AT522439A4

AT522439A4 - Inkubator für biologisches Material

Info

Publication number: AT522439A4
Application number: ATA50349/2019A
Authority: AT
Original assignee: Hektros S R L
Priority date: 2019-04-17
Filing date: 2019-04-17
Publication date: 2020-11-15
Also published as: AT522439B1; WO2020212384A1

Abstract

Inkubator (6) für biologisches Material (M), mit einem Gehäuse (7), einer im Gehäuse (7) angeordneten Inkubationskammer (K) für ein biologisches Material (M), einer im Gehäuse (7) angeordneten Sichtvorrichtung (8) zur Beobachtung des biologischen Materials (M) in der Inkubationskammer (K), wobei die Sichtvorrichtung (8) wenigstens ein Sichtfenster (9) und einen Sichtkanal (10) aufweist, und einer ersten Temperiervorrichtung (11) für die Sichtvorrichtung (8), wobei die erste Temperiervorrichtung (T1) eine den Sichtkanal (10) umgebende erste Temperierkammer (12), eine erste Eintrittsöffnung (13), über die ein Temperierfluid (T) in die erste Temperierkammer (12) strömen kann, und eine erste Austrittsöffnung (14), über die das Temperierfluid (T) aus der ersten Temperierkammer (12) strömen kann, aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inkubator für biologisches Material, mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse angeordneten Inkubationskammer für ein biologisches Material, einer im Gehäuse angeordneten Sichtvorrichtung zur Beobachtung des biologischen Materials in der Inkubationskammer, wobei die Sichtvorrichtung wenigstens ein Sichtfenster und einen Sichtkanal aufweist, und einer ersten

Temperiervorrichtung für die Sichtvorrichtung.

Inkubatoren (oft auch Kultiviervorrichtungen genannt) werden dazu eingesetzt, um kleine Organismen und deren Entwicklung über ein Mikroskop zu studieren.

Derartige Inkubatoren werden meist in Laboren für Biotechnologie verwendet.

Ein allgemeines Beispiel für einen Inkubator geht aus der AT 500 473 B1 hervor. Hier

geht es im Speziellen um Öffnungen zur Einführung von Manipulationsinstrumenten.

Ein gattungsbildendes Dokument ist die DE 102 59 251 B4, welche eine an einer Mikroskopbühne oder einem Mikroskoptisch anbringbare Kultivierkammer beschreibt. Ein Deckel dieser Kultivierkammer besteht aus Teflon und das am Deckel angebrachte Fenster besteht aus zwei Schichten wärmeleitenden Glases. Das Fenster ist erwärmt, um die Kultivierkammer warm zu halten und ein Beschlagen des Fensters zu verhindern. Konkret ist ein ringförmiger Heizwiderstand zwischen den beiden Schichten aus Glas eingefügt, um Wärme zu liefern und ein Beschlagen des Glases zu verhindern. Nachteilig hierbei ist, dass der ringförmige Heizwiderstand fertigungstechnisch und von den Kosten her recht aufwändig ist. Vor allem muss dieser Heizwiderstand mit einer eigenen elektrischen Leitung mit Strom versorgt werden. Zudem ist eine genaue Rückkoppelungsregelung und Abstimmung mit der Temperatur in der Kultivierkammer schwierig bzw. aufwändig, das heißt kaum ohne Ausbildung von unkontrollierbaren Temperaturgradienten zu bewerkstelligen. Darüber hinaus bedarf es einer externen, ebenfalls beheizten Luftbefeuchtungsvorrichtung, in welche das Inkubationsgas zuerst eingeleitet wird, bevor es der Inkubationskammer zugeführt wird. Dadurch entsteht je nach Umgebungstemperatur am Mikroskop das Problem der Wasserdampfuntersättigung

und Kondensation im Zuleitungskanal zur Kultivierkammer. Zudem muss die Kammer

werden, was die Handhabung erschwert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, einen einfachen und weniger aufwändigen Inkubator zu schaffen. Insbesondere sollen die beim Stand der

Technik gegeben Nachteile behoben werden.

Dies wird durch einen Inkubator mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die erste Temperiervorrichtung eine den Sichtkanal umgebende erste Temperierkammer, eine erste Eintrittsöffnung, über die ein Temperierfluid in die erste Temperierkammer strömen kann, und eine erste Austrittsöffnung, über die das Temperierfluid aus der ersten Temperierkammer strömen kann, aufweist. Somit ist keine eigenständige Stromversorgung notwendig, sondern es wird ein Temperierfluid eines Umlaufthermostaten, wie in den meisten Laboratorien gebräuchlich, für das Verhindern des Beschlagens eingesetzt. Dadurch beschlägt das Sichtfenster nicht und es ist eine Beobachtung des biologischen

Materials durch das Sichtfenster und den Sichtkanal hindurch stets möglich.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den

abhängigen Ansprüchen angeführt.

Die Form des Gehäuses ist an sich beliebig. So kann das Gehäuse beispielsweise quaderförmig ausgebildet sein. Bevorzugt ist für eine einfache Handhabung allerdings vorgesehen, dass das Gehäuse im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und eine Zentralachse aufweist, wobei diese Zentralachse durch den Sichtkanal, das wenigstens eine Sichtfenster und die Inkubationskammer führt. Somit sind der

Sichtkanal und das Sichtfenster genau mittig im Gehäuse angeordnet. An sich ist es möglich, dass im Gehäuse zwei oder mehrere Sichtvorrichtungen ausgebildet sind. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass im Gehäuse nur eine

Sichtvorrichtung und nur eine Inkubationskammer ausgebildet sind.

Um eine gute Entwicklung des biologischen Materials zu ermöglichen, ist bevorzugt

eine im Gehäuse ausgebildete und die Inkubationskammer bereichsweise

in die Inkubationskammer einströmen kann.

Für die Entwicklung des biologischen Materials in der Inkubationskammer ist es zudem wesentlich, dass eine möglichst gleichbleibende Temperatur in der Inkubationskammer herrscht. Deswegen ist bevorzugt eine (von der ersten Temperiervorrichtung separate) zweite Temperiervorrichtung für die Inkubationskammer vorgesehen, wobei die zweite Temperiervorrichtung eine die Inkubationskammer umgebende zweite Temperierkammer, eine zweite Eintrittsöffnung, über die ein Temperierfluid in die zweite Temperierkammer strömen kann, und eine zweite Austrittsöffnung, über die das Temperierfluid aus der zweiten

Temperierkammer strömen kann, aufweist.

Die genaue geometrische Ausgestaltung des Sichtkanals und/oder der Inkubationskammer ist an sich beliebig. So können diese Komponenten beispielsweise In einer oder durch eine quaderförmige Wandung ausgebildet sein. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass der Sichtkanal und/oder die Inkubationskammer zumindest bereichsweise von einer, vorzugsweise um die Zentralachse ausgebildeten, kreiszylindermantelförmigen oder kegelmantelförmigen Wandung begrenzt sind/ist. Bevorzugt weisen die kreiszylindermantelförmige Wandung des Sichtkanals und die kreiszylindermantelförmige Wandung der

Inkubationskammer denselben Radius auf.

Es ist möglich, dass die erste und/oder zweite Temperierkammer nur bereichsweise im Gehäuse ausgebildet sind/ist bzw. nur bereichsweise an den Sichtkanal und/oder die Inkubationskammer angrenzen. Für eine möglichst homogene Temperierleistungseinbringung ist aber bevorzugt vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Temperierkammer ringförmig um die Zentralachse ausgebildet

sind/ist. Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste und/oder zweite Temperierkammer

von einer inneren Wandfläche, einer äußeren Wandfläche, einer Bodenfläche und

einer Deckfläche begrenzt sind/ist. Besonders bevorzugt sind die innere Wandfläche

bzw. Zentralachse ausgebildet sind und parallel zueinander verlaufen.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in der ersten und/oder zweiten Temperierkammer von den beiden Wandflächen separate Leitelemente zur Strömungsleitung des einströmenden Temperierfluids angeordnet sind. Diese Leitelemente dienen einerseits zur Homogenisierung des Temperierfluids und andererseits dazu, dass das warme, gerade eingeleitete Temperierfluid nach innen zum Sichtkanal bzw. zur Inkubationskammer geleitet wird. In der ersten Temperiervorrichtung dienen die Leitelemente vornehmlich dazu, dass das Sichtfenster nicht beschlägt. In der zweiten Temperiervorrichtung dienen die Leitelemente dazu, dass das eingeleitete, noch warme Temperierfluid direkt zur Umwandlung der Inkubationskammer geleitet wird, in welcher sich das biologische

Material befindet, sodass dort die gewünschte Temperatur herrscht.

Die Leitelemente können an sich nur teilweise oder bereichsweise in die Temperierkammer ragen. Bevorzugt ist für eine gute Leitwirkung allerdings vorgesehen, dass die Leitelemente als Leitwände ausgebildet sind, welche mit der Bodenfläche und/oder mit der Deckfläche verbunden sind. Konkret sind die Leitwände der ersten Temperiervorrichtung einstückig mit der Deckfläche ausgebildet und die Leitwände der zweiten Temperiervorrichtung einstückig mit der Bodenfläche

ausgebildet.

Um eine gezielte Strömung in der Temperierkammer zu erreichen, ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leitelemente von den Wandflächen beabstandet sind und zwischen den Leitelementen und den Wandflächen Durchströmöffnungen

ausgebildet sind.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leitelemente in regelmäßigen Abständen zueinander und gleichmäßig beabstandet zu einer Zentralachse angeordnet sind. Bevorzugt können drei, vier, fünf oder sechs Leitelemente in der Temperierkammer

vorgesehen sein.

ausgebildet, welcher die Strömung entsprechend umleitet.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass die Leitelemente mehrere, vorzugsweise fünf, Seitenstege umfassen, wobei die Seitenstege separat und beabstandet von den Hauptstegen in der Temperierkammer angeordnet sind. Die Seitenstege sind bevorzugt um weniger als 5 mm, vorzugsweise zwischen 0,5 mm und 2 mm, von der

äußeren Wandfläche beabstandet.

Alternativ zu den Leitelementen kann vorgesehen sein, dass in der ersten und/oder zweiten Temperierkammer ein von Leitwänden begrenzter, mäanderförmiger

Temperierkanal ausgebildet ist.

Eine besonders homogene und vorteilhafte Temperierung wird dadurch erreicht, dass der Temperierkanal einen im Wesentlichen radial verlaufenden Einströmabschnitt, einen an den Einströmabschnitt anschließenden, direkt von der inneren Wandfläche begrenzten, um die Zentralachse führenden, ersten Ringabschnitt und mehrere, an den ersten Ringabschnitt radial nach außen anschließende, um die Zentralachse führende, mäanderförmig aufeinander folgende Ringabschnitte umfasst. Dadurch wird das Temperierfluid zunächst in das innere (zum Sichtkanal bzw. zur Inkubationskammer) geleitet und sorgt dort für die entsprechende Temperierung. Dann wird das Temperierfluid Ringabschnitt für

Ringabschnitt nach außen geleitet und kühlt dabei nach und nach geringfügig ab. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft einen Inkubator für

biologisches Material, mit einem mehrteiligen Gehäuse, einer vom Gehäuse

gebildeten Inkubationskammer für ein biologisches Material, wenigstens einer vom

kann.

Bisher bekannte Inkubatoren, wie sie beispielsweise aus der AT 500 473 B1 und der DE 102 59 251 B4 hervorgehen, sind für einen oftmaligen Gebrauch vorgesehen. Dadurch sind sie recht aufwändig gebaut und kosten relativ viel. Zudem muss eine

aufwändige Reinigung nach dem Gebrauch durchgeführt werden.

Die Aufgabe des zweiten Aspekts der Erfindung besteht daher darin, einen weniger aufwändigen und einfachen Inkubator zu schaffen, welcher aber dennoch sämtliche Grundfunktionen zur Verfügung stellt. Vor allem soll der Inkubator für einen

einmaligen (und vorsterilisierten) Gebrauch optimiert sein.

Dies wird durch einen Inkubator mit den Merkmalen von Anspruch 16 gelöst. Demnach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse vollständig aus zumindest bereichsweise transparentem, vorzugsweise spritzgegossenem, Kunststoff besteht. Anders ausgedrückt besteht der Inkubator aus zumindest bereichsweise transparenten Kunststoff. Dadurch sind sämtliche Grundfunktionen vorhanden, die einzelnen Komponenten sind aber auf einfache Weise aus einem Kunststoff und nicht aus Metall oder sonstigen aufwändigen Materialien hergestellt. Der Inkubator kann daher relativ günstig hergestellt und verkauft werden, sodass

dieser für eine einmalige Benutzung ideal ist.

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das Gehäuse genau fünf, jeweils einstückige Bauteile umfasst.

Konkret ist als erstes Bauteil ein Bodenelement vorgesehen, in welchem ein Teil der Inkubationskammer, die zweite Eintrittsöffnung, die zweite Austrittsöffnung, die Gaszuführöffnung und ein Teil der zweiten Temperierkammer ausgebildet sind. Als zweites Bauteil ist ein mit dem Bodenelement, vorzugsweise reibschlüssig, verbindbarer, erster Zwischendeckel vorgesehen, welcher zusammen mit dem Bodenelement die zweite Temperierkammer bildet. Als drittes Bauteil ist ein auf dem ersten Zwischendeckel angeordnetes perforiertes Abdeckelement vorgesehen, welches zusammen mit dem Zwischendeckel die Befeuchtungskammer bildet. Als viertes Bauteil ist ein mit dem Bodenelement, vorzugsweise reibschlüssig, verbindbares Deckelelement vorgesehen, in welchem die Sichtvorrichtung, die erste Eintrittsöffnung, die erste Austrittsöffnung und ein Teil der ersten Temperierkammer ausgebildet sind. Als fünftes Bauteil ist ein mit dem Deckelelement, vorzugsweise reibschlüssig, verbindbarer, zweiter Zwischendeckel vorgesehen, welcher zusammen

mit dem Deckelelement die erste Temperierkammer bildet.

Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass im Deckelelement ein erstes, vorzugsweise planares oder linsenförmiges, Sichtfenster ausgebildet ist und im zweiten Zwischendeckel ein zweites Sichtfenster ausgebildet ist, wobei das zweite Sichtfenster die Inkubationskammer begrenzt. Der Sichtkanal wird durch dessen

Wandung und die beiden Sichtfenster begrenzt bzw. gebildet.

Es ist möglich, dass die einzelnen Bauteile aus unterschiedlichen Kunststoffen bestehen, die für die jeweilige Anwendung am besten geeignet sind. Für eine einfache Produktion ist allerdings bevorzugt vorgesehen, dass die fünf Bauteile aus

demselben Kunststoff bestehen.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Kunststoff ein transparenter

Thermoplast, vorzugsweise Polystyrol, ist.

Gasleitung.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass die Temperierfluidleitung einen ersten Leitungsabschnitt, welcher die Temperierfluidquelle mit der ersten Eintrittsöffnung verbindet, einen zweiten Leitungsabschnitt, welcher die erste Austrittsöffnung mit der zweiten Eintrittsöffnung verbindet, und einen dritten Leitungsabschnitt, welcher die zweite Austrittsöffnung mit der Temperierfluidquelle verbindet, aufweist. Somit gelangt das „frische“ Temperierfluid zunächst mit einer etwas höheren Temperatur in die erste Temperierkammer, wo es leicht auskühlt, und anschließend in die zweite Temperierkammer. Aufgrund der etwas höheren Temperatur in der ersten Temperierkammer wird ein Beschlagen des wenigstens einen Sichtfensters im

feuchten Innenraum des Inkubators verhindert.

Das Temperierfluid kann in Form eines Temperiergases oder einer Temperierflüssigkeit vorliegen. Beispielsweise kann eine spezielle Mischung aus verschiedenen Substanzen als Temperierflüssigkeit verwendet werden. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass als Temperierfluid Wasser verwendet wird. Mit Wasser als Temperierfluid wird durch seine hohe Wärmekapazität eine homogenere Wärmeverteilung erreicht. Wasser hat den zusätzlichen Vorteil, dass es recht schwer ist. Somit kann das an sich leichte, aus Kunststoff bestehende Gehäuse durch das zusätzliche Gewicht des Wassers gut und stabil auf dem Mikroskop platziert werden.

Es ergibt sich ein sicherer Halt.

Aus der Gasquelle wird ein Nährgas über eine Gasleitung und die Gaszuführöffnung in die Inkubationskammer eingeführt. Als Nährgas kann beispielsweise ein Gemisch aus 95 % Luft und 5 % Kohlendioxid eingesetzt werden. Als Nährmedium kann beispielsweise eine pH-gepufferte wässrige Lösung aus Zuckern, Aminosäuren, Vitaminen, Salzen und Schutzsubstanzen gegen mikrobielle Infektion eingesetzt werden. Ein Nährmedium (auch als Kulturmedium bezeichnet) dient zur Kultivierung

des biologischen Materials. Konkret können sich Mikroorganismen, Zellen, Gewebe

befinden.

Wichtige Punkte und Merkmale der vorliegenden Erfindung(en) werden in den

folgenden Absätzen mit teilweise anderen Worten angeführt:

Ein generelles Problem bei Inkubatoren für die Lebendzellbeobachtung besteht darin, dass im mittig bzw. zentral angeordneten Kulturbehälter (Inkubationskammer) und im darüber liegenden Durchsichtbereich selbst systembedingt keine Heizung möglich ist. Hier kann es daher kälter sein, wodurch eine Kondensation und somit ein Beschlagen der Oberflächen mit Wassertropfen wahrscheinlicher wird. Durch die erste Temperiervorrichtung wird dieses Problem gelöst. Dieses ist über dem Kulturbehälter in einem Deckelteil in Form eines entsprechend großen, zylinderförmigen Kompartiments ausgebildet. Dieses ist mit der Deckfläche verschweißt und ist auch hoch genug, um eine Kondensation zu vermeiden. Hier

bildet sich ein Luftkissen zum Kulturbehälter hin, das (wärme-)isolierend wirkt.

Beheizt wird der Inkubator mit Wasser (Temperierfluid), wobei zuerst das Wasser beim Deckelteil in die erste Temperierkammer eintritt und erst nach Druchströmen des Deckelteils über eine Brücke (zweiter Leitungsabschnitt) in den Bodenteil fließt. Da beim Durchströmen des Deckels ein wenig Wärme abgegeben wird, ist es im Deckelteil etwas wärmer als im Bodenteil. Dies muss beim Einstellen der Temperatur für die Kultur der Zellen (biologisches Material) berücksichtigt werden, ermöglicht aber, dass die Deckfläche des Deckelteils nicht beschlägt und somit eine Beobachtung der Organismen in der Kulturkammer darunter möglich ist und bleibt.

Dies wird vor allem dadurch erreicht, dass es im Deckelbereich wärmer ist.

Zumindest im Deckelteil, bevorzugt aber auch im Bodenteil, sind Vorrichtungen zur Lenkung des Heizmediums vorgesehen (Leitelemente bzw. Leitwände). Aufgrund der geometrischen Ausgestaltung der Vorrichtungen wird der mittig angeordnete Kulturbehälter gleichmäßig vom Heizmedium (Temperierfluid) umspült und somit

auch gleichmäßig beheizt.

Es sind zwei Ausführungsformen für die Strömungslenkung möglich:

Bei einem spiralförmigen bzw. mäanderförmigen Kanal wird die gesamte Temperierkammer gleichmäßig durchströmt und somit der ganze Bereich beheizt. Dabei kann das Heizmedium über einen Radialkanal von der Eintrittsöffnung zunächst direkt zum Kulturbehälter strömen. Der spiralförmige bzw. mäanderförmige beginnt dann innen und verläuft mit zunehmendem Radius nach außen bis die Austrittsöffnung erreicht ist. Die Temperatur beim Kulturbehälter muss den Ansprüchen der Organismen entsprechen; hier sollte es am wärmsten sein bzw. genau die Sollwert-Temperature vorherrschen. Ein radialer Temperaturverlust ist

akzeptabel und sogar gewünscht.

Bei einer zweiten Variante sind in der Temperierkammer stegförmige Schikanen (Leitelemente) angeordnet. Hier entstehen zirkuläre Ströme um die Schikanen, wodurch letztlich der Kulturbehälter in Form eines möglichst homogenen, zentralen Wirbels gleichmäßig (zirkulär, laminar) umströmt wird. Dementsprechend ist hier die

Anordnung und Ausrichtung der Schikanen essentiell.

Besonders günstig ist eine Anordnung, bei der im Deckel ein spiralförmiger bzw. mäanderförmiger Kanal und im Bodenteil Schikanen angeordnet sind. Durch die größere Kontaktfläche der Innenwandungen wird im Bodenteil mehr Wärme abgegeben. Dadurch ist die Temperaturdifferenz in axialer Richtung größer. Dies ist

günstig für die Vermeidung der Kondensation im zentralen Bereich.

Die Kreisläufe für das Heizmedium (Temperierfluid) sind vollkommen abgetrennt und

separat von der Zufuhr des Nährmediums.

Bei einem Kulturbehälterdurchmesser von 20 mm ergibt sich eine Temperaturdifferenz zwischen der angeströmten Kulturbehälterwand und dem Zentrum des Kulturbehälters von etwa 0,8° C. Bei einem Kulturbehälterdurchmesser von 25 mm ergibt sich eine Temperaturdifferenz zwischen der angeströmten Kulturbehälterwand und dem Zentrum des Kulturbehälters von etwa 1,2° C. Die kleinere Variante ist bevorzugt, da hier eine homogenere Temperierung der Kulturkammer möglich ist. Ein zu großer Temperaturunterschied ist demnach

ungünstig.

Das Nährgas fließt über eine Gaszuführöffnung in eine Befeuchtungskammer, in welcher destilliertes Wasser oder ein befeuchteter Schwamm angeordnet ist. Das Nährgas nimmt vom umgebenden Wasser oder vom Schwamm Feuchtigkeit auf und strömt über obere Öffnungen in den Kulturbehälter und dann am Rand des Deckelbereichs zuerst in Richtung Deckelfäche und dann letztlich radial zwischen

Deckel und Inkubatorrand hinaus.

Die Durchlassöffnung für das Nährgas am Boden der Befeuchtungskammer ist entsprechend klein gewählt, sodass hier kein Wasser ausfließen kann. Denkbar ist auch, dass die oberen Durchlassöffnungen der Befeuchtungskammer verschieden groß sind oder eine unterschiedliche Anzahl aufweisen, um die Strömung und

Verteilung des Nährgases zu steuern.

Die Oberseite des Kulturbehälters ragt in Form eines Steges in den sogenannten Atmosphären-Hohlraum. Dadurch wird eine Sterilisationskante erzeugt, die eine

Kontamination der Zellkultur mit Bakterien vermeiden kann.

Der Schwamm wird über die oberen Öffnungen mit einer Pipette oder einer Spritze mit sterilem und deionisiertem Wasser befeuchtet. Die Befeuchtung über den

nährgasdurchströmten Schwamm reicht üblicherweise mindestens für zwei Tage.

Wesentlich sind auch Abtropfrippen im Randbereich des Deckelteils. Dieser Randbereich stellt die kälteste Zone im Inkubator dar. Im Vergleich zu vorigen Ausführungen sind die Abtropfrippen größer und weisen eine Einkerbung am unteren Rand auf. Dort kann sich Kondenswasser sammeln und wieder zur

Befeuchtungskammer abtropfen.

Um die Kondensation im Bereich des Sichtfensters zu vermeiden, ist die Strömung des Heizmediums im Deckel am wichtigsten. Dabei ist ein radialer Temperaturverlust (nach außen hin) gewollt, um die Kondensation in den äußeren Bereichen zu halten. Kurzum: Die Wärme soll in Bereiche gelenkt werden, wo keine Kondensation

erfolgen soll.

Durch eine zonal im Inkubatorrandbereich gesteigerte Kondensation geht auch weniger Atmosphärenbefeuchtung durch ausströmendes, feuchtes Nährgas verloren

und der Inkubator kann länger betrieben werden (lange Inkubationszeit möglich).

Ein weiteres Problem ist die Wärmeabgabe nach außen, wenn der Inkubator auf ein metallisches Mikroskop gestellt wird. Um die Kontaktfläche zu minimieren, weist die Bodenfläche drei konzentrische Stege auf, auf denen der Inkubator steht. Dadurch

wird die direkte Wärmeleitung vom Inkubator zur Auflage minimiert, wobei zusätzlich

ein isolierender Luftpolster entsteht.

Der Inkubator wird über die Temperatur des Wassers und die Raumtemperatur gesteuert. Eine Rückkopplung ist möglich, indem über einen zusätzlichen Kanal oder Steg ein Thermometer eingeführt wird. Im Gegensatz zu einem High-End-Gerät aus Metall, wo eine Temperaturabgabe nach außen gewollt und durch eine sehr genaue Temperatursteuerung möglich ist und ausgeglichen wird, handelt es sich hier um ein träges System. Die Regelgenauigkeit liegt aber dennoch bei etwa +0,5° C (beim High-End-Gerät +0,05° C).

Zur Beobachtung kann im Deckelteil oder im Kulturbehälter eine (gedruckte) Linse

enthalten sein.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten

Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anordnung mit einem Inkubator,

Fig. 2 perspektivisch eine Explosionsdarstellung eines Inkubators,

Fig. 3 perspektivisch das Bodenelement und das Deckelelement,

Fig. 4 perspektivisch das Bodenelement, der erste Zwischendeckel und das

Abdeckelement,

Fig. 5 perspektivisch das Deckelelement und der zweite Zwischendeckel,

Fig. 6 das Bodenelement samt erstem Zwischendeckel mit diversen Schnitten,

Fig. 7 das Deckelelement samt zweitem Zwischendeckle mit diversen Schnitten,

Fig. 8-11 Schnitte durch die Temperierkammer mit unterschiedlich ausgebildeten

Elementen zur Strömungslenkung,

Fig. 12 einen vertikalen Schnitt durch den Inkubator mit veranschaulichter Gasströmung, Fig. 13 eine Draufsicht auf ein alternatives Ausführungsbeispiel des

Deckelelements und Fig. 14 eine perspektivische Ansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels

des Bodenelements.

In Fig. 1 zeigt eine Anordnung 40 mit einem Inkubator 6 samt Gehäuse, einer Temperierfluidquelle 41, einer Temperierfluidleitung 42, einer Gasquelle 43 und einer Gasleitung 44. In der Temperierfluidquelle 41 ist ein Temperierfluid T enthalten. Dieses Temperierfluid T kann beispielsweise Wasser sein. Über den ersten Leitungsabschnitt 42a der Temperierfluidleitung 42 ist die Temperierfluidquelle 41 mit der ersten Eintrittsöffnung 13 der ersten Temperiervorrichtung 11 verbunden. Über diese erste Eintrittsöffnung 13 gelangt das Temperierfluid T in die erste Temperierkammer 12. Diese Temperierkammer 12 ist zumindest bereichsweise um die Sichtvorrichtung 8 herum ausgebildet. Die Sichtvorrichtung 8 weist wenigstens ein Sichtfenster 9 und einen Sichtkanal 10 auf. Konkret sind ein erstes (oberes) Sichtfenster 91 und ein zweites (unteres) Sichtfenster 92 vorgesehen. Die erste Temperiervorrichtung 11 weist auch eine erste Austrittsöffnung 14 auf, über welche das Temperierfluid T wieder aus der Temperierkammer 12 austreten kann. Von dort gelangt das Temperierfluid T über den zweiten Leitungsabschnitt 42b zur zweiten Eintrittsöffnung 23 der zweiten Temperiervorrichtung 21. Diese zweite Temperiervorrichtung 21 weist eine zweite Temperierkammer 22 auf, welche zumindest bereichsweise eine Inkubationskammer K (kann auch als Kultivierkammer bezeichnet werden) umgibt. In dieser Inkubationskammer K ist biologisches Material M enthalten. Dieses biologische Material M kann beispielsweise Zellen, Mikroorganismen oder Ähnliches enthalten. Das Temperierfluid T kann dann über die zweite Austrittsöffnung 24 der zweiten Temperiervorrichtung 21 wieder den Inkubator 6 verlassen. Über den dritten Leitungsabschnitt 42c kann dann das gebrachte Temperierfluid entsorgt werden bzw. in einen Abfluss fließen. Bevorzugt ist allerdings vorgesehen, dass über den dritten Leitungsabschnitt 42c das Temperierfluid T wieder

zur Temperierfluidquelle 41 geleitet wird. Somit ist ein Temperierfluidkreislauf

gegeben ist. Zudem weist der Inkubator 6 eine Gaszufuhröffnung 39 auf. Über diese Gaszufuhröffnung 39 gelangt Gas G (z. B. ein Trockengasgemisch besteht zu 95 % aus Luft und zu 5 % aus CO») in den Inkubator 6. Das Gas G kann dann durch hier nicht gezeigte schmale Öffnungen bzw. Spalte wieder entweichen. Das Nährmedium, welches das lebende biologische Material M mit Nährstoffen versorgt, wird direkt in

die Inkubationskammer K eingebracht.

Eine derartige Anordnung 40 mit einem Inkubator 6 wird meist in Laboren verwendet, um über ein Mikroskop das Wachstum und die Weiterentwicklung des biologischen Materials M zu beobachten. Dafür ist es besonders wichtig, dass über die Sichtvorrichtung 8 eine ungehinderte Beobachtung des biologischen Materials M möglich ist. Da das Temperierfluid T meist auf einen Bereich zwischen 30° und 50° C, bevorzugt auf 37° bis 40° C, erwärmt wird, ist es möglich, dass Teile des Inkubators 6 beschlagen. Besonders nachteilig ist es, wenn das wenigstens eine Sichtfenster 9 beschlägt. Um dies zu vermeiden, wird die Sichtvorrichtung 8 über die erste Temperiervorrichtung 11 temperiert. Bei dieser Temperierung kühlt das Temperierfluid T bereits geringfügig ab, sodass in der zweiten Temperierkammer 22 eine geringfügig niedrigere Temperatur herrscht (z. B. um 1° C niedriger). Dadurch ist es im (oberen) Bereich des Inkubators 6 geringfügig wärmer, wodurch ein Beschlagen verhindert wird. Somit hat das Temperierfluid T eine Doppelfunktion: Einerseits wird die Inkubationskammer K auf einer gleichbleibenden, idealen Temperatur gehalten. Andererseits dient das Temperierfluid T auch dazu, ein

Beschlagen der Sichtvorrichtung 8 bzw. der Sichtfenster 91 und 92 zu verhindern.

In Fig. 2 ist perspektivisch eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Inkubators 6 gezeigt. Dieser Inkubator 6 weist alle wesentlichen Komponenten eines Inkubators 6 auf, ist aber dennoch recht einfach aufgebaut. Vor allem besteht dieser Inkubator 6 aus wenigen einzelnen Bauteilen, die jeweils aus einem transparenten Kunststoff (vorzugsweise spritzgegossenem Polystyrol) bestehen. Konkret ist das Gehäuse 7 dieses Inkubators 6 aus fünf Bauteilen aufgebaut: Bodenelement 1, erster Zwischendeckel 2, Abdeckelement 3, Deckelelement 4 und

zweiter Zwischendeckel 5.

Der zweite Zwischendeckel 5 ist in das Deckelelement 4 einsteckbar. Dadurch wird vom Deckelelement 4 und vom zweiten Zwischendeckel 5 die erste Temperierkammer 12 der ersten Temperiervorrichtung 11 gebildet. Erkennbar ist in Fig. 2 auch die erste Eintrittsöffnung 13 und die erste Austrittsöffnung 14 für das Temperierfluid T. Um die Zentralachse Z herum ist die erste Temperierkammer 12 ringförmig ausgebildet. Die Zentralachse Z führt durch das erste Sichtfenster 91 und den Sichtkanal 10 sowie durch das zweite Sichtfenster 92, welches durch den zweiten Zwischendeckel 5 gebildet ist. Die Bodenfläche 12b der ersten Temperierkammer 11 ist ebenfalls am zweiten Zwischendeckel 5 ausgebildet. Dagegen ist die innere Wandfläche 12i und die äußere Wandfläche 12a der ersten Temperierkammer 11 am Deckelelement 4 ausgebildet. Ebenso ist die Deckfläche 12d der ersten Temperierkammer 11 am Deckelelement 4 ausgebildet. Der äußere Umfang des am zweiten Zwischendeckel 5 ausgebildeten Halterings 45 korrespondiert mit einem inneren Umfang eines am Deckelelement 4 ausgebildeten Halterings 46. Durch Aufschieben des zweiten Zwischendeckels 5 auf das Deckelelement 4 werden diese beiden Bauteile 4 und 5 über die korrespondierenden Halteringe 45 und 46 reibschlüssig aneinander gehalten. Der zweite Zwischendeckel

5 bildet also eine Art Abdeckung, mit der die Temperierkammer 12 geschlossen wird.

Ähnlich verhält es sich auch mit dem Bodenelement 1 und dem ersten Zwischendeckel 2. Der erste Zwischendeckel 2 weist eine zentrale Öffnung 47 auf. Durch diese ist die Wandung der Inkubationskammer K durchsteckbar. Die äußere Umfangsfläche 48 korrespondiert mit der inneren Umfangsfläche 49 des Bodenelements 1. Durch Einschieben des ersten Zwischendeckels 2 in das Bodenelement 1 werden die beiden Bauteile 1 und 2 reibschlüssig miteinander verbunden, wobei die äußere Umfangsfläche 48 an die innere Umfangsfläche 49 des Bodenelements 1 gepresst bzw. gedrückt wird. In diesem zusammengesetzten Zustand wird zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2 die zweite Temperierkammer 22 gebildet. Diese zweite Temperierkammer 22 weist die durch den ersten Zwischendeckel 2 gebildete Deckfläche 22d auf. Zudem wird die zweite Temperierkammer 22 durch die jeweils am Bodenelement 1 ausgebildete äußere Wandfläche 22a, die Bodenfläche 22b und die innere Wandfläche 22i gebildet bzw. begrenzt. Am Bodenelement 1 sind auch die zweite Eintrittsöffnung 23 und zweite

Austrittsöffnung 24 für das Temperierfluid T ausgebildet. Weiters weist dieses

Bodenelement 1 des Inkubators 6 die Gaszuführöffnung 39 auf. In diesem Bodenelement 1 sind auch bereits die Leitelemente 31 in Form der Hauptstege 33 und der Seitenstege 36 erkennbar. Zudem ist im Bodenelement 1 eine Gaszuführkammer 50 ausgebildet. Diese wird durch den am ersten Zwischendeckel 2 ausgebildeten Abdeckabschnitt 51 abgedeckt. In diesem Abdeckabschnitt 51 befindet sich eine Durchlassöffnung 52. Über diese Durchlassöffnung 52 kann das über die Gaszuführöffnung 39 zugeführte Gas G nach oben strömen und gelangt in einen Bereich zwischen dem Deckelelement 4 und dem Bodenelement 1. In geschlossenem bzw. zusammengebauten Zustand ist das Bodenelement 1 mit dem Deckelelement 4 verbunden, da die innere Umfangsfläche 53 des Deckelelements 4 an der äußeren Umfangsfläche 54 des Bodenelements 1 anliegt. Das Deckelelement 4 ist somit auf das Bodenelement 1 aufgesteckt. Eine genaue Positionierung wird dabei durch die im Deckelelement 4 ausgebildeten Führungselemente 55 und die im Bodenelement 1 ausgebildeten, korrespondierenden Führungsausnehmungen 56

ermöglicht.

In geschlossenem Zustand befindet sich zwischen dem Deckelelement 4 und dem Bodenelement 1 das Abdeckelement 3. Dieses Abdeckelement 3 liegt auf dem ersten Zwischendeckel 2 auf. Zwischen dem ersten Zwischendeckel 2 und dem Abdeckelement 3 befindet sich eine Befeuchtungskammer 38. In dieser Befeuchtungskammer 38 kann ein saugstarker Polymer-Schwamm eingelegt werden. Dieser erlaubt eine Wasseraufnahme von bis zu 20 ml. Das Abdeckelement 3 weist eine zentrale Öffnung 57 auf. Mit dieser zentralen Öffnung 57 ist das Abdeckelement 3 auf die Außenwandung der Inkubationskammer K aufsteckbar. Zudem sind im Abdeckelement 3 mehrere (konkret zwölf) radiale Gasdurchtrittsöffnungen 58 ausgebildet. Diese weisen einen Durchmesser von etwa 1 mm auf. Die Gasdurchtrittsöffnungen 58 dienen einerseits dem Befüllen der Befeuchtungskammer 38 mit sterilem Wasser und andererseits dem Gasdurchtritt, wobei das Gas G beim Durchströmen der Befeuchtungskammer 38 das in der Befeuchtungskammer 38 befindliche Wasser mitnimmt, wodurch eine Luftfeuchte von etwa 98 % erreicht wird. Danach gelangt das durch die Gasdurchtrittsöffnungen 58 hindurchgetretene, wasserdampfangereicherte Gas G über die zentrale Öffnung 57 in die Inkubationskammer K und verhindert dort das Austrocknen des biologischen Materials M.

In Fig. 3 sind die Komponenten des Inkubators 6 teilweise zusammengesetzt dargestellt. Das Deckelelement 4 weist die erste Eintrittsöffnung 13 und die erste Austrittsöffnung 14 auf. Das Bodenelement 1 weist die zweite Eintrittsöffnung 23, die zweite Austrittsöffnung 24 und die Gaszuführöffnung 39 auf. Zudem sind Teile des zweiten Leitungsabschnitts 42b und des dritten Leitungsabschnitts 42c gezeigt. Darüber hinaus ist auch ein Teil der Gasleitung 44 dargestellt. Das Abdeckelement 3 ist im Bodenelement 1 aufgenommen und weist die Gasdurchtrittsöffnungen 58 auf.

Auch die Führungsausnehmungen 56 sind erkennbar.

In Fig. 4 sind das Bodenelement 1, der erste Zwischendeckel 2 und das Abdeckelement 3 dargestellt. Zudem sind die zweite Temperierkammer 22 und die Befeuchtungskammer 38 als perspektivische Objekte dargestellt. Natürlich sind dies keine konkreten Bauteile, sondern es ergeben sich die Abmessungen und die Formen dieser beiden Kammern 22 und 38 durch die Wandungen und Flächen der anderen Bauteile 1, 2 und 3. Es ist jedenfalls erkennbar, dass sowohl die zweite Temperierkammer 22 als auch die Befeuchtungskammer 38 jeweils ringförmig um die Zentralachse Z herum ausgebildet sind. Die zweite Temperierkammer 22 ist zur Aufnahme von 30 bis 50 ml, vorzugsweise von etwa 40 ml, Temperierfluid T geeignet. Die Befeuchtungskammer 38 ist zur Aufnahme von 15 bis 25,

vorzugsweise von etwa 20 ml, Flüssigkeit geeignet.

Auf gleiche Art und Weise ist in Fig. 5 perspektivisch das Deckelelement 4 samt

zweiten Zwischendeckel 5 und dazwischen ausgebildeter erster Temperierkammer 12 dargestellt. Diese Temperierkammer 12 enthält 30 bis 50 ml, vorzugsweise etwa 40 ml, Temperierfluid T. Auch hier bilden natürlich wieder die inneren Flächen bzw.

Wandungen der Bauteile 4 und 5 die Temperierkammer 12.

In Fig. 6 ist passend zu Fig. 4 rechts oben das Bodenelement 1 und der erste Zwischendeckel 2 dargestellt. Im linken, unteren Bereich ist eine Draufsicht auf diesen Teil des Inkubators 6 ersichtlich. In dieser Draufsicht sind die Schnittlinien B-B und C-C eingezeichnet. Im rechts unten dargestellten Schnitt C-C ist die Gaszuführöffnung 39 erkennbar, über welche Gas G in die Gaszuführkammer 50

gelangt. Über die Durchlassöffnung 52 hindurch gelangt das eingeströmte Gas G

durch den ersten Zwischendeckel 2 hindurch in Richtung Befeuchtungskammer 38. Erkennbar ist in diesem Schnitt C-C, dass der erste Zwischendeckel 2 im äußeren Bereich an einer Innenwandung des Bodenelements 1 anliegt und im inneren Bereich an der Wandung der Inkubationskammer K außen anliegt. Dadurch wird der zweite Zwischendeckel 2 relativ fest mit dem Bodenelement 1 verbunden und es bildet sich zwischen diesen beiden Bauteilen 1 und 2 die zweite Temperierkammer 22. Im Schnitt B-B ist diese Verbindung zwischen erstem Zwischendeckel 2 und Bodenelement 1 ebenfalls erkennbar. Im Schnitt B-B ist auch die Schnittlinie A-A eingezeichnet. Der dazugehörige Schnitt A-A ist links oben zu Fig. 6 dargestellt. Vor allem ergibt sich aus diesem Schnitt A-A wiederum die zweite Eintrittsöffnung 23, die zweite Austrittsöffnung 24 und die Gaszuführöffnung 39 sowie die Durchlassöffnung 52. Besonders gut sind in diesem Schnitt A-A aber die Leitelemente 31 erkennbar. Konkret gibt es zwei Arten von Leitelementen 31. Einerseits sind dies die Hauptstege 33 und andererseits die Seitenstege 36. Die Seitenstege 36 befinden sich relativ nah an der äußeren Wandfläche 22a der zweiten Temperierkammer 22 und sind zur radialen Richtung um ca. 35° bis 55° schräggestellt. Die Leitelemente 31 dienen zur Strömungsleitung des einströmenden Temperierfluids T. Zwischen den Leitelementen 31 und den Wandflächen 22i und 22a sind Durchströmöffnungen 32 ausgebildet. Die Leitelemente 31 sind in regelmäßigen Abständen zueinander und gleichmäßig beabstandet zu einer Zentralachse Z angeordnet. Die Hauptstege 33 umfassen einen ersten, radial außenliegenden, im Wesentlichen radial ausgerichteten, gerade Leitabschnitt 34. Zudem weisen die Hauptstege 33 einen näher an der Zentralachse Z liegenden, geraden, zweiten Leitabschnitt 35 auf. Der zweite Leitabschnitt 35 ist in einem Winkel zwischen 15° und 65° zum ersten

Leitabschnitt 34 ausgerichtet. In diesem Fall beträgt dieser Winkel a in etwa 40°.

In Fig. 7 sind dieselben Darstellungen wie in Fig. 6 enthalten, nur bezogen auf das Deckelelement 4 und den zweiten Zwischendeckel 5. Rechts oben sind das Deckelelement 4 samt erster Eintrittsöffnung 13 und erster Austrittsöffnung 14 sowie der zweite Zwischendeckel 5 dargestellt. Links unten ist eine Draufsicht auf das Deckelelement 4 gezeigt. In dieser Draufsicht sind die Schnittlinien H-H und II eingezeichnet. Im rechts unten dargestellten Schnitt I-I ist die erste Austrittsöffnung 14 gezeigt, welche von der ersten Temperierkammer 12 abzweigt. Der zweite

Zwischendeckel 5, im speziellen dessen Haltering 45, ist korrespondierend zum

Haltering 46 des Deckelelements 4 ausgebildet. Aus dem Schnitt H-H sind besonders gut die beiden Sichtfenster 91 und 92 sowie der Sichtkanal 10 der Sichtvorrichtung 8 erkennbar. Diese sind zentral im Inkubator 6 angeordnet. In diesem Schnitt H-H sind auch die Abtropfkammern 59 erkennbar. Im Schnitt H-H ist die Schnittlinie G-G eingezeichnet. Der dazugehörige Schnitt G-G ist in Fig. 7 links oben dargestellt. Gut sind in diesem Schnitt G-G die ringförmig um die Inkubationskammer K angeordneten Abtropfkammern 59 und die Abtropfrippen 60 erkennbar. Die von der Inkubationskammer K aufsteigende Inkubationsluft ist wasserdampfgesättigt und kühlt im Deckel-Randbereich ab und kondensiert an den Wänden der Abtropfkammern 59 und an den Abtropfrippen 60. Das kondensierte Kondenswasser tropft dann in die Befeuchtungskammer 38 zurück. Im Schnitt G-G sind auch die Eintrittsöffnung 13 und die erste Austrittsöffnung 14 sowie die erste Temperierkammer 12 dargestellt. Die erste Temperierkammer 12 ist seitlich von der äußeren Wandfläche 12a und der inneren Wandfläche 12i begrenzt. Auch in dieser ersten Temperierkammer 12 sind Leitelemente 31 angeordnet, welche wieder in Seitenstege 36 und Hauptstege 33 unterteilt sind. Auch diese Hauptstege 33 weisen

einen ersten Leitabschnitt 34 und einen zweiten Leitabschnitt 35 auf.

In den Figuren 8, 9, 10 und 11 sind weitere Varianten dargestellt, wie die Temperierkammern 12 bzw. 22 ausgebildet sind und vor allem wie darin die

Strömungsleitung erfolgt.

Fig. 8 ist im Wesentlichen identisch zur Ausführungsform gemäß Fig. 6, lediglich der zweite Leitabschnitt 35 der Hauptstege 33 ist weniger stark zum ersten Leitabschnitt

34 abgewinkelt.

Fig. 9 dagegen ist dagegen im Wesentlichen identisch zur Ausführungsform gemäß Fig. 7. Auch hier sind die zweiten Leitabschnitte 35 weniger stark zum ersten

Leitabschnitt 34 abgewinkelt.

In Fig. 10 ist passend zu Fig. 8 auch die Strömung des Temperierfluids T dargestellt. Die Dicke der Pfeile gibt dabei die Stärke und/oder Geschwindigkeit der Strömung an. Generell sind die Schikanen (Leitelemente 31) so ausgelegt, dass die zentrale

Inkubationskammer K in der Bodenplatte (Bodenelement 1) und der zentrale

optische Durchsichtskanal (Sichtvorrichtung 8) in der Deckelplatte (Deckelelement 4) bestmöglich mit frischem Warmwasser (Temperierfluid T) umspült werden. Ein weiterer Vorteil ist die Anbringung kleiner Rand-Schikanen (Seitenstege 36) im Außenbereich, um dort Kreiselströme mit hoher Wasserverweildauer und dadurch bedingter zonaler Abkühlung zu vermeiden. Die inneren Schikanen (Hauptstege 33) sind in Form von fünf abgewinkelten langen und vier kurzen Geraden im Bodenelement 1 und in Form von fünf abgewinkelten langen und fünf kurzen Geraden im Deckelelement 4 ausgebildet. Diese Leitelemente 31 sind im Winkel von

72° zueinander um den Plattenmittelpunkt (Zentralachse Z) versetzt angeordnet.

In Fig. 11 ist eine alternative Ausbildung der Strömungsführung in den Temperierkammern 12 bzw. 22 dargestellt. In Fig. 11 ist konkret das Deckelelement 4 dargestellt, jedoch kann dieselbe Ausgestaltung auch im Bodenelement 1 vorgesehen sein. In dieser Fig. 11 ist in der ersten Temperierkammer 12 und/oder der zweiten Temperierkammer 22 ein von Leitwänden begrenzter, mäanderförmiger Temperierkanal 37 ausgebildet. Dieser Temperierkanal 37 weist einen radial von der Eintrittsöffnung 13 in Richtung Inkubationskammer K verlaufenden Einströmabschnitt E auf. An diesem Einströmabschnitt E schließt direkt der von der inneren Wandfläche 12i begrenzte erste Ringabschnitt R1 an. An diesen ersten Ringabschnitt R1 schließen radial nach außen mehrere, um die Zentralachse Z führende, mäanderförmig aufeinander folgende Ringabschnitte Rn an. Vom äußersten Ringabschnitt Rn gelangt dann das (abgekühlte) Temperierfluid T wieder in die erste Austrittsöffnung 14. Somit ist dieser Strömungskanal (Temperierkanal 37) in teilringförmigen Mäandern angelegt, wobei das einströmende Wasser immer zuerst den Zentralbereich umströmen soll, um einen Wärmetransportverlust zu den inkubierten Zellen in der Inkubationskammer K bzw. hin zum Sichtkanal 10 zu

vermeiden.

Fig. 12 zeigt einen vertikalen Schnitt durch den Inkubator 6, wobei der zweite Zwischendeckel 5 und das Deckelelement 4 punktiert dargestellt sind. Diese Fig. 12 veranschaulicht vor allem den Weg des Gases G durch den Inkubator 6. Generell ist in Fig. 12 das Bodenelement 1 mit der Inkubationskammer K, der Gaszuführkammer 50, der ringförmig umlaufenden Befeuchtungskammer 38 und dem

Warmwassermantel (zweite Temperiervorrichtung 21) dargestellt. Die

Gaszuführkammer 50 dient als Begasungskammer zum Vorwärmen des einströmenden Trockengas-Gemisches. Dieses Trockengas-Gemisch besteht zu, vorzugsweise etwa 95 %, aus Luft und zu, vorzugsweise etwa 5 %, aus CO». Der erste Zwischendeckel 2 bildet einen ringförmig verschweißten, wasser- und gasdichten Deckel mit einem Loch (Gasaustrittsöffnung 58) zum Gasübertritt in die Befeuchtungskammer 38. Die Gaszuführöffnung 39 weist eine zentrale Luer-LockAnschlusskupplung für eine Gaszufuhr auf. Damit kann Gas G mit etwa 10 ml pro Minute bei maximal 1 bar zugeführt werden. Bevorzugt ist in der Befeuchtungskammer 38 ein saugstarker Polymerschwamm eingelegt. Dieser ist ringförmig ausgebildet und ermöglicht eine Wasseraufnahme von bis zu 20 ml. Das über die Durchlassöffnung 52 einströmende Gas G nimmt Wasser mit, wodurch das Gas G eine Luftfeuchte von bis zu 98 % aufweist. Die Befeuchtungskammer 38 ist durch das Abdeckelement 3 abgedeckt. Dieses Abdeckelement 3 ist durch die Gasdurchtrittsöffnungen 58 mehrfach perforiert und ist ringförmig ausgebildet. Zwischen dem Abdeckelement 3 und dem zweiten Zwischendeckel 5 ist ein Atmosphären-Hohlraum 61 ausgebildet. Dieser sorgt für einen barrierefreien Gasaustausch mit der Inkubationskammer K. Das Deckelelement 4 weist den Warmwassermantel (erste Temperiervorrichtung 11 samt Temperierkammer 12), die versiegelte Sichtvorrichtung 8 und die Abtropfrippen 60 auf. Die Gasdurchtrittsöffnungen 58 weisen einen Durchmesser von etwa 1 mm auf und sind im Befeuchtungskammerdeckel (Abdeckelement 3) ausgebildet. Diese dienen gleichzeitig zum Befüllen mit etwa 20 ml sterilem Wasser. Der Warmwassermantel (Temperierkanal 12) im Deckelelement 4 dient der Warmwasserzufuhr zur Sichtvorrichtung 8. Die Warmwasserzufuhr erfolgt von Umlaufthermostaten (bei 20°C Raumtemperatur mit 38,5°C warmen Wasser zu perfundieren). Der Sichtkanal 10 ist durch scheibenförmige Sichtplatten (Sichtfenster 91 und 92) abgeschlossen. Dadurch wird der Sichtkanal 10 teilweise durch eine innenversiegelte Durchsichtskammer gebildet. Diese dient vor allem auch zur Vermeidung von Kondenswasserbildung im optischen Pfad. Mit den Abtropfrippen 60 wird die aufsteigende Inkubationsluft, welche wasserkampfgesättigt ist, abgekühlt, wodurch im Deckelrandbereich das Wasser kondensiert und das Kondenswasser zurück Richtung Befeuchtungskammer 38 tropft. Der zweite Zwischendeckel 5 bildet eine Art scheibenförmige Sichtplatte. Diese ist ringförmig verschweißt und bildet eine wasser-

und gasdichte Barriere zur ersten Temperierkammer 12 und zum Sichtkanal 10 zur

Zellbeobachtung. Nachdem das Gas G über den Atmosphären-Hohlraum 61 die Inkubationskammer K erreicht hat, erfolgt der Gasaustritt ringförmig am Deckelrand des Inkubators 6. Konkret entweicht das Gas G mit etwa 10 ml pro Minute durch den geringfügigen Spalt zwischen dem Deckelelement 4 und dem Bodenelement 1 aus dem Inkubator 6. Der Warmwassermantel (Temperierkammer 22) im Bodenelement 1 verfügt über eine Warmwasserzufuhr (Eintrittsöffnung 23). Über diese Eintrittsöffnung 23 gelangt das Temperierfluid T vom Deckelelement 4 über eine Luer-Lock-Kupplung in die Temperierkammer 22. Bei einer Raumtemperatur von 22° C ist das Wasser in diesem Bereich noch etwa 37° C warm. D. h., das Temperierfluid T hat sich nach dem Durchfließen der ersten Temperierkammer 12 um etwa 1,5° C abgekühlt. Am Bodenelement 1 sind mehrere (konkret drei) ringförmig geschlossene (konzentrische) Stege 62 ausgebildet. Diese sind etwa 1 mm hoch und dienen zur Minimierung des Bodenkontaktes. Dadurch wird ein Wärmeverlust über die Ableitung zum Mikroskoptisch verhindert. Das biologische Material M am Boden der Inkubationskammer K wird durch lebende Zellen gebildet. Die Dicke der Bodenplatte des Bodenelements 1 beträgt etwa 0,6 mm. Dadurch ist es geeignet, für Objektive bis zu einer 60-fachen Vergrößerung. Der Abschnitt des Bodenelements 1 der Inkubationskammer K kann an der Innenseite oberflächenbehandelt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist er plasmaaktiviert, um zur besseren Benetzbarkeit und Zellhaftung eine hydrophobe Oberfläche herzustellen. Mit dem Bezugszeichen 63 ist ein Inkubationsmedium bezeichnet. Dieses Inkubationsmedium 63 besteht aus Nährstoffen und darin gelöstem Sauerstoff / CO». Das Nährmedium (Inkubationsmedium 63) versorgt die inkubierten Zellen mit Nährstoffen und über seine Oberfläche findet der Gasaustausch mit dem befeuchteten Nährgas statt. Von den Zellen gebildetes CO» diffundiert dabei durch das flüssige Nährmedium an dessen Oberfläche, während für die Atmung benötigter Sauerstoff von der Oberfläche durch das Nährmedium zu den Zellen diffundiert. Die Inkubationskammer K ist nach oben offen und kommuniziert mit dem Atmosphären-Hohlraum 61. Die Luftfeuchte von etwa 98 % verhindert eine

Verdunstung des Inkubationsmediums 63. In Fig. 13 ist eine Draufsicht auf eine alternative Ausführungsform eines

Deckelelements 4 dargestellt. Im Deckelelement 4 ist eine Sichtfenster 9 in Form

einer zentralen Linse ausgebildet. Konkret sind hier vier regelmäßig angeordnete

Leitelemente 31 in der ersten Temperierkammer 12 ausgebildet. Es ergibt sich eine

volle Temperierfluidfüllung im Deckelelement 4.

In Fig. 14 ist perspektivisch ein alternatives Ausführungsbeispiel des Bodenelements 1 dargestellt. Die Unterseite des Inkubators 6 ist in diesem Fall nicht durchgängig scheibenförmig ausgebildet. Vielmehr ist die Unterseite des Inkubators 6 mit einem eingeklipsten, reibschlüssig verbundenen Glasboden 64 versehen, der in diesem Fall von einer ringförmigen Bodenfläche 22b (aus Polystyrol) umschlossen und wasserdicht gehalten wird. Im zentralen Kammerbereich ist die PolystyrolBodenplatte in diesem Fall also kreisförmig offen und am Innenrand mit Halte- oder Klipsstegen versehen. Der Kammerboden ist in dieser Variante (statt aus 0,6 mm Polystyrol) vorzugsweise aus 16 bis 20 um starkem, inerten Borosilikat- oder Quartzglas gebildet und UV-durchlässig, so dass hochauflösende Mikroskopaufnahmen (mit bis zu 100-facher Vergrößerungen) möglich sind. Zudem kann das biologische Material M mit Wellenlängen im UV-Bereich angeregt werden, um Fluoreszenzaufnahmen auch mit Anregungswellenlängen unter 360nm zu

ermöglichen.

Bezugszeichenliste

1 Bodenelement

2 erster Zwischendeckel 3 Abdeckelement

4 Deckelelement

5 zweiter Zwischendeckel

6 Inkubator

7 Gehäuse

8 Sichtvorrichtung

9 Sichtfenster

91 erstes Sichtfenster

92 zweiter Sichtfenster

10 Sichtkanal

11 erste Temperiervorrichtung 12 erste Temperierkammer

12i Innere Wandfläche der ersten Temperierkammer

12a äußere Wandfläche der ersten Temperierkammer 12b Bodenfläche der ersten Temperierkammer 12d Deckfläche der ersten Temperierkammer 13 erste Eintrittsöffnung

14 erste Austrittsöffnung

21 zweite Temperiervorrichtung

22 zweite Temperierkammer

22i Innere Wandfläche der zweiten Temperierkammer 22a äußere Wandfläche der zweiten Temperierkammer 22b Bodenfläche der zweiten Temperierkammer 22d Deckfläche der zweiten Temperierkammer 23 zweite Eintrittsöffnung

24 zweite Austrittsöffnung

30 Wandung

31 Leitelemente

32 Durchströmöffnungen

33 Hauptstege

34 erster Leitabschnitt

35 zweiter Leitabschnitt

36 Seitenstege

37 Temperierkanal

38 Befeuchtungskammer

39 Gaszuführöffnung

40 Anordnung

41 Temperierfluidquelle

42 Temperierfluidleitung

42a erster Leitungsabschnitt

42b zweiter Leitungsabschnitt

42c dritter Leitungsabschnitt

43 Gasquelle

44 Gasleitung

45 Haltering

46 Haltering

47 zentrale Öffnung

48 äußere Umfangsfläche 49 innere Umfangsfläche 50 Gaszuführkammer

51 Abdeckabschnitt

52 Durchlassöffnung

53 innere Umfangsfläche 54 äußere Umfangsfläche 55 Führungselemente

56 Führungsausnehmungen 57 zentrale Öffnung

58 Gasdurchtrittsöffnungen 59 Abtropfkammern

60 Abtropfrippen

61 Atmosphären-Hohlraum 62 Stege

63 Inkubationsmedium

64 Glasboden

M biologisches Material

K Inkubationskammer

T Temperierfluid

zZ Zentralachse a Winkel 35 zu 34 E Einströmabschnitt

R1 erster Ringabschnitt Rn _mäanderförmig aufeinander folgende Ringabschnitte G Gas

Innsbruck, am 17. April 2019

Claims

Patentansprüche

1. Inkubator (6) für biologisches Material (M), mit

— einem Gehäuse (7),

— einer im Gehäuse (7) angeordneten Inkubationskammer (K) für ein biologisches Material (M),

— einer im Gehäuse (7) angeordneten Sichtvorrichtung (8) zur Beobachtung des biologischen Materials (M) in der Inkubationskammer (K), wobei die Sichtvorrichtung (8) wenigstens ein Sichtfenster (9) und einen Sichtkanal (10) aufweist, und

— einer ersten Temperiervorrichtung (11) für die Sichtvorrichtung (8),

dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperiervorrichtung (T1) eine den

Sichtkanal (10) umgebende erste Temperierkammer (12), eine erste

Eintrittsöffnung (13), über die ein Temperierfluid (T) in die erste

Temperierkammer (12) strömen kann, und eine erste Austrittsöffnung (14), über

die das Temperierfluid (T) aus der ersten Temperierkammer (12) strömen kann,

aufweist.

2. Inkubator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und eine Zentralachse (Z) aufweist, wobei diese Zentralachse (Z) durch den Sichtkanal (10), das wenigstens eine

Sichtfenster (9) und die Inkubationskammer (K) führt.

3. Inkubator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (7) nur eine Sichtvorrichtung (8) und nur eine Inkubationskammer (K)

ausgebildet sind.

4. Inkubator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine zweite Temperiervorrichtung (21) für die Inkubationskammer (K), wobei die zweite Temperiervorrichtung (21) eine die Inkubationskammer (K) umgebende zweite Temperierkammer (22), eine zweite Eintrittsöffnung (23), über die ein Temperierfluid (T) in die zweite Temperierkammer (22) strömen kann, und eine zweite Austrittsöffnung (24), über die das Temperierfluid (T) aus der zweiten

Temperierkammer (22) strömen kann, aufweist.

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11.

Inkubator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sichtkanal (10) und/oder die Inkubationskammer (K) zumindest bereichsweise von einer, vorzugsweise um die Zentralachse (Z) ausgebildeten, kreiszylindermantelförmigen oder kegelmantelförmigen

Wandung (30) begrenzt sind/ist.

Inkubator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperierkammer (12) und/oder zweite

Temperierkammer (22) ringförmig um die Zentralachse (Z) ausgebildet sind/ist.

Inkubator nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Temperierkammer (12) und/oder zweite Temperierkammer (22) von einer inneren Wandfläche (12i; 22i), einer äußeren Wandfläche (12a; 22a), einer Bodenfläche (12b; 22b) und einer Deckfläche (12d; 22d) begrenzt sind/ist.

Inkubator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Temperierkammer (12) und/oder zweiten Temperierkammer (22) von den beiden Wandflächen (12i, 12a; 22i, 22a) separate Leitelemente (31) zur

Strömungsleitung des einströmenden Temperierfluids (T) angeordnet sind.

Inkubator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (31) als Leitwände ausgebildet sind, welche mit der Bodenfläche (12b; 22b) und/oder mit der Deckfläche (12d; 22d) verbunden sind.

Inkubator nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (31) von den Wandflächen (12i, 12a; 22i, 22a) beabstandet sind und zwischen den Leitelementen (31) und den Wandflächen (12i, 12a; 22i, 22a)

Durchströmöffnungen (32) ausgebildet sind. Inkubator nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass

die Leitelemente (31) in regelmäßigen Abständen zueinander und gleichmäßig

beabstandet zu einer Zentralachse (Z) angeordnet sind.

13.

14.

15.

16.

Inkubator nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (31) mehrere, vorzugsweise fünf, Hauptstege (33) umfassen, wobei die Hauptstege (33) einen ersten, radial außenliegenden, im Wesentlichen radial ausgerichteten, geraden Leitabschnitt (34) und einen mit dem ersten Leitabschnitt (34) verbundenen, näher an der Zentralachse (Z) liegenden, geraden, zweiten Leitabschnitt (35) aufweisen, wobei der zweite Leitabschnitt (35) in einem Winkel (a) zwischen 15° und 65°, vorzugsweise

zwischen 20° und 50°, zum ersten Leitabschnitt (34) ausgerichtet ist.

Inkubator nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitelemente (31) mehrere, vorzugsweise fünf, Seitenstege (36) umfassen, wobei die Seitenstege (36) separat und beabstandet von den Hauptstegen (33)

in der Temperierkammer (12; 22) angeordnet sind.

Inkubator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Temperierkammer (12) und/oder zweiten Temperierkammer (22) ein von

Leitwänden begrenzter, mäanderförmiger Temperierkanal (37) ausgebildet ist.

Inkubator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der

Temperierkanal (37)

— einen im Wesentlichen radial verlaufenden Einströmabschnitt (E),

— einen an den Einströmabschnitt (E) anschließenden, direkt von der inneren Wandfläche (12i; 22i) begrenzten, um die Zentralachse (Z) führenden, ersten Ringabschnitt (R1) und

— mehrere, an den ersten Ringabschnitt (R1) radial nach außen anschließende, um die Zentralachse (Z) führende, mäanderförmig aufeinander folgende Ringabschnitte (Rn)

umfasst. Inkubator (6) für biologisches Material (M), insbesondere nach einem der

Ansprüche 1 bis 15, mit

— einem mehrteiligen Gehäuse (7),

— einer vom Gehäuse (7) gebildeten Inkubationskammer (K) für ein biologisches Material (M),

— einer vom Gehäuse (7) gebildeten Sichtvorrichtung (8) zur Beobachtung des biologischen Materials (M) in der Inkubationskammer (K), wobei die Sichtvorrichtung (8) wenigstens ein Sichtfenster (9) und einen Sichtkanal (10) aufweist,

— einer vom Gehäuse (7) gebildeten zweiten Temperiervorrichtung (21) für die Inkubationskammer (K), wobei die zweite Temperiervorrichtung (21) eine die Inkubationskammer (K) umgebende zweite Temperierkammer (22), eine zweite Eintrittsöffnung (23), über die ein Temperierfluid (T) in die zweite Temperierkammer (22) strömen kann, und eine zweite Austrittsöffnung (24), über die das Temperierfluid (T) aus der zweiten Temperierkammer (22) strömen kann, aufweist,

— einer vom Gehäuse (7) gebildeten und die Inkubationskammer (K) bereichsweise umgebenden Befeuchtungskammer (38) und

— einer vom Gehäuse (7) gebildeten Gaszuführöffnung (39), über welche ein Gas (G) über die Befeuchtungskammer (38) in die Inkubationskammer (K) einströmen kann,

dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7) vollständig aus zumindest

bereichsweise transparentem, vorzugsweise spritzgegossenem, Kunststoff

besteht.

Inkubator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (7)

die folgenden fünf, jeweils einstückigen Bauteile (1, 2, 3, 4, 5) umfasst:

— ein Bodenelement (1), in welchem ein Teil der Inkubationskammer (K), die zweite Eintrittsöffnung (23), die zweite Austrittsöffnung (24), die Gaszuführöffnung (39) und ein Teil der zweiten Temperierkammer (22) ausgebildet ist,

— einen mit dem Bodenelement (1), vorzugsweise reibschlüssig, verbindbaren, ersten Zwischendeckel (2), welcher zusammen mit dem Bodenelement (1) die zweite Temperierkammer (22) bildet,

— ein auf dem ersten Zwischendeckel (2) angeordnetes perforiertes Abdeckelement (3), welches zusammen mit dem Zwischendeckel (2) die

Befeuchtungskammer (38) bildet,

19.

20.

21.

22.

— ein mit dem Bodenelement (1), vorzugsweise reibschlüssig, verbindbares Deckelelement (4), in welchem die Sichtvorrichtung (8), die erste Eintrittsöffnung (13), die erste Austrittsöffnung (14) und ein Teil der ersten Temperierkammer (12) ausgebildet ist, und

— einen mit dem Deckelelement (4), vorzugsweise reibschlüssig, verbindbaren, zweiten Zwischendeckel (5), welcher zusammen mit dem

Deckelelement (4) die erste Temperierkammer (12) bildet.

Inkubator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Deckelelement (4) ein erstes, vorzugsweise linsenförmiges, Sichtfenster (91) ausgebildet ist und im zweiten Zwischendeckel (5) ein zweites Sichtfenster (92) ausgebildet ist,

wobei das zweite Sichtfenster (92) die Inkubationskammer (K) begrenzt.

Inkubator nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die fünf

Bauteile (1, 2, 3, 4, 5) aus demselben Kunststoff bestehen.

Inkubator nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass

der Kunststoff ein transparenter Thermoplast, vorzugsweise Polystyrol, ist.

Anordnung (40) mit einem Inkubator (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, mit

— einer Temperierfluidquelle (41),

— einer Temperierfluidleitung (42), welche die Eintrittsöffnungen (13; 23) bzw. Austrittsöffnungen (14; 24) mit der Temperierfluidquelle (41) verbindet,

— einer Gasquelle (43) und

— einer die Gasquelle (43) mit der Gaszuführöffnung (39) verbindenden Gasleitung (44).

Anordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperfluidleitung (42) einen ersten Leitungsabschnitt (42a), welcher die Temperierfluidquelle (41) mit der ersten Eintrittsöffnung (13) verbindet, und einen zweiten Leitungsabschnitt (42b), welcher die erste Austrittsöffnung (14)

mit der zweiten Eintrittsöffnung (23) verbindet.

aufweist.

Innsbruck, am 17. April 2019