DE3441179C2 - Temperature control device for micro-cuvette arrangements, especially for microtitration plates - Google Patents
Temperature control device for micro-cuvette arrangements, especially for microtitration platesInfo
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Abstract
Temperiereinrichtung für Mikro-Küvettenanordnungen, insbesondere für Mikrotitrationsplatten in einem photometrischen Lesegerät, mit einer Temperatureinstellplatte, die auf eine bestimmte Temperatur regelbar ist. Auf diese ist verschiebbar und in flächigem Wärmeleitkontakt ein Temperaturübertragungskörper (23) aufsetzbar. Er ist mit durchgehenden Öffnungen (24) versehen, die die Mikroküvetten (2, 2') aufnehmen.Temperature control device for micro-cuvette arrangements, in particular for microtitration plates in a photometric reader, with a temperature setting plate that can be regulated to a specific temperature. A temperature transfer body (23) can be placed on this in a displaceable manner and in surface heat-conducting contact. It is provided with through openings (24) that accommodate the micro-cuvettes (2, 2').
Description
Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung für Mikro- Küvettenanordnungen, insbesondere für Mikrotitrationsplatten in einem photometrischen Lesegerät.The invention relates to a temperature control device for micro-cuvette arrangements, in particular for microtitration plates in a photometric reader.
Mikrotitrationsplatten (vgl. US-Patent 3 356 462) oder anderweitig mehrere Mikroküvetten verbindende Mikro-Küvettenanordnungen (vgl. DE-OS 26 33 283) werden z.B. bei Tests in der Mikrobiologie, Serologie, Bakteriologie und klinischen Chemie eingesetzt. Sie dienen Diagnosezwecken, z.B. der Blutgruppenbestimmung von Haemagglutinations-Tests, Haemagglutinations-Hemm-Tests, der Complement-Fixationstechnik, der ELISA-Technik, und zur Bestimmung fluorometrischer und luminometrischer Assays. Die Form solcher Platten in einer sehr häufig gebrauchten Ausführung mit 8×12=96 Mikroküvetten ermöglicht die rasche aufeinanderfolgende Durchführung von Tests in räumlichem Zusammenhang mit Hilfe von photometrischen Lesegeräten. Ein Anwendungsfall sind Lesegeräte, bei denen ein Lichtstrahl senkrecht durch die Mikroküvette hindurchgeführt wird. Bei diesen ist unterhalb der Mikroküvette ein Fotodetektor angeordnet, der die Intensität und/oder die Wellenlänge des hindurchgetretenen Lichtstrahls mißt, wobei die Veränderung des Lichtstrahls das Meßergebnis ist, das ausgewertet wird. Durch Verschiebung der Mikrotitrationsplatte in dem Lesegerät kann so eine Mikroküvette nach der anderen abgelesen werden. Der Verlauf solcher Tests hängt von der Temperatur ab. Man strebt daher eine Temperaturregelung der Proben in den Mikroküvetten an. Die Anordnung von Heizdrähten ist jedoch wenig geeignet, da sich dann in der Mitte der Mikroküvettenanordnung ein Wärmestau ergeben würde, der zu erhöhter Temperatur führt. Außerdem ist auf diese Art und Weise keine Kühlung möglich. Andererseits strebt man heute bei den genannten Verwendungszwecken der Mikrotests eine Genauigkeit von mindestens ±0,2°, beispielsweise bezogen auf eine einzuhaltende Temperatur von 25°C oder von 37°C, an.Microtitration plates (cf. US Patent 3,356,462) or other microcuvette arrangements connecting several microcuvettes (cf. DE-OS 26 33 283) are used, for example, in tests in microbiology, serology, bacteriology and clinical chemistry. They are used for diagnostic purposes, e.g. for blood group determination in haemagglutination tests, haemagglutination inhibition tests, the complement fixation technique, the ELISA technique, and for determining fluorometric and luminometric assays. The shape of such plates in a very frequently used version with 8×12=96 microcuvettes enables tests to be carried out quickly in succession in spatial context with the help of photometric readers. One application is readers in which a light beam is passed vertically through the microcuvette. In these, a photodetector is arranged below the microcuvette, which measures the intensity and/or the wavelength of the light beam that has passed through it, whereby the change in the light beam is the measurement result that is evaluated. By moving the microtitration plate in the reader, one microcuvette after the other can be read. The course of such tests depends on the temperature. The aim is therefore to regulate the temperature of the samples in the microcuvettes. The arrangement of heating wires is not very suitable, however, as this would result in a build-up of heat in the middle of the microcuvette arrangement, leading to an increased temperature. In addition, cooling is not possible in this way. On the other hand, for the purposes mentioned, the aim today is to achieve an accuracy of at least ±0.2°, for example based on a temperature of 25°C or 37°C.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Temperiereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die möglichst einfach und präzise arbeiten soll.The object of the invention is therefore to create a tempering device of the type mentioned above, which should work as simply and precisely as possible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine auf eine bestimmte Temperatur einstellbare Temperatureinstellplatte, sowie einen auf dieser verschiebbaren und mit ihr in flächigem Wärmeleitkontakt stehenden Temperaturübertragungskörper, der mit durchgehenden Öffnungen versehen ist, deren Anordnung und Abmessungen derart bestimmt sind, daß sie bei aufgesetzter Mikroküvettenanordnung die Mikroküvetten in Wärmeleitkontakt aufnehmen.According to the invention, this object is achieved in that a temperature setting plate which can be set to a specific temperature, and a temperature transfer body which can be moved on this plate and is in surface heat-conducting contact with it, which is provided with through-openings, the arrangement and dimensions of which are determined in such a way that they receive the microcuvettes in heat-conducting contact when the microcuvette arrangement is placed on it.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.Advantageous developments of the invention are defined in the subclaims.
Das Wesentliche ist, daß zwei Wärmeleitkontakte bzw. Übergänge vorgesehen sind, nämlich von der Temperatureinstellplatte zum Temperaturübertragungskörper und von diesem zu den Mikroküvetten. Die Temperatureinstellplatte kann fest angeordnet sein. Sie ist ggf. mit einer Öffnung zum Durchtritt des Lichtstrahls des Lesegerätes versehen. Mit verschiedenen Mitteln, z.B. durch Durchströmung mit einer erwärmbaren und/oder kühlbaren Flüssigkeit oder durch Peltier-Elemente, wird die Temperatureinstellplatte auf der gewünschten Temperatur gehalten. Auf dieser Platte ist ein Temperaturübertragungskörper verschiebbar angeordnet. Auf diesem Temperaturübertragungskörper sitzt die Mikrotitrationsplatte bzw. die Mikro-Küvettenanordnung. Der Temperaturübertragungskörper hat durchgehende Öffnungen. Beim Aufsetzen einer Mikrotitrationsplatte oder Mikro-Küvettenanordnung auf den Temperaturübertragungskörper oder beim bloßen Einsetzen einzelner Mikroküvetten in diese Öffnungen entsteht der Wärmeleitkontakt, sofern die Mikroküvetten mit einem für eine Wärmeübertragung ausreichend festen Sitz und Flächenkontakt durch gleiche geometrische Form der Öffnungen im Temperaturübertragungskörper und der äußeren Ausbildung der Mikroküvetten aufgenommen werden. Dies ist unabhängig davon, welche Stellung der Temperaturübertragungskörper als "Mittler" zwischen Temperatureinstellplatte und Mikrotitrationsplatte einnimmt, denn der Lichtstrahl des Lesegerätes kann durch Öffnungen des Temperaturübertragungskörpers hindurchtreten und wie üblich gemessen werden.The essential thing is that two heat-conducting contacts or transitions are provided, namely from the temperature setting plate to the temperature transfer body and from this to the micro-cuvettes. The temperature setting plate can be fixed. It is optionally provided with an opening for the light beam of the reader to pass through. The temperature setting plate is kept at the desired temperature by various means, e.g. by flowing a heatable and/or coolable liquid through it or by Peltier elements. A temperature transfer body is arranged on this plate so that it can be moved. The microtitration plate or the micro-cuvette arrangement sits on this temperature transfer body. The temperature transfer body has openings running through it. When a microtitration plate or micro-cuvette arrangement is placed on the temperature transfer body or when individual microcuvettes are simply inserted into these openings, the heat-conducting contact is created, provided that the microcuvettes are held in a sufficiently firm seat and surface contact for heat transfer through the same geometric shape of the openings in the temperature transfer body and the external design of the microcuvettes. This is independent of the position of the temperature transfer body as an "intermediary" between the temperature setting plate and the microtitration plate, because the light beam of the reader can pass through openings in the temperature transfer body and be measured as usual.
Als Material für die Temperatureinstellplatte und den Temperaturübertragungskörper kommt vorzugsweise gut leitfähiges Material in Frage, das zudem eine gewisse Wärmekapazität aufweist, z.B. Zinnguß, Aluminium oder gesinterte Metall/ Kunststoff-Mischungen.The material used for the temperature setting plate and the temperature transfer body should preferably be a material that is highly conductive and also has a certain heat capacity, e.g. cast tin, aluminum or sintered metal/plastic mixtures.
Es ist gewährleistet, daß der Inhalt der Mikroküvetten in jedem Falle gleichmäßig auf der gewünschten Temperatur gehalten werden kann. In der Praxis hat es sich als möglich gezeigt, die Temperaturen in den Mikroküvetten einer Mikrotitrationsplatte auf ±0,1° genau zu regeln.It is guaranteed that the contents of the microcuvettes can be kept at the desired temperature in every case. In practice, it has been shown to be possible to regulate the temperatures in the microcuvettes of a microtitration plate to an accuracy of ±0.1°.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist die Temperatureinstellplatte als hohler Körper ausgebildet, der durch eine Flüssigkeit beheizt oder gekühlt wird. Die Temperatureinstellplatte kann auch mittels Peltier-Elementen auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Das ermöglicht in einfacher Weise nicht nur eine Aufheizung, sondern auch eine Kühlung. Wichtig ist jedoch in jedem Falle ein ausreichender flächiger Kontakt für den übergang von Wärme von der Temperatureinstellplatte auf den Temperaturübertragungskörper und von dem Temperaturübertragungskörper auf die Mikrotitrationsplatte bzw. die Mikroküvetten. Dazu kann man die Wandungen der Öffnungen in dem Temperaturübertragungskörper mit einer leichten Schräglage nach oben außen von z.B. 1,5° versehen.According to an advantageous embodiment, the temperature setting plate is designed as a hollow body that is heated or cooled by a liquid. The temperature setting plate can also be brought to the desired temperature using Peltier elements. This enables not only heating but also cooling in a simple manner. However, it is important in any case to have sufficient surface contact for the transfer of heat from the temperature setting plate to the temperature transfer body and from the temperature transfer body to the microtitration plate or the microcuvettes. To this end, the walls of the openings in the temperature transfer body can be provided with a slight upward/outward incline of e.g. 1.5°.
Die Formgebung des Temperaturübertragungskörpers ermöglicht gleichzeitig ein Herausschieben der Mikrotitrationsplatte bzw. der Mikro-Küvettenanordnungen in besonders einfacher und günstiger Weise von unten.The shape of the temperature transfer body simultaneously enables the microtitration plate or the micro-cuvette arrangements to be pushed out from below in a particularly simple and cost-effective manner.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und ihrer vorteilhaften Weiterbildungen wird im folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es stellen dar:An embodiment of the invention and its advantageous developments are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. They show:
Fig. 1 Lesegerät mit Mikrotitrationsplatte 1 nach dem Stande der Technik; Fig. 1 Reader with microtitration plate 1 according to the state of the art;
Fig. 2 (a), (b), (c) verschiedene Küvettenanordnungen; Fig. 2 (a), (b), (c) different cuvette arrangements;
Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 3 shows an embodiment of the invention;
Fig. 4 die Draufsicht auf einen Temperaturübertragungskörper; Fig. 4 shows a top view of a temperature transfer body;
Fig. 5 die Seitenansicht des Temperaturübertragungskörpers nach Fig. 4; Fig. 5 is a side view of the temperature transfer body according to Fig. 4;
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie VI-VI in Fig. 4; Fig. 6 is a section along the line VI-VI in Fig. 4;
Fig. 7 einen Schnitt durch die Temperatureinstellplatte. Fig. 7 a section through the temperature setting plate.
Fig. 1 zeigt ein bekanntes Lesegerät mit einer Mikrotitrationsplatte 1. In ihr sind matrixförmig Mikroküvetten 2 vorgesehen, z.B. 8×12=96 Mikroküvetten (in dieser Hinsicht ist die Darstellung der Fig. 1 der Übersichtlichkeit halber stark vereinfacht). Die Mikrotitrationsplatte liegt auf einem Tisch 3 und wird auf diesem dadurch verschoben, daß an ihr ein Positionierungsarm 4 angreift, der seinerseits durch entsprechende Stelltriebe in Richtung der eingezeichneten Pfeile 5, 6 hin- und her- bzw. vor- und zurückverschiebbar ist. Die Stelltriebe sind im Gehäuse 7 angeordnet. Oberhalb des Tisches 3 befindet sich eine Lichtquelle 8, die einen gebündelten Lichtstrahl 9 nach unten abgibt. In Fig. 1 leuchtet er die Mikroküvette 2&min; aus. An einer bestimmten Position, nämlich genau unterhalb der Lichtquelle 9 und somit auch (in der dargestellten Position der Mikrotitrationsplatte 1) direkt unter der Mikroküvette 2&min; hat der Tisch 3 eine Öffnung 10, unter der ein Fotodetektor 11 angeordnet ist. Die Messung von Intensität des Lichtstrahls durch den Fotodetektor 11 unter kontrollierten Bedingungen ist die Meßgröße, die Rückschlüsse auf in der Mikroküvette 2&min; stattfindende Testreaktion ermöglicht. Es werden nacheinander alle Mikroküvetten in der Mikrotitrationsplatte 1 durchgemessen. Fig. 1 shows a known reading device with a microtitration plate 1. Microcuvettes 2 are provided in this in the form of a matrix, e.g. 8 x 12 = 96 microcuvettes (in this respect the illustration in Fig. 1 is greatly simplified for the sake of clarity). The microtitration plate lies on a table 3 and is moved along this by a positioning arm 4 engaging it, which in turn can be moved back and forth or forwards and backwards in the direction of the arrows 5 , 6 shown by corresponding adjusting drives. The adjusting drives are arranged in the housing 7. Above the table 3 there is a light source 8 which emits a bundled light beam 9 downwards. In Fig. 1 it illuminates the microcuvette 2 '. At a certain position, namely exactly below the light source 9 and thus also (in the position of the microtitration plate 1 shown) directly below the microcuvette 2 ' the table 3 has an opening 10 under which a photodetector 11 is arranged. The measurement of the intensity of the light beam by the photodetector 11 under controlled conditions is the measurement variable that allows conclusions to be drawn about the test reaction taking place in the microcuvette 2 '. All microcuvettes in the microtitration plate 1 are measured one after the other.
Fig. 2 zeigt weitere bekannte Mikroküvetten-Anordnungen, nämlich bei (a) einen Doppelstreifen 12 mit zwei 2×3=6 Mikroküvetten, bei (c) eine einzelne Mikroküvette 14, bei (b) einen Einfachstreifen 13 mit 6 Mikroküvetten. Fig. 2 shows further known microcuvette arrangements, namely (a) a double strip 12 with two 2×3=6 microcuvettes, (c) a single microcuvette 14 , (b) a single strip 13 with 6 microcuvettes.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 behandelt eine photometrische Meßanordnung. Auf dem Tisch 3 liegt eine Temperatureinstellplatte 20, die innen hohl ausgebildet und mit einer Flüssigkeitszuleitung 21 und einer Flüssigkeitsableitung 22 versehen ist. Die Flüssigkeit wird geheizt und durchströmt das Innere der Temperatureinstellplatte 20, die somit gleichmäßig eine ganz bestimmte Temperatur annimmt. Zur Regelung sind bekannte Einrichtungen vorgesehen, d.h. beispielsweise Temperaturfühler an der Temperatureinstellplatte 20, die direkt oder indirekt auf Einrichtungen einwirken, mit denen die Flüssigkeit geheizt oder gekühlt wird. Die Temperatureinstellplatte 20 hat eine Öffnung 26, durch die der Lichtstrahl 9 des Lesegerätes geht. Die Temperatureinstellplatte 20 kann auf dem Tisch 3 fest sein.The embodiment according to Fig. 3 deals with a photometric measuring arrangement. On the table 3 lies a temperature setting plate 20 which is hollow on the inside and is provided with a liquid supply line 21 and a liquid discharge line 22. The liquid is heated and flows through the interior of the temperature setting plate 20 , which thus evenly assumes a very specific temperature. Known devices are provided for control, ie for example temperature sensors on the temperature setting plate 20 which act directly or indirectly on devices with which the liquid is heated or cooled. The temperature setting plate 20 has an opening 26 through which the light beam 9 of the reading device passes. The temperature setting plate 20 can be fixed on the table 3 .
Auf der Temperatureinstellplatte 20 ist verschiebbar ein Temperaturübertragungskörper 23 angeordnet. Er liegt "Fläche an Fläche" auf der Fläche 30 der Temperatureinstellplatte 20, so daß an jeder Stelle ein guter Wärmeübergang gewährleistet ist. Als Folge davon nimmt auch der Temperaturübertragungskörper 23 gleichmäßig die gewünschte Temperatur der Temperatureinstellplatte 20 an.A temperature transfer body 23 is arranged on the temperature setting plate 20 in a movable manner. It lies "surface to surface" on the surface 30 of the temperature setting plate 20 , so that good heat transfer is guaranteed at every point. As a result, the temperature transfer body 23 also uniformly assumes the desired temperature of the temperature setting plate 20 .
Der Temperaturübertragungskörper ist mit mehreren durchgehenden Öffnungen 24 versehen (vgl. auch Fig. 6). Der Innendurchmesser der Öffnungen 24 ist derart dem Außendurchmesser der Mikroküvetten 2 bzw. 2&min; angepaßt, daß die Mikrotitrationsplatte 1 von oben so auf den Temperasturübertragungskörper 23 aufgesetzt werden kann, daß die Mikroküvetten 2 bzw. 2&min; sich in die Öffnungen 24 hineinerstrecken, formschlüssig an diese angepaßt sind und ein guter flächiger Wärmeleitkontakt gewährleistet ist; Der Temperaturübertragungskörper 23 ist ferner an den Ecken jeweils mit Stapelleisten 25 versehen; Die Öffnungen 24 sind zum besseren Einsetzen der Mikroküvetten mit einer Fase von 1,5° versehen (Fig. 6). Das ergibt eine entsprechende Schrägneigung der Wände der Öffnungen 24 nach oben und außen zum bündigen Anliegen der Mikroküvetten an dem Temperaturübertragungskörper bzw. den Wandungen der Öffnungen zur Verbesserung der Wärmeleitung und zur Erleichterung des Herausschiebens der Mikroküvetten von unten.The temperature transfer body is provided with several through-openings 24 (see also Fig. 6). The inner diameter of the openings 24 is adapted to the outer diameter of the microcuvettes 2 or 2 ' in such a way that the microtitration plate 1 can be placed on the temperature transfer body 23 from above in such a way that the microcuvettes 2 or 2 ' extend into the openings 24 , are fitted to them in a form-fitting manner and a good surface heat-conducting contact is ensured. The temperature transfer body 23 is also provided with stacking strips 25 at each of the corners. The openings 24 are provided with a bevel of 1.5° to facilitate the insertion of the microcuvettes ( Fig. 6). This results in a corresponding inclination of the walls of the openings 24 upwards and outwards to ensure that the microcuvettes lie flush against the temperature transfer body or the walls of the openings to improve heat conduction and to facilitate the pushing out of the microcuvettes from below.
Die Temperatureinstellplatte 20 stellt praktisch eine Grundeinheit dar, die geregelt auf eine bestimmte Temperatur geheizt oder gekühlt wird und die auf dem Tisch 3 eine einzige definierte Stellung einnimmt. Im Ausführungsbeispiel mit photometrischem Lesegerät erfolgt dies derart, daß eine Öffnung 26 in der Temperastureinstellplatte 20 das Hindurchtreten des Lichtstrahls 9 durch die Öffnung 10 im Tisch 3 gestattet. Der Wärmeübergang erfolgt nicht direkt von der Temperatureinstellplatte 20 auf die Mikroküvetten 2 bzw. 2&min; der Mikrotitrationsplatte 1, sondern indirekt bzw. mittelbar, nämlich über den Temperaturübertragungskörper 23, der mit der auf ihn aufgesteckten Mikrotitrationsplatte 1 verschoben werden kann, da in jeder Position, in der der Lichtstrahl 9 durch eine Mikroküvette 2 hindurchtritt, er an dieser Stelle auch durch die Öffnung 24 in den Temperaturübertragungskörper hindurchtreten kann. In jeder Position des Temperaturübertragungskörpers 23 auf der Temperatureinstellplatte ist ein gleicher und gleich guter Wärmekontakt und damit die gleiche Wärmeübertragung von der Temperatureinstellplatte 20 auf den Temperaturübertragungskörper 23 und von dort auf die Mikroküvetten 2 bzw; 2&min; gewährleistet;The temperature setting plate 20 practically represents a basic unit which is heated or cooled to a certain temperature in a controlled manner and which occupies a single defined position on the table 3. In the embodiment with a photometric reader, this takes place in such a way that an opening 26 in the temperature setting plate 20 allows the light beam 9 to pass through the opening 10 in the table 3. The heat transfer does not take place directly from the temperature setting plate 20 to the microcuvettes 2 or 2 ' of the microtitration plate 1 , but indirectly, namely via the temperature transfer body 23 , which can be moved with the microtitration plate 1 placed on it, since in every position in which the light beam 9 passes through a microcuvette 2 , it can also pass through the opening 24 into the temperature transfer body at this point. In every position of the temperature transfer body 23 on the temperature setting plate, an equal and equally good thermal contact and thus the same heat transfer from the temperature setting plate 20 to the temperature transfer body 23 and from there to the microcuvettes 2 or 2 ' is ensured;
In den Temperaturübertragungskörper 23 können auch Küvettenanordnungen gemäß Fig. 2 (a), (b) und/oder (c) eingesetzt werden;Cuvette arrangements according to Fig. 2 (a), (b) and/or (c) can also be inserted into the temperature transfer body 23 ;
Fig. 7 zeigt einen Schnitt durch die Temperatureinstellplatte 20 mit Flüssigkeitszuleitung 21 und Flüssigkeitsableitung 22; In der Mitte des Hohlraumes in der Temperatureinstellplatte 20 ist ein Steg 27 vorgesehen, der dafür sorgt, daß die Flüssigkeit nicht von der Flüssigkeitszuleitung 21 direkt auf dem kürzesten Weg zur Flüssigkeitsableitung fließt, so daß sich unter Umständen entlang der Fläche 30 der Temperatureinstellplatte 20 unterschiedliche Temperaturen ergeben können. Der Steg 27 erzwingt eine gewisse Umleitung der Flüssigkeitsströmung im Hohlraum der Temperatureinstellplatte 20 und sichert so die Gleichmäßigkeit der Erwärmung der Fläche 30, auf der der Temperaturübertragungskörper 20 verschiebbar sitzt. Die Öffnung 26 geht durch den Steg 27 hindurch. Fig. 7 shows a section through the temperature setting plate 20 with liquid supply line 21 and liquid discharge line 22 ; In the middle of the cavity in the temperature setting plate 20, a web 27 is provided which ensures that the liquid does not flow from the liquid supply line 21 directly to the liquid discharge line via the shortest route, so that different temperatures can arise along the surface 30 of the temperature setting plate 20. The web 27 forces a certain diversion of the liquid flow in the cavity of the temperature setting plate 20 and thus ensures the uniform heating of the surface 30 on which the temperature transfer body 20 is slidably seated. The opening 26 passes through the web 27 .
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