德国专利DE102004021665A1 Schüttelgerät für Probengefäße

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专利摘要:
DieErfindung betrifft ein Verfahren zum Schütteln von Probengefäßen, insbesondereMikrotiterplatten, und ein Schüttelgerät, mit einerdie Probengefäße haltendenSchwingplatte und einem Erregerantrieb zur Erzeugung der Schwingbewegungender Schwingplatte. Die Schwingplatte wird in Resonanzschwingungenversetzt, wobei die Schwingplatte vorzugsweise durch wenigstensvier aus mehreren Einzelfedern bestehende Federelemente schwingfestmit einer Gerätebasisverbunden und in einer Schwingebene gehalten ist.
公开号:DE102004021665A1
申请号:DE200410021665
申请日:2004-05-03
公开日:2005-12-15
发明作者:Helmut Dr. Herz；Klaus Dr. Kaufmann
申请人:H & P Labortechnik AG；H+P LABORTECHNIK AG；
IPC主号:B01L99-00

专利说明:
[0001] DieErfindung betrifft ein Schüttelgerät für Probengefäße sieheOberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Schütteln vonProbengefäßen sieheOberbegriff des Anspruchs 18.
[0002] DerartigeSchüttelgeräte werdenunter anderem zum Mischen von chemischen, biologischen oder pharmazeutischenProben in Laboren verwendet. Dazu werden die Mischungskomponentenin Probengefäße z.B.Mikrotiterplatten gefülltund auf einer, auch als Probengefäßträgertisch bezeichneten, Schwingplattedes Schüttelgerätes angeordnet. Diesewird dann zum Vermischen der Mischungskomponenten in Schwingungenversetzt, so dass sich die Mischungskomponenten der Proben in gewünschterWeise vermengen können.
[0003] Inmodernen Laboren ist es heute üblich,als Probengefäßen standardisierteMikrotiterplatten zu verwenden, die in einer einzigen Platte eineVielzahl von Probengefäßen aufweisen.Durch Verwendung dieser Mikrotiterplatten können so in einem Schüttelvorgangeine ganze Reihe von unterschiedlichen Proben oder sogenannten Bibliothekengleichzeitig geschütteltwerden. Dies verbessert zum einen die Arbeitseffizienz der Laboreund vergrößert zumanderen in wünschenswerterWeise die Zahl der Proben, die überhauptparallel bzw. gleichzeitig untersucht werden können. Daher werden Schüttelgeräte für Mikrotiterplattenin modernen Laboren insbesondere für sogenannte High-throughputScreening (HTS) Verfahren benötigt,bei denen die Proben automatisiert z.B. durch Roboter bearbeitetwerden können.
[0004] Einin hervorragender Weise dafürgeeignetes Schüttelgerät für übliche Mikrotiterplattenist das in der DE20018633 U1 offenbarte Schüttelgerät mit Magnetantrieb und automatischerSchwingplattenzentrierung. Mit diesem Gerät gelingt es in sehr kurzerZeit durch kreisförmige Schwingbewegungender Schwingplatte in einer horizontalen Ebene, die Proben in denProbengefäßen kräftig undgut durchzuschütteln,danach wieder schnell anzuhalten und in einer definierten Grundstellungrobotergerecht zu zentrieren.
[0005] Umden Durchsatz und die Größe der gleichzeitiganalysierbaren Bibliotheken weiter zu vergrößern, ist in der jüngsten Zeitein Bedarf an Schüttelgeräten für Mikrotiterplattenmit gegenüberden bisher üblichenGrößen nochmalsverkleinerten Probengefäßen starkangewachsen.
[0006] DerErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schüttelgerät für Probengefäße und ein Verfahrenzum Schüttelnvon Probengefäßen der eingangsgenannten Art zu schaffen, bei denen möglichst kleine Probengefäße bzw.Mikrotiterplatten mit einer großenAnzahl möglichstkleiner Probengefäßen verwendetwerden können.
[0007] DieseAufgabe wird mit dem Schüttelgerät für Probengefäße gemäß Anspruch1 und mit dem Verfahren gemäß Anspruch18 dadurch gelöst,dass die Schwingplatte in Resonanzschwingungen versetzt wird. Weiterebevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
[0008] DieErfindung bezieht sich also auf ein grundsätzlich bekanntes Schüttelgerät für Probengefäße, insbesondereMikrotiterplatten, mit einer die Probengefäße haltenden Schwingplatteund einem Erregerantrieb zur Erzeugung der Schwingbewegungen derSchwingplatte. Üblicherweisewerden bei Schüttelgeräten elektrischeAntriebe dazu benutzt, die Schwingplatte in Schwingungen zu versetzen, wobeiaber grundsätzlichauch andere Antriebsformen verwendet werden können. Die bekannten Antriebeumfassen Unwuchterreger, piezo-elektrische Schwingungserreger, hydraulischeAntriebe oder Magnetantriebe, wobei einzelne oder mehrere Antriebeauf der Gerätebasisangeordnet sind und in der Regel über ein geeignetes Kupplungsmittelmit der Schwingplatte so verbunden sind, dass sie diese in Schwingungenversetzen können.Um eine sichere und positionsstabile Lagerung der Mikrotiterplatten während desSchüttelvorgangeszu erreichen, sind auf den Schwingplatten der Schüttelgeräte im AllgemeinenHaltevorrichtungen wie z.B. bewegliche Positionierstücke oderVertiefungen bzw. Ausnehmungen an den Schwingplatten vorgesehen,die die Mikrotiterplatten währenddes Schüttelvorgangesauf der Schwingplatte in Position halten.
[0009] DieErfindung hat den Vorteil, dass sich durch die Resonanzschwingungender Schwingplatte sehr großebis zum 40-fachen der Erdbeschleunigung reichende Beschleunigungskräfte erzielenlassen, die auf das in den Probengefäßen befindliche Probenmaterialwirken. Diese hohen Beschleunigungskräfte erzeugen innerhalb kürzesterZeit hohe Drehgeschwindigkeiten im Pro benmaterial, so dass sichdarin sehr schnell Wirbel bilden, die eine hervorragende Durchmischungdes Probenmaterials erzeugen. Dieser gute Wirkungsgrad der Durchmischung ermöglicht es,sehr kleine Probengefäße zu verwenden.Da die Bildung von Wirbeln innerhalb der Probengefäße von derRotationsgeschwindigkeit und der Größe der Probengefäße abhängt, erfordernkleine Gefäßgrößen bzw.kleine Durchmesser größere Rotationsgeschwindigkeitenals großeProbengefäße.
[0010] Durchdas Erregen der Schwingplatte zu Resonanzschwingungen wird es möglich, Mikrotiterplattenmit 1536 oder mehr Probengefäßen, auchals Wells bezeichnet, innerhalb von Sekunden hervorragend zu durchmischen.Dabei sind Probengefäße mit eckigerGrundflächegrundsätzlichvorteilhafter als runde Probengefäße, da sich die Probenflüssigkeitin den Eckbereichen stärkerverfängt,daher leichter in Drehungen versetzt wird und sich so schnellerWirbel bilden können.
[0011] Ineiner bevorzugten Weiterbildung des Schüttelgerätes bilden die Schwingplatteund mindestens ein damit verbundenes Federelement ein Resonanz-Schwingsystem.Dabei beeinflusst die Federsteifigkeit des Federelementes im Wesentlichen dieSystemfedersteifigkeit und gibt damit einen Bereich für die Eigenfrequenzdes Systems vor. Die sich dann tatsächlich einstellende Systemeigenfrequenz hängt dannjedoch von den üblichenSchwingungsparametern von Schwingsysteme wie der bewegten Masse,der Frequenz, der Amplitude und anderen die Resonanzschwingung beeinflussendenParametern ab. Außerdemwird die Schwingplatte ausschließlich vom Federelement getragenund gestützt.Die Auslenkung des Federelements an ihrem freien Ende bestimmt fernerden Hub der Schwingplatte in allen Richtungen. Somit hat die Erfindungden Vorteil, dass nur wenige Bauteile erforderlich sind.
[0012] Diein automatisierten Laboren eingesetzten Schüttelgeräte müssen so stillgesetzt werdenkönnen,dass die Probengefäße zuverlässig ineine Stellung gelangen, die einen definierten Zugriff eines Roboters,z.B. eine Bestückungund Entnahme mittels Robotergreifern ermöglichen. In einer vorteilhaften Weiterbildungnimmt daher das Federelement zum Einstellen einer Grundstellungder Schwingplatte im Ruhezustand eine definierte Stellung ein. Dabeikann also z.B. auch das zur Schaffung des Resonanz-Schwingsystemsangeordnete Federelement auch zur Justierung der Schwingplatte imRuhezustand benutzt werden. In diesem Fall entfallen also zusätzlichegrundsätzlichdurch Schwingungen zerstörbareBauteile, wie z.B. Rückstellstifte,die sonst fürdie Ausrichtung der Schwingplatte in einer vorgegebene Grundstellungbenötigtwurden. Auch kann durch Anordnung eines sich selbst zurückstellenden Federelementesein im Stand der Technik üblicher aufwendigerRegelungsmechanismus am Antrieb entfallen, da die Schwingplattedurch das in seine Ausgangsstellung von alleine zurückschwingende Federelementjustiert wird.
[0013] Für die Vergleichbarkeitder unterschiedlichen Syntheseprodukte in den Probengefäßen istes zwingend erforderlich, dass überdie Oberflächeauf der Schüttelplattedurch geeignete Feststellmechanismen befestigte Probengefäße und diedarin befindlichen Proben identische Schüttelbewegungen in einer Horizontalebeneausführen.Daher kommt der Abstützungder Schüttelplatte,die auch als Probengefäß-Trägertischbezeichnet wird, gegenüberder GerätebasisgroßeBedeutung zu. Diese muss sicherstellen, dass die Schüttelplattenur translatorische Bewegungen ausführt.
[0014] Daherwird die Schwingplatte bevorzugt durch wenigstens vier Elementeschwingfest mit einer Gerätebasisverbunden und in einer Schwingebene gehalten. Hierbei übernehmendie vier Federelemente, die bei einer rechteckigen Schwingplatte vorzugsweisein deren vier äußerstenEcken angeordnet sind, die Kopplung der Schwingplatte an eine üblicherweisemöglichstschwer ausgeführteGerätebasis.So werden die bei der Schwingung der Schwingplatte erzeugten Kräfte über dieFederelemente in die Gerätebasiseingeleitet und von dieser aufgenommen. Gleichzeitig erfolgt über dievier Federelemente die Lagerung der Schwingplatte derart, dass sichdiese nur in einer dadurch definierten Schwingebene, also in zweivorgegebenen Dimensionen, bewegen kann. Bei einer üblicherweisehorizontalen Anordnung der Schwingplatte werden daher nur Bewegungen,die in der Horizontalen liegen ermöglicht.
[0015] JedesFederelement weist erfindungsgemäß wenigstenseine Einzelfeder auf. Es kann sich dabei um alle gängigen Formenvon Federn handeln, wobei auch Drehmomentfedern verwendet werdenkönnen. Eskommen grundsätzlichalle handelsüblichenAusführungsformenvon Federn, wie zum Beispiel Stabfedern oder Spiralfedern, aus allengeeigneten Materialien, wie zum Beispiel Federstahl oder dauerelastischemKunststoff in Frage.
[0016] Weiterbildendweist jedes Federelement wenigstens ein aus mehreren Einzelfedernbestehendes Federpaket auf, wobei es sich bei den Einzelfedern bevorzugtum Stabfedern handelt. Einzelne Stabfedern müssten aufgrund der hohen Belastung durchdie Resonanzschwingungen relativ massiv sein. Dies erfordert aberaus schwingungstechnischen Gründenwiederum eine größere Länge der Einzelfederbzw. Stabfeder, wodurch sich in unerwünschter Weise die Bauhöhe des Schüttelgerätes vergrößert. Durchdie Bündelungmehrerer relativ dünnerEinzelfedern bzw. Stabfedern kann man insgesamt kürzere Federnverwenden, dadurch die Gerätehöhe verkleinernund gleichzeitig eine gute Dauerfestigkeit der Federelemente erreichen.Außerdem wirddurch die parallele Anordnung der Stabfedern innerhalb des Federpaketesohne zusätzlicheHilfsmittel gewährleistet,dass sich die Schwingplatte nur in der Schwingebene bewegt.
[0017] Bevorzugtweist jedes Federelement an seiner der Schwingplatte zugewandtenSeite einen plattenseitigen Sockel und an seiner der Gerätebasiszugewandten Seite einen basisseitigen Sockel auf, zwischen denendie jeweils wenigstens eine Einzelfeder gehalten ist. Diese Sockel übernehmendabei zwei Funktionen. Zum Einen dienen sie der effektiven Krafteinleitungvon der Basis bzw. der Schwingplatte in die Feder, zum Anderen übernehmensie bei Anordnung mehrerer Einzelfedern sprich der Bildung von Federpaketeneine Bündelungsfunktion.So könnensich die einzelnen in den Sockeln an ihren Enden gehaltenen Einzelfedernnicht gegenüberden anderen Federenden verschieben und es ergeben sich gleichmäßige bzw.homogene Schwingungseigenschaften der Federpaketen. Es wird mitanderen Worten eine gleichmäßige Verformungdes Gesamtpaketes entsprechend einer Einzelfeder ermöglicht. Zudemwird so auch die Handhabung der Federelemente insgesamt verbessert,was bei der Herstellung und Wartung des Schüttelgerätes große Vorteile hat.
[0018] Esist dabei von Vorteil, wenn sowohl der plattenseitige Sockel mitder Schwingplatte als auch der basisseitige Sockel mit der Gerätebasisjeweils biegesteif verbunden sind. Dies ergibt im Zusammenspielmit den selbst biegesteif ausgeführtenSockeln ein besonders stabiles Schwingverhalten der Schwingplattegegenüberder Gerätebasis.
[0019] Weiterhinist es zu bevorzugen, dass die plattenseitigen Sockel der Federelementeeinstückig mitder Schwingplatte verbunden sind. Mit einstückig wird dabei eine aus einemTeil bestehende Konstruktion von plattenseitigem Sockel und Schwingplatte bezeichnet,die z.B. in einem einzigen Herstellungsschritt wie einem Gussverfahrenhergestellt ist. Dies ergibt eine besonders steife Verbindung derbeiden Teile, die sich gut und schnell herstellen lässt.
[0020] Ineiner weiteren Weiterbildung weisen sowohl der plattenseitige Sockelals auch der basisseitige Sockel jeweils wenigstens eine Ausnehmungmit einem aufgeweiteten Rand zur biegesteifen Halterung wenigstenseiner Einzelfeder auf. Die Ausnehmung dient dabei der Einspannungder Einzelfeder in den Sockel, wobei die Einzelfedern zusätzlich inden Ausnehmungen verpresst, verklebt oder verschweisst sein können. Deraufgeweitete Rand der Ausnehmung sichert eine gute Verformbarkeitder Federstäbeim Bereich der Einspannung. Dadurch verändern sich die effektiven Federlängen undsomit die Federeigenschaften der Einzelfedern nicht.
[0021] Zudemist es vorteilhaft, wenn zur Hubbegrenzung wenigstens ein Anschlagin definiertem Abstand zu einem plattenseitigen Sockel wenigstenseines Federelementes angeordnet ist. Es wird also ein die maximaleseitliche Auslenkung, sprich Hub, der Schwingplatte nicht an derPlatte selbst, sondern an einem Federelement begrenzt. Dies hatgegenüber demStand der Technik den Vorteil, dass zusätzliche gegebenenfalls auchstörungsanfällige Bauteilezwischen der Gerätebasisund der Schwingplatte zur Hubbegrenzung entfallen, da die Sockelder Federelemente stabil genug sind, um diese zusätzlicheAufgabe ohne weiteres übernehmenkönnen.
[0022] Weiterbildendist es dabei besonders vorteilhaft, wenn der Anschlag eine den plattenseitigenSockel umgebende Ausnehmung in der Gerätebasis ist. So können Teileder Gerätebasisdie sowie so schon vorhanden sind zur Hubbegrenzung verwendet werden.Dies verringert die Zahl der im Gerät verbauten Teile. Diese Ausnehmungin der Gerätebasisist zweckmäßig kreisförmig ausgeführt, umeine in jeder Richtung gleich maximale Hubbegrenzung zu schaffen,wobei der plattenseitige Sockel zumindest im Bereich der Ausnehmungebenfalls eine kreiszylinderförmigeAußenformhaben sollte. Dann ergibt sich bei zentrierter Anordnung des Federelementsockelsin der Ausnehmung durch die Differenz der beiden Durchmesser derin jeder Schwingungsichtung gleiche maximale Hub.
[0023] Auchist es gut, wenn zur Geräuschdämpfung einDämpfungselementzwischen dem Anschlag und dem der Hubbegrenzung dienenden plattenseitigenSockel angeordnet ist. Dies reduziert die durch das Anschlagen desSockels am Anschlag entstehenden Schlaggeräusche und verringert auch die mechanischenEinwirkungen auf den Sockel durch die Schläge. Somit wird also sowohldas Arbeitsgeräuschgesenkt, als auch die Haltbarkeit und Festigkeit des Sockels verbessert.
[0024] Besondersbevorzugt wird eine Ausführung desSchüttelgerätes, dieeine mit dem Erregerantrieb verbundene Regelungsvorrichtung zurRegelung des Schwingungsverhaltens der Schwingplatte aufweist. DieseRegelungsvorrichtung überwachtdas Schwingungsverhalten des Gerätesund regelt automatisch den Antrieb so, dass die Resonanzschwingungenzunächsterzeugt werden und dann gerade füreine vorbestimmte Zeit gleichmäßig erhaltenwerden. Die Regelungsvorrichtung ermittelt dabei in Abhängigkeit derBeladung der Probenbehälterdurch geeignete Messungen z.B. der Auslenkung das Schwingverhaltender Schwingplatte und steuert den Antrieb so an, dass sich die gewünschtenSchwingungen einstellen. Dies führtzu einem insgesamt sehr stabilen Schwingverhalten der Schwingplatteund spart auch Energie, da die Regelungsvorrichtung während der Resonanzschwingungkaum noch Antriebsleistung vom Antrieb anfordert. Zudem kann z.B. über einein der Regelungsvorrichtung implementierte Anfahrautomatik ein Über schwappendes Probenmaterials beim Beginn der Schwingungsbewegung durch sanftesIn-Bewegung-Setzender Schwingplatte verhindert werden.
[0025] Vonbesonderem Vorteil ist es, wenn der Erregerantrieb ein Magnetantriebist und zur Regelung des Schwingungsverhaltens eine Strommessung durchgeführt wird.Bei dieser besonders gut und fein regelbaren Antriebsform sind z.B.vier Elektromagnete kreuzförmigangeordnet und treiben einen in der Kreuzmitte beweglich gelagertenAnker kreisförmig an.Hierbei kann dann durch Einstellung der Magnetstärke auf einfache Weise während desBetriebs sowohl die Amplitude als auch die Frequenz verändert werden.Dabei erfolgt die Ermittlung des tatsächlichen Schwingungsverhaltensder Schwingplatte z.B. durch Messung des Antriebsstroms. Insbesondere kannso auf eine aufwendige Anordnung zusätzlicher oftmals schwingungsempfindlicherMessmittel am Schüttelgerät verzichtetwerden.
[0026] Weiterbildendist an der Gerätebasiseine Dämpfungsvorrichtungangeordnet, die z.B. der Schallreduzierung dient. Diese Dämpfungsvorrichtungkann dabei eine Schaumstoffmatte oder ähnliches sein.
[0027] Verfahrensgemäß wird dieAufgabe dadurch gelöst,dass, zum Schüttelnvon auf einer Schwingplatte angeordneten Probengefäßen, insbesondere Mikrotiterplatten,die Schwingplatte in Resonanzschwingungen versetzt und für eine vorgegebene Zeitin Resonanzschwingungen gehalten wird. Durch die Erzeugung von Resonanzschwingungenwerden die Probengefäße sehrstark beschleunigt. Dies führt zubesonders starken Turbulenzen in den Proben, wobei dieser Effekthier dazu verwendet wird, die Probengefäße bei gleicher Durchmischungsqualität und Durchmischungszeitkleiner auszuführen.
[0028] Bevorzugtwird die Schwingplatte dazu in einer horizontalen Schwingebene gehalten.Dies ist insbesondere bei nicht verschlossenen Probenbehältnissenzweckmäßig, kannsich aber auch bei der Durchmischung bestimmter Probenmaterialienals vorteilhaft erweisen und ergibt zudem eine einfacher zu kontrollierende,weil nur in einer Ebene erfolgende, Resonanzschwingung der Schwingplatte.
[0029] Vorzugsweisewird die Resonanzschwingung der Schwingplatte dadurch eingestellt,dass zunächstdie Schwingungsfrequenz der Schwingplatte bei konstanter Amplitudebis zum Erreichen der Resonanzfrequenz variiert wird und danachdie Amplitude in Abhängigkeitder zu vermischenden Füllungder Probengefäße auf einenvorgegebenen Amplitudenwert eingestellt wird. Dabei kann z.B. über eineGewichtsmessung die Probenmasse vor Beginn der Durchmischung ermitteltwerden und in Abhängigkeit davonbereits vordefiniert Schwingungsparameter am Erregerantrieb eingestelltwerden.
[0030] Zudemwird bevorzugt mit einer Strommessung am Erregerantrieb die Resonanzschwingung ermitelt.Die Resonanzschwingung kann dann elektronisch sehr schnell und genauz.B. durch Messung eines Stromminimums beim Erreichen erfasst werden.
[0031] Auchwird vorteilhafter Weise das Schwingungsverhalten der Schwingplattedurch eine Regelungsvorrichtung geregelt, die automatisch die Resonanzfrequenzund die Schwingungsamplitude an die Beladung der Schwingplatte anpasst.Dies reduziert den Aufwand manuell vorzunehmender Einstellungenund führtzu einer wesentlich schnelleren und einheitlicheren Schwingungserzeugung.
[0032] Esist dabei besonders zweckmäßig, wenn wenigstensein mit der Schwingplatte verbundenes Federelement ein Resonanz-Schwingsystembildet, wobei das Federelement zum Einstellen einer Grundstellungder Schwingplatte im Ruhezustand stets eine definierte Stellungeinnimmt. So kann bereits überdie Federsteifigkeit des Federelementes ein grundsätzlichesSchwingungsverhalten des Schwingsystems vorbestimmt und gegebenenfalls schnellund einfach durch Tausch gegen ein Federelemente mit einer anderenSteifigkeit verändertwerden. Dies kann z.B. beim Schüttelnmit einer großen Bandbreiteder zu schüttelndenProbenmengen zweckmäßig sein.Auch ergibt sich durch das Federelement eine automatische Rückführung der Schwingplattein eine fürdie automatisierte Beladung der Probengefäße notwendige Grundstellung.So führtdas eigentlich zur Erreichung bestimmter Schwingungseigenschaftenverwendete Federelement dazu, dass auf zusätzliche Bauteile zur Grundstellungseinstellungverzichtet werden kann.
[0033] DieErfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestelltenAusführungsbeispielsweiter erläutert.Darin zeigen schematisch:
[0034] 1 eineräumlicheAnsicht eines Schüttelgerätes für Probengefäße;
[0035] 2 einenQuerschnitt durch das Schüttelgerät entlangeiner Schnittlinie II – II;
[0036] 3 eineräumlicheAnsicht unter eine mit vier Federelementen bestückte Schwingplatte; und
[0037] 4 einenSchnitt durch ein Federelement.
[0038] 1 zeigteine dreidimensionale Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels eines Schüttelgeräts 1 für Probengefäße in Formeiner Mikrotiterplatte. Das Gerät 1 weisteine übereiner Gerätebasis 9 angeordneteSchwingplatte 3 auf. Auf der Schwingplatte 3 sindzur Halterung einer hier einer nicht dargestellten rechteckigenMikrotiterplatte acht Positionierstücke 27 vorgesehen,von denen jeweils zwei zueinander rechtwinklig angeordnet sind,um die Mikrotiterplatte an ihren vier Ecken zu halten.
[0039] Andem Schüttelgerät 1 ist,dass wie in 2 und 3 zu sehenist, unterhalb der Schwingplatte 3 vier Federelemente 5, 6, 7, 8 schwingungsfestso angebracht sind, dass sie zusammen mit der Schwingplatte 3 einResonanz-Schwingsystem bilden. In diesem Masse-Feder-System ist die Schwingplattedaher überdie Federelemente 5, 6, 7, 8 andie vergleichsweise schwer ausgeführte Gerätebasis 9 elastischangebunden. Um ein Verrutschen des Schüttelgerätes 1 auf dem Untergrundzu verhindern, sind dabei unterhalb der Gerätebasis 9 rutschfesteGummifüße 30 angeordnet.Denkbar sind aber auch Lösungen,bei denen die Geräteplatteam Untergrund zum Beispiel mit Schrauben oder Klebstoff befestigtist.
[0040] Dievier Federelemente halten die Schwingplatte 3 in einerhorizontalen Schwingebene, so dass sich die Schwingplatte 3 nurinnerhalb der Ebene bewegen kann. Dieser Effekt ergibt sich daraus,dass die Federelemente 5, 6, 7 und 8 jeweilsein Federpaket aus fünfparallel zueinander angeordneten, aus Federstahl bestehenden Stabfedern 10, 11, 12, 13 und 14 aufweisen,die sich in ihrer Längsrichtung nichtnennenswert verformen. Die zylindrisch runden Stabfedern weisenin ihren Schwingrichtungen gleiche Federkonstanten, Federsteifigkeitenund insgesamt geringe Dämpfungseigenschaftenauf.
[0041] Wieaus der 3 ersichtlich ist, sind dievier Federelemente 5, 6, 7, 8 mitder Schwingplatte 3 jeweils über plattenseitige Sockel 15 verbunden.An ihrem anderen Ende weisen die vier Federelemente 5, 6, 7, 8 jeweilsbasisseitige Sockel 16 auf, mit denen die Federelemente 5, 6, 7, 8 ander Gerätebasis 9 befestigtwerden. Bei den hier gezeigten Sockeln 15 bzw. 16 handeltes sich um biegesteife massiv ausgeführte Metallkörper indenen die einzelnen Stabfedern 10, 11, 12, 13 und 14 biegesteifgehalten werden.
[0042] Sowohldie plattenseitigen Sockel 15 als auch die basisseitigenSockel 16 sind jeweils kreiszylindrisch ausgeführt, wobeidie plattenseitigen Sockel 15 einen kleineren Außendurchmesserals die basisseitigen Sockel 14 haben. Die Federelemente 5, 6, 7, 8 sindin ebenfalls kreiszylindrische Ausnehmungen 20 eingesetzt,die in der Gehäusewand 31 derGerätebasis 9 gebildetsind.
[0043] Zurbiegesteifen Befestigung der Federelemente 5, 6, 7, 8 ander Gerätebasis 9 weisendie Ausnehmungen 20 genau die Breite des basisseitigen Sockels 16 auf,so dass sich dieser nicht gegenüber derGerätebasis 9 verdrehenkann. Die basisseitigen Sockel 16 weisen an ihren Unterseitenjeweils vier Schraubenlöcher 33 auf. Über diesewerden die basisseitigen Sockel 16 mit jeweils vier nichtnäher gezeigtenSchrauben an die Gerätebasis 9 angeschraubt.
[0044] Demgegenüber ermöglichendie schmaler ausgeführtenund mit der Schwingplatte 3 einstückig verbundenen, weil angegossenen,plattenseitigen Sockel 15, dass die Schwinglatte 3 über eineKupplungsstange 34 von einem Erregerantrieb 4 inhorizontaler Richtung hin und her bewegt werden kann. Der maximaleHub der Schwingplatte 3 ergibt sich aus dem Abstand zwischendem Durchmesser durch die der Ausnehmungen 20 und den plattenseitigen Sockeln 15.Somit dienen die Federelemente 5, 6, 7, 8 derHubbegrenzung der Schwingplatte 3. Zur Dämpfung desdurch das Anschlagen der plattenseitigen Sockel 15 an denAnschlägen 21 sindringförmigeDämpfungselemente 23,z.B. aus Gummi, in den Anschlägen 21 eingelassen,wobei es auch möglich ist,die Dämpfungselemente 23 anden Sockeln 15 zu befestigen.
[0045] DieSockel 15 und 16 der Federelemente 5, 6, 7, 8 verbindenzum einen die einzelnen Federstäbe 10, 11, 12, 13, 14 somiteinander, so dass sich diese wie eine einzige Feder gemeinsamverformen. Zum anderen dienen die Sockel 15, 16 derwirksamen Übertragungder Schwingungskräftewie etwa der Fliehkräfte,von der Schwingplatte 3 in die Federelemente 5, 6, 7, 8 undvon den Federelementen 5, 6, 7, 8 indie Gerätebasis 9.Dazu sind, wie in der 3 dargestellt, die Federstäbe 10, 11, 12, 13 und 14 über diegesamte Höhezumindest der basisseitigen Sockel 16 in Ausnehmungen 18 jeweilsdurch die Sockel 15 und 16 gesteckt und in Ausnehmungen 17, 18mit den Sockeln 15, 16 fest verpresst. In demin 4 gezeigten Ausführungsbeispiels eines Federelementes 5 durchdringendie Ausnehmungen 17, 18 die Sockel 15, 16 nichtvollständigsondern sind buchsenförmiggeformt. Die äußeren Ränder der Ausnehmungen 17 und 18 weisenjeweils konisch aufgeweitete Ränder 32 auf,die dazu dienen im Übergangsbereichzwischen dem Federstab und dem jeweiligen Sockel 16 einedefinierte Auslenkung im Resonanzbetrieb zuzulassen.
[0046] Gegenüberliegendist der plattenseitige Sockel 13 einstückig mit der Schwingplatte 3 verbunden.Bei der in 1 und 3 gezeigtenAusführungsformder Schwingplatte 3 handelt es sich um ein Druckgussteil,so dass die plattenseitigen Sockel 15 zusammen mit Verstärkungselementen 35 undeiner Kupplungsaufnahme 36 für ein Kupplungsteil 34 ineinem Stückhergestellt worden sind.
[0047] Aufgrundder biegefesten Ausführungund Befestigung der Sockel 15, 16 ergibt sicheine besonders gute Kraftübertragungzwischen den Federstäben 10, 11, 12, 13, 14 undden Sockeln 15, 16, so dass sich beim Schwingeneine S-förmigeVerformungsfigur in den einzelnen Feder ausbildet, wobei die Endstücke derFederstäbe 10, 11, 12, 13, 14 orthogonalzur Schwingebene in den Sockeln einmünden. Mit anderen Worten ausgedrückt, können über dieSockel 13, 14 der Federelemente 5, 6, 7, 8 Drehmomentevon der Feder in das jeweils angrenzende Bauteil übertragenwerden. Dies führtzu einem besonders stabilen Schwingverhalten der Schwingplatte 3 inder Schwingebene.
[0048] Wieweiter aus der 2 hervorgeht, befindet sicham Erregerantrieb 4 eine Regelungsvorrichtung 24 dieden Erregerantrieb 4 so regelt, dass die Schwingplatte 3 geradein Resonanzschwingungen versetzt und gehalten wird. Dabei misstdie Regelungsvorrichtung 24 den Strom des Antriebs 4,der bei Resonanz eine charakteristische Größe hat, und ermittelt darausdas Schwingungsverhalten der Schwingplatte 3.
[0049] Unterhalbder Gerätebasis 9 isteine Dämpfungsvorrichtung 22 inForm eine Dämmmatteaus Schaumstoff angeordnet, die der Schallreduktion dient. Bei geeigneterAusführungkann die Dämpfungsvorrichtung 22 auchals schwingungsdämpfenderutschsichere Unterlage fürdas Schüttelgerät 1 denen.
[0050] Daseigentliche Schüttelnder auf der Schwingplatte 3 angeordneten Mikrotiterplatten 2,erfolgt der Art, dass die Schwingplatte vom Erregerantrieb 4 über dasmit der Schwingplatte 3 in Eingriff stehende Kupplungsteil 34 durch Überlagerungvon Sinuns- und Cosines-förmigenSchwingungen in eine kreis- oder ellipsenartige Bewegung versetztwird. Dabei fesseln die Federelemente 5, 6, 7, 8 die Schwingplatte 3 andie horizontale Schwingebene und geben in Richtung der Ebene jeweilsnach. Bei Erreichen der Resonanzschwingung mit der 40-fachen Erdbeschleunigungin der Schwingplatte 3 werden von der rund 60 g schwerenSchwingplatte 3 Belastungswerte von 1 kg pro Federpaket 5, 6, 7, 8 erzeugt.
[0051] ZurErreichung der Resonanzschwingung in der Schwingplatte 3 wirdzunächstder Antrieb 4 von einer Regelungsvorrichtung 24 soangesteuert, dass bei zunächstgeringer Amplitude, die auch als Hub bezeichnet werden kann, oderAuslenkung der Schwingplatte 3 die Frequenz, also die Zahlder Hin- und Herbewegungen pro Zeiteinheit, der Schwingplatte 3 langsamgesteigert wird, bis die Regelungsvorrichtung 24 durchStrommessung am Antrieb 4 feststellt, dass die Schwingplatte 3 inResonanz schwingt. Die Frequenz wird anders ausgedrückt durchWobbeln ermittelt. Die Bestimmung der Resonanzschwingung erfolgtwiederum durch Ausnutzung des Ef fekts, dass sich also die Impedanzdes Erregerantriebs ändert,wobei der Strom bei Erreichen der Resonanzschwingung im Erregerantrieb 4 absinkt,wenn die Schwingplatte 3 in Resonanz schwingt. Diese Stromveränderungwird von der Regelungsvorrichtung 24 durch geeignete Messmittel ermitteltund derart verarbeitet, dass sie die Antriebsleistung des Erregerantriebs 4 soregelt, dass die Schwingplatte 3 für die festgelegte Dauer vonz.B. einigen Sekunden gerade noch in Resonanzschwingungen gehaltenwird. Im Folgenden wird dann die Amplitude der Schwingung auf einenvorher festgelegten Wert gesteigert.
[0052] DieserAmplitudenwert wird unter Berücksichtigungder Befüllungder Mikrotiterplatte 2 gewählt. So ist bei größerer Beladungeine geringere Amplitude und bei weniger großer Beladung eine höhere Amplitudewählbar.Grundsätzlichsollte das Probenmaterial nicht aus den Probenfächern überschwappen, so dass diesdie oberste Grenze der Amplitude darstellt. Andererseits soll inmöglichstkurzer Mischzeit ein effektives Vermischen der Probenmaterialienin den Probengefäßen 2 erreichtwerden, so sich hieraus die untere Grenze der Amplitude ergibt. Beider Einstellung der Amplitude kann es zu Änderungen in der Frequenz kommen,so dass die Regelungsvorrichtung iterativ Amplitude und Frequenzder Schwingung an die vorgegebenen Werte anpasst.
[0053] BeimSchüttelnin der Resonanzfrequenz ergeben sich dann besonders in eckigen Probengefäßen 2 bzw.Wells 26 schnell Turbulenzen durch die die Probenflüssigkeitals Welle verschoben wird. Dann vermischen sich die schweren undlangsamer schwingenden Feststoffe bzw. Partikel gut mit der Flüssigkeit.

权利要求:
Claims (23)
[1] Schüttelgerät (1)für Probengefäße (2),insbesondere Mikrotiterplatten, mit einer die Probengefäße (2)haltenden Schwingplatte (3) und einem Erregerantrieb (4)zur Erzeugung der Schwingbewegungen der Schwingplatte (3), dadurchgekennzeichnet, dass die Schwingplatte (3) in Resonanzschwingungenversetzt wird.
[2] Schüttelgerät nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingplatte (3) undmindestens ein damit verbundenes Federelement (5) ein Resonanz-Schwingsystembilden.
[3] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (5) zum Einstelleneiner Grundstellung der Schwingplatte (3) im Ruhezustandeine definierte Stellung einnimmt.
[4] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingplatte (3) durchwenigstens vier Federelemente (5, 6, 7, 8)schwingfest mit einer Gerätebasis (9)verbunden und in einer Schwingebene gehalten ist.
[5] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass jedes Federelement (5, 6, 7,8)wenigstens eine Einzelfeder (10) aufweist.
[6] Schüttelgerät nach einemder Ansprüche1 – 4, dadurchgekennzeichnet, dass jedes Federelement (5, 6, 7,8)wenigstens ein aus mehreren Einzelfedern (10, 11, 12, 13, 14)bestehendes Federpaket aufweist.
[7] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelfedern (10, 11, 12, 13, 14)jeweils Stabfedern sind.
[8] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass jedes Federelement (5, 6, 7,8)an seinem der Schwingplatte (3) zugewandten Ende einenplattenseitigen Sockel (15) und an seinem der Gerätebasis(9) zugewandten Ende einen basisseitigen Sockel (16)aufweist, zwischen denen die jeweils wenigstens eine Einzelfeder (10, 11, 12, 13, 14)gehalten ist.
[9] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der plattenseitige Sockel (15)mit der Schwingplatte (3) und der basisseitige Sockel (16)mit der Gerätebasis(9) jeweils biegesteif verbunden sind.
[10] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die plattenseitigen (15) Sockelder Federelemente (5, 6, 7, 8)einstückigmit der Schwingplatte (3) verbunden sind.
[11] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass sowohl der plattenseitige Sockel (15)als auch der basisseitige Sockel (16) jeweils wenigstenseine Ausnehmung (17, 18) mit einem aufgeweitetenRand (19, 20) zur biegesteifen Halterung wenigstenseiner Einzelfeder (10, 11, 12, 13, 14)aufweisen.
[12] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass zur Hubbegrenzung wenigstens ein Anschlag(21) in definiertem Abstand zu einem plattenseitigen Sockel (15)wenigstens eines Federelementes (5, 6, 7,8)angeordnet ist.
[13] Schüttelgerät nach Anspruch12, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (21) eineden plattenseitigen Sockel (15) umgebende Ausnehmung (22)in der Gerätebasis(9) ist.
[14] Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet,dass zur Geräuschdämpfung einDämpfungselement(23) zwischen dem Anschlag (21) und dem der Hubbegrenzungdienenden plattenseitigen Sockel (15) angeordnet ist.
[15] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass das Schüttelgerät (1) eine mit demErregerantrieb (4) verbundene Regelungsvorrichtung (24)zur Regelung des Schwingungsverhaltens der Schwingplatte (3) aufweist.
[16] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der Erregerantrieb (4) einMagnetantrieb ist und zur Regelung des Schwingungsverhaltens eineStrommessung durchgeführtwird.
[17] Schüttelgerät nach einemder vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass an der Gerätebasis (9) eine Dämpfungsvorrichtung(25) angeordnet ist.
[18] Verfahren zum Schütteln von auf einer Schwingplatte(3) angeordneten Probengefäßen (2), insbesondereMikrotiterplatten, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingplatte(3) in Resonanzschwingungen versetzt und für eine vorgegebene Zeitin Resonanzschwingungen gehalten wird.
[19] Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,dass die Schwingplatte (3) in einer horizontalen Schwingebenegehalten wird.
[20] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass die Resonanzschwingung der Schwingplatte (3)dadurch eingestellt wird, dass zunächst die Schwingungsfrequenzder Schwingplatte (3) bei konstanter Amplitude bis zumErreichen der Resonanzfrequenz variiert wird und danach die Amplitudein Abhängigkeitder zu vermischenden Füllungder Probengefäße (2)auf einen vorgegebenen Amplitudenwert eingestellt wird.
[21] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass mit einer Strommessung am Erregerantrieb (4)die Resonanzschwingung ermittelt wird.
[22] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass das Schwingungsverhalten der Schwingplatte(3) durch eine Regelungsvorrichtung (24) geregeltwird, die automatisch die Resonanzfrequenz und die Schwingungsamplitudean die Beladung der Schwingplatte (3) anpasst.
[23] Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurchgekennzeichnet, dass wenigstens ein mit der Schwingplatte (3)verbundenes Federelement (5) ein Resonanz-Schwingsystem bildet, wobeidas Federelement (5) zum Einstellen einer Grundstellungder Schwingplatte (3) im Ruhezustand stets eine definierteStellung einnimmt.

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