda gör det möjligt att ha en relativt liten öppning 11 till anordningen 1. Det är önskvärt att ha öppningen 11 så liten som möjligt och föreliggande uppfinning anvisar att höjden "a" på öppningen 11. kanalen 14 och mätkammaren 12 bara är tillräckligt hög för att ta emot kärlenhe- ten. En föreslagen utföringsform anvisar att höjden "a" på öppningen 11, kanalen 14 och mätkammaren 12 överstiger höjden "b" på kärl 2 -enheten med 5 mm eller mindre.

För att tillhandahålla en stabil mätmiljö föreslås att mätkammaren 12 utgörs av en hålighet inuti en första metallkropp 16, att kanalen 14 utgörs av ett hål igenom en andra metallkropp 17, och att de första och andra metallkropparna 16, 17, och locket 15 är termiskt isolerade från varandra. Detta kan åstadkommas genom första plastorgan 31 som är positionerade mellan den första och andra metallkroppen 16, 17, och mellan den andra metallkroppen 17 och locket 15, var- vid dessa första plastorgan 31 har en hög termisk resistans. Termisk isolering av locket 15 från den yttre miljön kan åstadkommas genom ett plastlock 32 som är isolerat från nämnda lock 15 genom en luftspalt 33.

Det föreslås även att kylaren 13 är gjord av en tredje metallkropp 18 som är positionerad inuti håligheten, och att denna tredje metallkropp 18 är termiskt isolerad från den första metallkroppen 16. Detta kan åstadkommas genom andra plastorgan 34, med höga termiska resistanser, som är positionerade mellan den första och tredje metallkroppen 16, 18.

Mätkammaren 12 är indelad i ett första område 12a, anpassat för att bringa en kärlenhet 2 ijämvikt, och ett andra område 12b, innehållande kylaren 13 och anpassat för att ta emot en kärlenhet 2 under mätningen.

Figur 2 är en något förstorad vy av en kärlenhet 2 som står på en kylare 13. Det visas schematiskt att termiska sensorer 41, 42, 4n är positionerade på kylaren 13 så att varje enskilt kärl 21, 22, 2n inom en kärlenhet 2 är positione- rat på en termisk sensor 41,42, 4n när en kärlenhet 2 är placerad i det andra området 12b. Det föreslås även att den övre ytan av den tredje metallkroppen 18 skulle kunna vara indelad i pelare 181, 182, 18n, och att en av de termiska sensorema 41, 42, 14n är positionerad ovanpå varje pelare 181, 182, 18n. 20 25 30 530 138 10 För att komma till rätta med eventuella höjdskillnader som kan orsakas av det faktum att de termiska sensorema 41, 42, 4n inte alla har samma höjd föreslås att de termiska sensorerna kan vara fjäderbelastade ovanpå kylaren 13 för att säkerställa en god termisk kontakt mellan respektive sensor och kärl.

Föreliggande uppfinning föreslår även att den första och andra metall- kroppen 16, 17 och locket 15, 15a är termostatstyrda till samma temperatur.

En anordning 1 enligt uppfinningen kan användas för olika sorters mät- ningar, och beroende på syftet med mätningen föreslås att metallkropparna 16, 17, 18 hålls vid konstant temperatur vid en vald experimentell temperatur för iso- termiska mätningar eller att temperaturen på metallkropparna 16, 17, 18 ändras över ett valt temperaturområde för svepmätningar.

I syfte att ytterligare stabilisera miljön i mätkammaren 12 visar figur 1 att en yttre behållare 5 omsluter de första och andra metallkropparna "16, 17, vilken behållare är termiskt isolerad från de första och andra metallkropparna 16, 17 med hjälp av tredje plastorgan 35. En föreslagen utföringsform anvisar att den yttre 5 behållaren är en Dewar-behållare.

Figur 3 visar en utföringsform där den yttre behållaren 5, med sina första och andra metallkroppar16, 17, är positionerad inuti en yttre kammare 6, där tem- peraturen inuti den yttre kammaren 6 hålls vid en lägre temperatur än den i mät- kammaren 12, vilket sålunda möjliggör kylning av mätkammaren under reglering av temperaturen. Temperaturen iden yttre kammaren 6 kan vara i storleksord- ningen 5 °C eller mer under temperaturen i mätkammaren 12.

En föreslagen utföringsform av föreliggande uppfinning anvisar att höjden "a" på kanalen 14 och mätkammaren 12 kan vara anpassningsbar till höjden "b" på olika kärlenheter 2.

Med förnyad hänvisning till figur 2 illustreras en med flertaliga brunnar för- sedd kärlenhet 2 enligt uppfinningen med flera kärl 21, 22, 2n för att rymma prover 21a. Föreliggande uppfinning anvisar-specifikt att den yttre bottenytan 21', 22', 2n' av varje kärl 21, 22, 2n är utformad för att tillhandahålla en god termisk kontakt med en termisk sensor 41,42, 4n vid placering i en anordning 1 enligt uppfinningen. Varje kärl 21, 22, 2n inom kärlenheten 2 är positionerat så att de kommer att vara positionerade på en temiisk sensor 41, 42, 4n vid placering ien anordning 1 enligt uppfinningen. 20 30 530 138 11 För att komma till rätta med eventuell skillnad i höjd mellan de enskilda termiska sensorerna 41, 42, 4n i en anordning 1, föreslås att varje kärl 21, 22, 2n är löst monterat i kärlenheten 2, varigenom varje kärl är justerbart till höjden på sin respektive termiska sensor.

Kärlen 21, 22, 2n inom en kärlenhet 2 kan vara i olika material. Det är exempelvis möjligt att ha kärl som är gjorda av glas, rostfritt stål eller plast.

Det föreslås även att hela kärlenheten 2 är av engångstyp eller att de enskilda kärlen 21, 22, 2n hos kärlenheten 2 är av engångstyp.

Med förnyad hänvisning till figur 1 kommer en metod enligt uppfinningen nu att beskrivas. Uppfinningen avser en metod för att mäta värmeflödet från åtminstone ett prov 21a i en med flertaliga brunnar försedd kärlenhet 2 med hjälp av en anordning 1 som innefattar en öppning 11 för att föra in kärlenheten 2 i anordningen 1, en måtkammare 12 med en kylare 13, en kanal 14 som sträcker sig från öppningen 11 till mätkammaren 12, ett lock 15 för att stänga öppningen 11 under mätningar, och ett stängningsorgan 15a som visas schematiskt figuren.

Metoden enligt Uppfinningen anvisar att kärlenheten 2 transporteras i en horison- tell riktning igenom öppningen 11 och kanalen 14, och in i mätkammaren 12.

Metoden enligt uppfinningen föreslår att kärlenheten 2 medges komma i jämvikt i kanalen 14 innan den transporteras in i mätkammaren 12, och att kärlen- heten 2 medges komma i jämvikt i ett första område 12a inuti mätkammaren 12 innan den transporteras in i ett andra område 12b, varvid det andra området 12b innehåller kylaren 13 och är anpassat för att ta emot en kärlenhet 2 för mätningar.

Det föreslås även att kärlenheten 2 medges komma ijämvikt i det andra området 12b före mätningens början. Tidsperioden för utjämning skulle kunna vara i stor- leksordningen 10 min i kanalen 14 och första området 12a, och i storleksordningen 30 min i det andra området 12b.

Det bör påpekas att det är möjligt att reglera temperaturen på olika sätt beroende på vilka typer av mätningar som ska göras. Det är exempelvis möjligt att hålla temperaturen i kanalen 14 och mätkammaren 12 konstant vid en vald expe- rimentell temperatur för isotermiska mätningar, och det är möjligt att ändra tempe- raturen i kanalen 14 och mätkammaren 12 över ett valt temperaturområde för svepmätningar.

Figur 4 illustrerar att för att tillhandahålla referenstemperaturer för mät- ningarna föreslås att åtminstone ett av kärlen 21r används såsom ett referenskärl, 20 25 30 530 138 12" och att sådant referenskärl 21r är laddat med inert material. I figurerna 4a, 4b och 4c är öppningen hos anordningen i den nedre delen av figuren, så att eventuell temperaturgradient "G" i mätkammaren troligen är enligt pilen "G" i figurerna.

Figur 4a illustrerar en utföringsform där två referenskärl 21r, 22r används.

De olika kärlen med prover är indelade i grupper enligt den prickade linjen och mätresultaten från varje grupp justeras enligt mätningarna från referenskärlen.

Figur 4b illustrerar att referenskärl är positionerade vid de yttre kolum- nerna av kärl. I denna utföringsform kan kärlen vara indelade i rader, där varje referenskärl används såsom referens till kärlen i dess egen rad och på dess egna sida av den prickade linjen ifiguren.

Figur 4c illustrerar att hälften av kärlen 21r, 22r, 2mr används såsom referenskärl och hälften av kärlen för prover. l denna utföringsform kan varje kärl med prover använda intilliggande referenskärl för mätjusteringar.

Metoden enligt uppfinningen föreslår att temperaturen inuti en yttre kam- mare 6, schematiskt illustrerad i figur 3, hålls vid en lägre temperatur än den i mät- kammaren 12, där en yttre behållare 5 som omsluter, och är termiskt isolerad från, de första och andra metallkropparna 16, 17 är positionerad inuti den yttre kamma- ren. Det föreslås att temperaturskillnaden mellan den yttre kammaren 6 och mät- kammaren 12 kan vara i storleksordningen 5 °C eller mer.

Med ett kalorimetriskt flerkanalssystem enligt anordningen och kärlenhe- ten enligt uppfinningen, är det, med användning av kärlplattor av mikrotiterformat, möjligt att utföra parallella experiment och tester av odlade celler. Denna förmåga gör det möjligt att utföra nya typer av kalorimetriska experiment såsom exemplifie- ras nedan: a) Samtidiga mätningar av värmeutveckling från odlade celler, snarare än enskilda experiment, möjliggör rationell experimentell utformning, exempelvis utföra dos-responskurvor. b) Samtidiga mätningar av värmeutveckling från odlade celler, snarare än enskilda experiment, möjliggör normalisering av analyserade värden, en nöd- vändig förutsättning för cellbiologiska mätningar. c) Formatet möjliggör mätningar av värmeutveckling från adherenta celler, dvs celler som växer vidhäfiade vid en yta. Tidigare kalorimetriska experiment på odlade celler var begränsade till celler som växte i suspension, eller celler som vidhäftar till mikrobärare, i vilket fall det nästan var omöjligt att uppnå normali- 20 25 530 138» 13 sering. Med användning av anordningen och metoden enligt uppfinningen kan både kontroll av cellantal och morfologiskt tillstånd åstadkommas, liksom nor- _ malisering för varje brunn individuellt. d) Formatet möjliggör användning av robotteknik när experiment utförs.

Ett specifikt exempel på användningen av föreliggande uppfinning är föl- jande beskrivning om ett dos-responsexperiment utförs i en anordning enligt upp- flnningen.

Odlade 3T3-L1 celler differentierades till vita adipocyter och behandlades med insulin vid fem triplettkoncentrationer. Experimentet delades i två delar, regi- strering av värmeeffektutvecklingen från varje brunnskärl före tillsättning av insulin, basalmetabolismen, och efter tillsättning av insulin, inducerad metabolisk ökad aktivitet.

Värdena på basalmetabolismen registrerades under 30 min. Mikrotiter- plattan togs ut från instrumentet och insulin sattes till brunnskärlen, tripletter av fem koncentrationer, slumpvist fördelade bland de använda brunnskärlen. Efter 30 min utjämningstid registrerades värmeeffekten under 30 min.

Resultaten från de två konsekutiva värmeeffektmätningarna behandlades såsom förhållanden mellan insulininducerad metabolisk aktivitet och basalmetabo- lism. På detta vis behöver inte antalet celler räknas eller något annan normalisa- tionsförfarande utföras. Resultaten visas i figur 5.

Det ska förstås att uppfinningen inte är begränsad till ovan beskrivna och illustrerade exemplifierande utföringsformer därav och att modifieringar kan göras inom ramen för konceptet enligt uppfinningen såsom det illustreras i tillhörande patentkrav.

Claims (33)

20 30 530 138 14 PATENTKRAV

1. Anordning för mätning av värmeflöde från åtminstone ett prov, varvid nämnda anordning är anpassad för att ta emot en med flertaliga brunnar försedd kärlenhet med prover i ett eller flera kärl, varvid nämnda anordning innefattar en öppning för att föra in nämnda kärlenheti nämnda anordning, en mätkammare med en kylare, en kanal som sträcker sig från nämnda öppning till nämnda mät- kammare och ett lock med ett stängningsorgan för att stänga nämnda öppning under mätningar, kännetecknad därav att nämnda öppning och kanal leder hori- sontellt in i nämnda anordning, och att höjden på nämnda öppning, kanal och mät- kammare bara är tillräckligt hög för att ta emot nämnda kärlenhet.

2. Anordning enligt krav 1, kännetecknad därav att höjden på nämnda öpp- ning, kanal och mätkammare överstiger höjden på nämnda kärlenhet med 5 mm eller mindre.

3. Anordning enligt krav 1 eller 2, kännetecknad därav att nämnda mät- kammare utgörs av en hålighet inuti en första metallkropp, att nämnda kanal utgörs av ett hål igenom en andra metallkropp, och att nämnda första och andra metallkroppar är termiskt isolerade från varandra.

4. Anordning enligt krav 3, kännetecknad därav att nämnda kylare är gjord av en tredje metallkropp som är positionerad- inuti nämnda hålighet, och att nämnda tredje metallkropp är termiskt isolerad från nämnda första metallkropp.

5. Anordning enligt krav 4, kännetecknad därav att nämnda mätkammare är indelad i ett första område, anpassat för att bringa en kärlenhet ijämvikt, och ett andra område, innehållande nämnda kylare och anpassat för att ta emot en kärl- enhet under nämnda mätning.

6. Anordning enligt krav 5, kännetecknad därav att termiska sensorer är positionerade på nämnda kylare så att varje enskilt kärl inom en kärlenhet är posi- tionerat på en termisk sensor när en kärlenhet är placerad i nämnda andra område. 20 25 saoltsa 15

7. Anordning enligt krav 6, kännetecknad därav att den övre ytan av nämnda tredje metallkropp är indelad i pelare, och att en av nämnda termiska sensorer är positionerad ovanpå varje pelare.

8. Anordning enligt krav 6 eller 7, kännetecknad därav att nämnda termiska sensorer är fjäderbelastade ovanpå nämnda kylare.

9. Anordning enligt något av kraven 3 till 8, kännetecknad därav att nämnda första och andra metallkropp och nämnda lock är termostatstyrda till samma tem- peratur.

10. hålls vid konstant temperatur vid en vald experimentell temperatur för isotermiska Anordning enligt krav 9, kännetecknad därav att nämnda metallkroppar mätningar.

11. nämnda metallkroppar ändras över ett valt temperaturområde för svepmätningar. Anordning enligt krav 9, kännetecknad därav att temperaturen på

12. Anordning enligt något av kraven 3 till 11, kännetecknad därav att en yttre behållare omsluter nämnda första och andra metallkroppar, och att nämnda behållare är termiskt isolerad från nämnda första och andra metallkroppar.

13. Anordning enligt krav 12, kännetecknad därav att nämnda behållare är en Dewar-behållare.

14. Anordning enligt krav 12 eller 13, kännetecknad därav att nämnda yttre behållare, med sina första och andra metallkroppar, är positionerad inuti en yttre kammare, och att temperaturen inuti nämnda yttre kammare hålls vid en lägre temperatur än den i nämnda mätkammare.

15. Anordning enligt krav 14, kännetecknad därav att temperaturen i nämnda yttre kammare är i storleksordningen 5 °C eller mer under temperaturen i nämnda mätkammare. 20 30 530 138 16

16. Anordning enligt något föregående krav, kännetecknad därav att höjden på nämnda kanal och mätkammare är anpassningsbar till höjden på olika kärlen- heter.

17. Med flertaliga brunnar försedd kärlenhet med flera kärl för att rymma pro- ver, kännetecknad därav att den yttre bottenytan av varje kärl är utformad för att tillhandahålla en god termisk kontakt med en termisk sensor vid placering i en anordning enligt något av kraven 1 till 16.

18. Kärlenhet enligt krav 17, kännetecknad därav att varje kärl inuti nämnda kärlenhet är positionerat så att de kommer att vara positionerade på en termisk sensor.

19. Kärlenhet enligt krav 17 eller 18, kännetecknad därav att varje kärl är löst monterati nämnda kärlenhet.

20. Kärlenhet enligt krav 17, 18 eller 19, kännetecknad därav att nämnda kärl är gjorda av glas.

21. Kärlenhet enligt krav 17, 18 eller 19, kännetecknad därav att nämnda kärl är gjorda av rostfritt stål.

22. Kärlenhet enligt krav 17, 18 eller 19, kännetecknad därav att nämnda kärl är gjorda av plast.

23. Kärlenhet enligt något av kraven 17 till 22, kännetecknad därav att nämnda kärlenhet är av engångstyp.

24. Kärlenhet enligt något av kraven 17 till 22, kännetecknad därav att kärlen hos nämnda kärlenhet är av engångstyp.

25. Metod för att mäta värmeflödet från åtminstone ett prov i en med flertaliga brunnar försedd kärlenhet, med hjälp av en anordning som innefattar en öppning 20 25 30 530 flfåß 17 för att föra in nämnda kärlenhet i nämnda anordning, en mätkammare med en kylare, en kanal som sträcker sig från nämnda öppning till nämnda mätkammare och ett lock med ett stängningsorgan för att stänga nämnda öppning under mät- ningar, kännetecknad av att transportera nämnda kärlenhet i en horisontell rikt- ning igenom nämnda öppning och kanal, och in i nämnda mätkammare.

26. Metod enligt krav 25, kännetecknad därav att nämnda kärlenhet medges komma ijämvikt i nämnda kanal innan den transporteras in i nämnda mätkam- mare, att nämnda kärlenhet medges komma ijämvikt i ett första område inuti nämnda mätkammare innan den transporteras in i ett andra område, innehållande nämnda kylare och anpassat för att ta emot en kärlenhet för mätningar, och att nämnda kärlenhet medges komma ijämvikt i nämnda andra område före start av nämnda mätning.

27. Metod enligt krav 26, kännetecknad därav att nämnda kärlenhet medges komma i jämvikt under en tidsperiod i storleksordningen 10 min i nämnda kanal och nämnda första område, och under en tidsperiod i storleksordningen 30 min i nämnda andra område.

28. Metod enligt något av kraven 25 till 27, kännetecknad därav att nämnda kanal och mätkammare hålls konstanta vid en vald experimentell temperatur för isotermiska mätningar.

29. Metod enligt något av kraven 25 till 27, kännetecknad därav att tempe- raturen i nämnda kanal och mätkammare ändras över ett valt temperaturområde för svepmätningar.

30. Metod enligt något av kraven 25 till 29, kännetecknad därav att åtmin- stone ett av nämnda kärl används såsom ett referenskärl, och att nämnda refe- renskärl är laddat med inert material.

31. Metod enligt krav 30, kännetecknar! därav att hälften av nämnda kärl används såsom referenskärl och hälften av nämnda kärl används för prover. 530 138 18

32. Metod enligt något av kraven 25 till 31, kännetecknad därav att tempe- raturen inuti en yttre kammare hålls vid en lägre temperatur än den i nämnda mät- kammare, där en yttre behållare som omsluter, och är termiskt isolerad från, nämnda första och andra metallkroppar är positionerad inuti nämnda yttre kam- mare.

33. Metod enligt krav 32, kännetecknad därav att temperaturskillnaden mel- lan nämnda yttre kammare och nämnda mätkammare är i storleksordningen 5 °C eller mer.