DE20006548U1 - Vorrichtung zum Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren - Google Patents

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Reinhardt Söllner Ganahl

PATENTANWÄLTE

Patentanwälte Reinhardt Söllner Ganahl ■ P.O. Box 12 26 ■ D-85542 Kirchheim b. München

08/04/2000 Deutsches Gebrauchsmuster
MWG-BIOTECH AG
DE-2295/MWG-20

Vorrichtung zum Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren in Probengefäßen, insbesondere zum Seqenzieren und Amplifizieren von Nukleinsäuresequenzen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der US 5,443,791 geht bereits eine Vorrichtung zum Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren hervor, die mehrere Arbeitsstationen besitzt. Bei diesen Arbeitsstationen handelt es sich um einen Thermocycler, eine aktive gekühlte Enzym-Speicherstation, eine Waschstation, eine Reagenzienspeicherstation und eine DNA-Probenstation. Mit dem Thermocycler können Temperaturprofile abgefahren werden, so dass sich entsprechende Temperaturprofile in den im Thermocycler befindlichen Proben einstellen, so dass es sich beispielsweise beim Thermocycler um eine Einrichtung zur Durchführung eines biologischen Verfahrens handelt, wie beispielsweise dem PCR-Verfahren. Neben einer solchen Einrichtung zur Durchführung eines biologischen Verfahrens kann eine gattungsgemäße Vorrichtung auch eine Einrichtung zur Vorbereitung eines solchen Verfahrens aufweisen, wie beispielsweise eine Vereinzelungseinrichtung, die eine Mikrotiterplatte mit zu untersuchenden Pro-

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Dipl.-Ing. Udo Söllner
Dipl.-Phys. Bernhard Ganahl

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ben füllt. Eine solche Mikrotiterplatte wird dann mit einer an der Vorrichtung angeordneten automatischen Handhabungseinrichtung innerhalb des Verfahrbereichs der Handhabungseinrichtung bewegt.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist beispielsweise aus der WO 99/26070 der Anmelderin bekannt geworden. Diese bekannte Vorrichtung weist eine Pipettiereinrichtung und einen Thermocycler als Arbeitsstationen sowie eine Handhabungseinrichtung zum Bewegen von separat von den Arbeitsstationen ausgebildeten Probengefäßen auf und hat sich in der Praxis bereits bestens bewährt.

Um den Durchsatz dieser bekannten Vorrichtung beispielsweise bezüglich des Amplifizierens von Nukleinsäuresequenzen zu erhöhen, können an dieser Vorrichtung mehrere Thermocycler vorgesehen werden. Mit der automatischen Handhabungseinrichtung werden dann die zu untersuchenden Proben enthaltenden Probengefäße in der Form der Mikrotiterplatten in die Thermocycler eingesetzt. Damit können mehrere Mikrotiterplatten im wesentlichen gleichzeitig mit den darin enthaltenen Proben einem Temperaturprofil im Thermocycler unterzogen werden, so dass diese Mikrotiterplatten vorher mit den entsprechenden zu untersuchenden Proben befüllt werden müssen, um das biologische oder chemische Verfahren vorzubereiten.

Zur Erhöhung des Durchsatzes einer solchen Vorrichtung können solche Mikrotiterplatten in einem Stapel auf Vorrat gehalten werden. Bisher wurden solche auf Vorrat gehaltenen Mikrotiterplatten der Vorrichtung zum automatischen Durchführen von chemischen oder biologischen Verfahren dann von einer Bedienperson zugeführt, so dass die an der Vorrichtung vorgesehene Handhabungseinrichtung dann diese Mikrotiterplatten aufnehmen und im Verfahrbereich der Vorrichtung dann zu den einzelnen Arbeitsstationen weiterbefördern konnte. Es macht dies deutlich, dass es sich dabei um einen arbeitsintensiven Vorgang handelt, da dieser monotone Arbeitsschritt der Zuführung bereits vorbereiteter Probengefäße oder auch noch leerer Probenge-

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fäße zur automatischen Vorrichtung durch eine Bedienperson, damit diese noch leeren Probengefäße an einer an der automatischen Vorrichtung beispielsweise vorgesehenen Pipettierarbeitsstation befüllt werden, aufwendig und ermüdend ist.

Es wurde daher bereits versucht, dieses Problem dadurch zu umgehen, dass neben der automatischen Vorrichtung zur Durchführung von chemischen und biologischen Verfahren eine Robotereinheit aufgebaut wurde, die die einzelnen Probengefäße der automatischen Vorrichtung zuführt, damit diese dann dort von der automatischen Handhabungseinrichtung übernommen werden. Bei einer solchen Robotereinheit handelt es sich um eine mit einer eigenen Steuerung versehene und auf einer Plattform verfahrbaren und mit Freiheitsgraden zur Bewegung in alle Raumrichtungen ausgestattete multifunktionale Maschine, die die vorgenannte Aufgabe der Zuführung der Probengefäße zur automatischen Vorrichtung zwar möglicherweise erfüllen kann, dies aber nur unter Inkaufnahme eines ausgesprochen hohen Kapitalaufwands aufgrund dieser mechanisch und elektronisch äußerst aufwendig ausgebildeten Robotereinheit.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher nunmehr zur Beseitigung dieser Nachteile die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden, dass ihr Durchsatz betreffend die Handhabung von leeren oder bereits gefüllten Probengefäßen erhöht werden kann, ohne dass hierzu eine aufwändige und kostenintensive Robotereinheit erforderlich ist.

Die Erfindung weist zur Lösung dieser Aufgabe die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale auf. Vorteilhafte Ausgestaltungen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.

Nach der Erfindung ist daher nunmehr eine Vorrichtung zum automatischen Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren in Probengefäßen vorgesehen,

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insbesondere zum Sequenzieren und Amplifizieren von Nukleinsäuresequenzen, mit mindestens einer Einrichtung zum Vorbereitung und/oder Durchführen der Verfahren und mindestens einer Handhabungseinrichtung zum Handhaben der Probengefäße, wobei die Vorrichtung einen Bandförderer zum Zuführen und/oder Abtransportieren der Probengefäße zur Handhabungseinrichtung hin und/oder dieser weg aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit anderen Worten ein Bandförderer vorgesehen, mit dem leere oder bereits befüllte Probengefäße in den Arbeitsbereich der an der automatischen Vorrichtung vorgesehenen Handhabungseinrichtung hineinbefördert werden können und auch aus diesem Arbeitsbereich wieder herausbefördert werden können. So ist es beispielsweise möglich, mit dem Bandförderer leere Probengefäße aus einem Lagerbereich außerhalb der automatischen Vorrichtung in den Arbeitsbereich der dort angeordneten Handhabungseinrichtung zu befördern, so dass die Handhabungseinrichtung dann die leeren Probengefäße übernimmt und beispielsweise einer dort vorgesehenen Pipettiereinrichtung zur Befüllung mit zu untersuchenden Proben und damit zur Vorbereitung eines biologischen oder chemischen Verfahrens zuführt. Auch ist es möglich, dass der Bandförderer bereits mit Proben befüllte Probengefäße aus beispielsweise einem Lagerstapel außerhalb der automatischen Vorrichtung in den Handhabungsbereich der Handhabungseinrichtung zuführt, so dass diese dann befüllten Probengefäße von der Handhabungseinrichtung einer Einrichtung zur Durchführung eines chemischen bzw. biologischen Verfahrens beispielsweise einem Thermocycler zugeführt werden. Auch ist der Fall möglich, dass vom Bandförderer leere Probengefäße von außerhalb des Arbeitsbereichs der automatischen Handhabungseinrichtung zu dieser befördert werden, die diese dann übemimmt, einer Pipettiereinrichtung zuführt, dort die zu untersuchenden Proben und Reagenzien und dergleichen in die Probengefäße eingefüllt werden, die Handhabungseinrichtung diese dann befüllten Probengefäße in der Form von beispielsweise Mikrotiterplatten wieder dem Bandförderer zuführt, und dieser dann die vorbereiteten Probengefäße einem Lagerstapel außerhalb der automatischen Vorrichtung zur Zwi-

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schenspeicherung zuführt und diese dann dem Zwischenspeicher wieder entnimmt, und der Handhabungseinrichtung wieder zuführt, wenn eine an der automatischen Vorrichtung vorgesehene Einrichtung zur Durchführung eines chemischen bzw. biologischen Verfahrens also beispielsweise ein Thermocycler, für die Aufnahme des befüllten Probengefäßes bereit ist. Diese Schilderung macht es möglich, dass unter Zuhilfenahme des Bandförderers der Durchsatz der automatischen Vorrichtung zur Durchführung von chemischen und biologischen Verfahren deutlich erhöht werden kann. Der nach der Erfindung vorgesehene Bandförderer ist, verglichen mit der vorstehend beschriebenen Robotereinheit, eine wesentliche Vereinfachung in mechanischer und elektronischer Hinsicht und damit bezüglich des anfallenden Kostenaufwandes, da der Bandförderer eine Bewegung der Probengefäße in Richtung der Förderrichtung zulässt, nicht aber zur Bewegung der Probengefäße in alle Raumrichtungen ausgebildet ist, was bei der bekannten Robotereinheit der Fall ist, aber zur Handhabung der Probengefäße nicht benötigt wird.

Neben der Erhöhung des Durchsatzes von zu handhabenden Probengefäßen ermöglicht der nach der Erfindung vorgesehene Bandförderer auch eine Erweiterung der automatischen Vorrichtung um eine weitere automatische Vorrichtung, so dass beispielsweise damit zwei solche automatischen Vorrichtungen miteinander verbunden werden können und befüllte oder nicht befüllte Probengefäße austauschen können und damit eine Ergänzung einer bereits vorhandenen automatischen Vorrichtung um eine weitere automatische Vorrichtung möglich ist derart, dass die bereits vorhandene automatische Vorrichtung zur Durchführung chemischer und biologischer Verfahren ergänzt wird, indem beispielsweise dort neben einem bereits vorhandenen Thermocycler ein weiterer oder mehrere weitere Thermocycler eingebaut werden, die Probengefäße aufnehmen können, die von der neu angeschafften automatischen Vorrichtung vorbereitet wurden, an der eine Arbeitsstation in der Form einer oder mehrerer Pipettiereinrichtungen vorgesehen ist, die leere Probengefäße mit zu untersuchenden Proben und Reagenzien füllt und diese beispielsweise in einem Zwi-

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schenspeicher speichert, der wieder mit einem Bandförderer mit der automatischen Vorrichtung mit Pipettierstationen verbunden ist und diese Probengefäße dann der automatischen Vorrichtung mit Thermocyclern über den Bandförderer, der die automatische Vorrichtung mit Pipettierstationen mit der automatischen Vorrichtung mit Thermocyclern verbindet, zugeführt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann dabei zum Pipettieren und/oder zur Durchführung des PCR-Verfahrens ausgebildet sein, wobei auch eine Ausbildung zusätzlich zu dieser genannten Ausbildung oder alternativ hierzu zum Sequenzieren von Nukleinsäuresequenzen und/oder zur Vorbereitung von Proben für die Elektrophorese und/oder zur Durchführung der SNP-Analyse und/oder zur Aufreinigung von DNA möglich ist.

Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Grundplatte aufweist, innerhalb deren Außenabmessungen die Handhabungseinrichtung vorzugsweise dreidimensional verfahrbar ist.

Der Förderbereich des Bandförderers kann sich dabei über die Außenabmessungen der Grundplatte hinaus erstrecken, so dass Probengefäße damit über die Außenabmessungen der Grundplatte hinaus befördert werden können und somit beispielsweise zu einem außerhalb der Grundplatte vorgesehenen Zwischenspeicher oder einer weiteren automatischen Vorrichtung für die Durchführung von chemischen bzw. biologischen Verfahren, wie dies vorstehend bereits erläutert wurde.

Der nach der Erfindung vorgesehene Bandförderer kann dabei Probengefäße zwischen einer Stapelvorrichtung für Probengefäße und der an der automatischen Vorrichtung vorgesehenen Handhabungseinrichtung befördern. Diese Stapelvorrichtung befindet sich vorzugsweise außerhalb der Grundplatte der Vorrichtung angeordnet, wobei der Bandförderer aber auch Probengefäße zwischen mindestens zwei nach-

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einander angeordneten Vorrichtungen zum automatischen Durchführen von biologischen bzw. chemischen Verfahren befördern kann.

Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besitzt der Bandförderer einen Förderschlitten zur Aufnahme von Probengefäße mit unterschiedlichen Abmessungen und dem Förderschlitten zugewandten unterschiedlich ausgebildeten Kontaktflächen. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass die vom Förderschlitten des Bandförderers aufzunehmenden Probengefäße unterschiedliche dem Förderschlitten zugewandte Kontaktflächen aufweisen können, mit denen sie am Förderschlitten aufliegen und der Förderschlitten so ausgebildet ist, dass er alle die damit zu befördernden Probengefäße aufnehmen kann.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass der Bandförderer die Probengefäße motorgetrieben und programmgesteuert befördert, so dass eine an der automatischen Vorrichtung zur Durchführung von chemischen bzw. biologischen Verfahren vorgesehene Steuervorrichtung in der Form beispielsweise eines Steuercomputers mit einem darin gespeicherten Steuerprogramm auch den Bandförderer programmgesteuert ansteuern kann.

Es ist dabei nach der Erfindung vorgesehen, dass die vom Bandförderer erreichbaren Endstellungen des Förderschlittens sensorisch überwacht einstellbar sind. Es bedeutet dies mit anderen Worten, dass die Endstellungen des Förderschlittens einerseits verstellt und damit eingestellt werden können und dass diese Endstellungen auch noch über Sensoren in der Form von beispielsweise Lichtschranken, induktiven oder kapazitiven Sensoren oder dergleichen überwacht werden und die vorstehend angesprochene Programmsteuerung das Erreichen dieser Einstellungen überwacht und die Versorgung des Antriebsmotors des Bandförderers mit Strom nach dem Erreichen der Endstellungen unterbricht. Auch ist eine Überwachung der Belegung des Förderschlittens mit Fördergut in der Form eines Probengefäßes oder dergleichen

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vorgesehen, wobei zu diesem Zweck beispielsweise über eine Lichtschranke, die die Oberseite des Förderschlittens überwacht, festgestellt wird, ob ein Probengefäß aufliegt oder nicht und damit das Verfahren des Förderschlittens freigegeben wird oder nicht.
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Es ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der Förderschlitten axial geführt auf einem Aufnahmerahmen läuft, wobei zum Antrieb des Förderschlittens ein Zahnriemen vorgesehen sein kann, der auf einer am Aufnahmerahmen angeordneten Lauffläche läuft.

Der erfindungsgemäße an der automatischen Vorrichtung vorgesehene Bandförderer kann Probengefäße zwischen einer Einrichtung zum Vorbereiten und einer Einrichtung zum Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren befördern, die an mindestens zwei und mit dem Bandförderer zum Transport von vorbereiteten Probengefäße verbundenen Vorrichtungen stattfinden.

Auch ist es vorgesehen, dass der an der Vorrichtung vorgesehene Bandförderer vorbereitete Probengefäße zwischen einer Stapelvorrichtung für Probengefäße und einer Vorrichtung zur Durchführung von chemischen bzw. biologischen Verfahren befördert.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es auch vorgesehen, dass der Bandförderer unvorbereitete Probengefäße zwischen einer Stapelvorrichtung für Probengefäße und einer Vorrichtung zur Vorbereitung von chemischen bzw. biologischen Verfahren befördert, so dass vom Bandförderer leere Probengefäße zu beispielsweise einer Pipettierstation an einer automatischen Vorrichtung für die Durchführung von chemischen bzw. biologischen Verfahren befördert werden und diese dann dort mit zu untersuchenden Proben befüllt und damit vorbereitet werden.

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Schließlich ist es nach der Erfindung auch vorgesehen, dass der Bandförderer die vorbereiteten Probengefäße zu einer Stapelvorrichtung für vorbereitete Probengefäße befördert, diese dort zwischengespeichert werden und vom Bandförderer zu einer Vorrichtung zum Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren befördert werden und der Bandförderer die Probengefäße nach der Durchführung der chemischen bzw. biologischen Verfahren wieder zu einer Stapelvorrichtung befördert. Es ist daher nach der Erfindung beispielsweise vorgesehen, dass eine Stapelvorrichtung für vorbereitete oder unvorbereitete Probengefäße mit einer Vorrichtung zur Vorbereitung der Probengefäße verbunden ist, diese dort im Falle unvorbereiteter Probengefäße befüllt werden, zur Stapelvorrichtung über den Bandförderer zur Zwischenspeicherung zurückbefördert werden oder auch über einen Bandförderer zu einer weiteren automatischen Vorrichtung mit Thermocyclem weitertransportiert werden, dort beispielsweise ein PCR-Verfahren durchgeführt wird und diese automatische Vorrichtung dann einen weiteren Bandförderer aufweist, der die Probengefäße nach der Durchführung des PCR-Verfahrens zu einer Stapelvorrichtung transportiert, die die bereits abgearbeiteten Probengefäße aufnimmt.

Der nach der Erfindung vorgesehene Bandförderer lässt daher eine Verbindung der automatischen Vorrichtung mit einer oder mehreren Stapelvorrichtungen zu, er ermöglicht auch die Ergänzung einer bereits vorhandenen automatischen Vorrichtung mit einer weiteren automatischen Vorrichtung, die spezialisiert sein kann und hierzu beispielsweise mehrere Thermocycler aufweisen kann, während eine damit verbundene weitere automatische Vorrichtung wiederum anderweitig spezialisiert sein kann, nämlich beispielsweise zur Vorbereitung der chemischen bzw. biologischen Verfahren, also beispielsweise zum Befüllen von Mikrotiterplatten.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

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Hg. 1 eine automatische Vorrichtung mit zwei Thermocyclern und zwei Pipet-

tierhaltern, sowie einem Bandförderer und einer Stapelvorrichtung zur Speicherung von Mikrotiterplatten;

Fig. 2 eine Ausführungsform mit zwei hintereinander angeordneten automati

schen Vorrichtungen, die über einen Bandförderer miteinander verbunden sind und eine Stapelvorrichtung als Zwischenspeicher besitzen;

Fig. 3 eine Ansicht von der Seite auf einen Bandförderer;

Fig. 4 eine Ansicht von oben auf den Bandförderer nach Figur 3;

Fig. 5 eine Ansicht auf den Aufnahmerahmen des Bandförderers;

Fig. 6 eine Ansicht auf die Lauffläche für einen Zahnriemen des Bandförderer;

und

Fig. 7A, B Ansichten auf den Förderschlitten des Bandförderers.

Figur 1 der Zeichnung zeigt anhand einer schematischen und perspektivischen Darstellung eine Vorrichtung 1 zum Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren bzw. Reaktionen in Probengefäße. An der Vorrichtung 1 befindet sich auch ein Bandförderer 2 angeordnet, der mit einer außerhalb des Arbeitsbereichs der Vorrichtung 1 angeordneten Stapelvorrichtung 3 funktional gekoppelt ist. Die Stapelvorrichtung 3 dient dabei der Aufnahme von leeren oder bereits mit zu untersuchenden Proben befüllten Probengefäßen in der Form von beispielsweise Mikrotiterplatten. Bei der in Figur 1 dargestellten Stapelvorrichtung 3 kann es sich beispielsweise um einen Zwischenspeicher in der Form eines Magazins handeln, in dem die Mikrotiterplatten übereinandergestapelt angeordnet sind und von einer Vereinzelungsvorrichtung in

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der Form von beispielsweise eine Hubeinrichtung nach unten befördert werden können und dort auf den näher anhand von Figur 3 ersichtlichen Förderschlitten des Bandförderers 2 gelegt werden können. Obwohl in Figur 1 nur eine solche Stapelvorrichtung dargestellt ist, können auch beispielsweise zwei oder mehrere dieser Stapelvorrichtungen nebeneinander vorgesehen sein, die miteinander funktional gekoppelt sind und einen Transport von Mikrotiterplatten auf den Förderschlitten des Bandförderers 2 gestatten.

Die Vorrichtung 1 weist eine rechteckförmige Grundplatte 4 mit zwei Stirnkanten 5 und einer vorderen und hinteren Längskante 6 auf. Auf der Grundplatte 4 ist an der hinteren Längskante 6 eine Rückwand 7 angeordnet. Am oberen Bereich ist in der Rückwand 7 eine horizontale, zur hinteren Längskante 6 der Grundplatte 4 parallele Schiene 8 vorgesehen, auf welcher zwei Roboterarme 9 in Längsrichtung der Schiene 8 (Doppelpfeil 10, X-Richtung) verfahrbar angeordnet sind. Die Roboterarme 9 sind jeweils geradlinige, steife Arme, die parallel zu den Stirnkanten 5 der Grundplatte 4 angeordnet sind. Sie stehen somit senkrecht auf der Ebene der Rückwand 7. An den Roboterarmen 9 ist jeweils ein Längsschlitz 11 vorgesehen, wobei sich durch die Längsschlitze 11 jeweils ein vertikal zur Grundplatte 4 angeordneter Betätigungsarm erstreckt. Die Betätigungsarme 12 sind jeweils entlang einer in Längsrichtung (Y-Richtung) der Roboterarme 9 verlaufende Schiene (nicht dargestellt) verfahrbar. Zusätzlich sind die Betätigungsarme 12 auch in vertikaler Richtung (Z-Richtung) verfahrbar. An einem der beiden Betätigungsarme 12 ist eine Pipettierspitze 13 und an dem anderen Betätigungsarm 12 ist eine gabelförmige Greifeinrichtung 14 befestigt. Mit der Greifeinrichtung 14 können Mikrotiterplatten aufgenommen und versetzt werden.

Auf der Grundplatte 4 sind zwei Thermocyclervorrichtungen 15 angeordnet, die schematisch mit ihrem Aufnahmebereich 16 und ihren Deckeln 17 im aufgeklappten Zustand dargestellt sind.

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Auf der Grundplatte 4 sind darüber hinaus zwei Pipettierhalter 18 ausgebildet, auf denen die Mikrotiterplatten aufgesetzt werden können. Die auf den Haltern 18 aufgesetzten Mikrotiterplatten sind bezüglich der Grundplatte 4 exakt ausgerichtet, so dass der Ort der einzelnen an den Mikrotiterplatten ausgebildeten Gefäße exakt festgelegt ist und von den Roboterarmen genau angesteuert werden können. Die Pipettierhalter 18 legen Pipettierstationen fest, an welchen das Pipettieren mittels der Pipettierspitze 13 ausgeführt werden kann.

Die Grundplatte 4 weist darüber hinaus ein Chemikalienreservoir 19 mit mehreren nach oben offenen Gefäßen mit diversen Chemikalien und eine Stapeleinrichtung 20 zum Aufnehmen von mehreren Mikrotiterplatten auf. Die Stapeleinrichtung 20 wird durch mehrere von der Rückwand 7 senkrecht vorstehende Stege 21 gebildet.

An der Grundplatte 4 befindet sich ein Ausschnitt 22 angeordnet, in den der Bandförderer 2 eingesetzt werden kann. Der Bandförderer 2, der näher anhand von Figur 3 der Zeichnung ersichtlich ist, ist mit einer Stapelvorrichtung 3 in der Form eines Magazins verbunden und kann aus diesem Mikrotiterplatten in den Arbeitsbereich der Roboterarme 9 hineintransportieren, so dass diese dann beispielsweise von dem mit der Greifeinrichtung 14 versehenen Roboterarm 9 vom Bandförderer 2 abgenommen und im Arbeitsbereich der Roboterarme 9 innerhalb der gesamten Grundplatte 4 weitertransportiert werden können.

Eine aus der Stapelvorrichtung 3 stammende Mikrotiterplatte, die bereits mit den zu untersuchenden Proben befüllt ist, wird daher mit dem Bandförderer 2 in den Verfahrbereich der Roboterarme 9 gebracht und dort von der Greifeinrichtung 14 aufgenommen und auf den Pipettierhalter 18 aufgesetzt. Über den mit der Pipettierspitze 13 versehenen Roboterarm 9 werden dann aus dem Chemikalienreservoir 19 stammende Chemikalien in die Mikrotiterplatte pipettiert und diese nach Abschluss des

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Pipettiervorgangs dann von der Greifeinrichtung 14 z.B. auf den Aufnahmebereich 16 des Thermocyclers 15 aufgesetzt. Sind in einem Thermocycler 15 eine Mikrotiterplatte und eine diese verschließende und nicht näher dargestellte Abdeckmatte eingebracht, so werden die motorgetriebenen Deckel 17 der jeweiligen Thermocyclervorrichtung 15 automatisch geschlossen und das entsprechende Verfahren kann beginnen. Wenn dann das chemische bzw. biologische Verfahren beendet ist, so öffnen sich die Deckel 17 wiederum selbständig und die Abdeckmatte kann über die Greifeinrichtung 14 entnommen und an der Grundplatte 4 abgelegt werden.

Figur 2 der Zeichnung zeigt nun zwei nacheinander angeordnete Vorrichtungen 1 zum automatischen Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, besitzt die in der Zeichnung links dargestellte Vorrichtung 1 vier Pipettierhalter 18, auf die über den mit der Greifeinrichtung 14 ausgestatteten Roboterarm 9 Mikrotiterplatten aufgelegt werden können, so dass über die Pipettierspitze 13 Chemikalien aus dem Chemikalienreservoir 19 in die Mikrotiterplatten eingebracht werden können. Bei dieser Vorrichtung ist es beispielsweise auch möglich, einen nicht näher dargestellten weiteren Roboterarm 9 mit einer weiteren Pipettierspitze 13 vorzusehen, so dass über den Greifer 14 Mikrotiterplatten auf die Pipettierhalter 18 aufgelegt werden, und dann über die beiden Pipettierspitzen gleichzeitig zwei Mikrotiterplatten mit Reagenzien aus dem Chemikalienreservoir 19 befüllt werden.

Die dann mit den zu untersuchenden Proben und mit den Reagenzien befüllten Mikrotiterplatten können mittels des Greifers 14 in der in der Rückwand 7 vorgesehenen Stapeleinrichtung 20 zwischengespeichert werden. Auch ist es möglich, die so befüllten Mikrotiterplatten über den Bandförderer 2 in die Stapelvorrichtung 3 zurückzutransportieren, wo sie zwischengespeichert werden, bis sie über den Bandförderer 2, den Greifer 14 und den weiteren Bandförderer 23 zu der in der Zeichnung in der rechten Hälfte dargestellten weiteren Vorrichtung 1 transportiert werden. Die in der

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Zeichnung in der rechten Hälfte dargestellte Vorrichtung 1 weist bei der dargestellten Ausführungsform nur einen Roboterarm 9 mit einem Greifer 14 auf, der die mit Probensubstanzen und mit Reagenzien befüllten Mikrotiterplatten von dem Bandförderer

23 abnehmen und in die dargestellten vier Thermocycler einsetzen kann. In diesen läuft dann, wie es vorstehend bereits erläutert wurde, ein chemisches oder biologisches Verfahren ab.

Figur 2 der Zeichnung macht ersichtlich, dass die in der linken Hälfte dargestellte Vorrichtung 1 so ausgebildet wurde, dass mit ihr an einer möglichst großen Zahl von Mikrotiterplatten ein Pipettiervorgang weitgehend gleichzeitig ausgeführt werden kann, während die in der rechten Hälfte der Zeichnung dargestellte Vorrichtung 1 zur Durchführung einer möglichst großen Zahl von chemischen bzw. biologischen Verfahren oder Reaktionen ausgebildet wurde. Der Bandförderer 23 dient dabei dem Transport von vorbereiteten Mikrotiterplatten zu der Vorrichtung 1, die der Durchführung der chemischen bzw. biologischen Reaktionen dient, während der Bandförderer 2 für den Transport von vorzubereitenden Probengefäßen dient.

Figur 3 der Zeichnung zeigt in einer Ansicht von der Seite eine Ausführungsform des Bandförderers 2, 23 nach der Erfindung.
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Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, weist der Bandförderer einen Aufnahmerahmen

24 auf, der in die Grundplatte 4 der Vorrichtung 1 eingesetzt werden kann, so dass auch eine nachträgliche Ergänzung einer Vorrichtung 3 um den Bandförderer 3, 23 möglich ist.

Der Aufnahmerahmen 24 zeichnet sich durch eine insgesamt langgestreckte Konfiguration aus, so dass der Verfahrweg in X-Richtung (Doppelpfeil 25) durch eine Veränderung der Längserstreckung des Aufnahmerahmens 24 angepasst werden kann.

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Innerhalb des Aufnahmerahmens 24 sind gestrichelt dargestellt eine dort drehbar gelagerte Umlenkrolle 26 sowie eine an dem gegenüberliegenden Endbereich des Aufnahmerahmens 24 dort ebenfalls drehbar gelagerte Antriebsrolle 27 angeordnet, wobei die beiden Rollen in der dargestellten Ausführungsform mit einem verzahnten Außenprofil versehen sind, da der am Aufnahmerahmen 24 in Axiallängsrichtung geführt verschiebbare Förderschlitten 28 über einen Zahnriemen 29 betätigt wird.

Wie es ohne weiteres anhand von Figur 3 der Zeichnung ersichtlich ist, wird die Antriebsrolle 27 von einem unterhalb des Aufnahmerahmens 24 lösbar angeflanschten Antriebsmotor 30, dem ein Getriebe nachgeschaltet sein kann, angetrieben und zwar über einen schematisch dargestellten Antriebsriemen 31. Zwischen dem Aufnahmerahmen 24 und dem Aufnahmerahmen 32 für den Antriebsmotor 30 ist ein Vibrationsabsorber 33 in der Form beispielsweise eines Elastomers zur Schwingungsentkopplung des Aufnahmerahmens 24 vom Aufnahmerahmen 32 angeordnet. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform ein Zahnriemen 29 und ein Riemenantrieb 31 für die Betätigung des Förderschlittens 28 dargestellt worden ist, ist es für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich, dass statt des Riemenantriebs 31 beispielsweise auch ein direkt mit der Antriebsrolle 27 angeflanschter Motor 30 oder ein anderes Antriebskonzept verwendet werden könnte.

Der Aufnahmerahmen 24 weist Langlöcher 34 auf, in denen einstellbar Sensoren angeordnet werden können, mittels deren das Erreichen der Endstellung des Förderschlittens 28 festgestellt werden kann, deren Signale von einer Steuereinrichtung für die Vorrichtungen 1 ausgewertet werden können, und die dann nach Erreichen der voreingestellten Endstellung die Stromzufuhr zum Antriebsmotor 30 unterbricht.

Figur 4 der Zeichnung zeigt nun eine Draufsichtansicht auf den Bandförderer 3 mit dem dort entlang der Richtung des Doppelpfeils 25 axial geführt bewegbaren Förderschlitten 28 und dem Antriebszahnriemen 29 sowie einem weiteren Riemen oder An-

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triebszahnriemen 35, die über die Antriebsrolle 27 vom Motor 30 angetrieben werden können.

Die beiden Riemen 29, 35 laufen dabei auf einer in Figur 6 dargestellten Lauffläche 36, die am Aufnahmerahmen 24 an der Oberseite lösbar befestigt ist und beispielsweise eine den Gleitwiderstand zwischen den Riemen 29, 35 und der Lauffläche 36 verringernde Beschichtung aufweisen kann.

Die Anordnung der Lauffläche 36 (Fig. 6) an der Oberseite des Aufnahmerahmens 24, der in Figur 5 dargestellt ist, wird dabei so gewählt, dass für die Anordnung und Einstellung von Sensoren für die Feststellung der Einstellung des Verfahrwegs des Förderschlittens 28 vorgesehene Langlöcher 34 sowohl an der Seitenwand des Aufnahmerahmens 24 als auch im Bereich der Oberseite und der Lauffläche 36 frei bleiben.

Figur 7 der Zeichnung zeigt in Figur 7A in einer Ansicht von oben den Förderschlitten 28 des Bandförderers 3 nach der Erfindung. Wie es ohne weiteres ersichtlich ist, weist der Förderschlitten 28 eine insgesamt rechteckförmige Konfiguration auf und ist für die Aufnahme von Fördergut in der Form von beispielsweise Mikrotiterplatten mit unterschiedlichen dem Förderschlitten 28 zugewandten Kontaktflächen ausgebildet. Zu diesem Zweck weist der Förderschlitten 28 an seiner dem Fördergut zugewandten Oberseite 37 verschiedene Profile in der Form von Rasterungen und dergleichen auf, die mit flächen- und formkomplementären Rasterungen an der Kontaktfläche des Förderguts übereinstimmen, so dass ein sicherer Transport des Förderguts an dem Förderschlitten 28 möglich ist, ohne dass das Fördergut in der Form beispielsweise der Mikrotiterplatten von dem Förderschlitten 28 bei der Bewegung entlang der Lauffläche 36 herunterfallen kann. Ein Beispiel einer solchen Rasterung ist in Figur 7B in der Form der schrägen Flächen 38 dargestellt, die in eine Ausnehmung 39 übergehen, in die ein Vorsprung an der dem Förderschlitten 28 zugewandten Kontaktfläche

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einer Mikrotiterplatte eingreifen kann. Die schrägen Fläche 38 wirken dabei gleichzeitig als Zentrierflächen, so dass eine von der Greifeinrichtung 14 eines Roboterarms 9 zum Förderschlitten 28 transportierte Mikrotiterplatte von dem Roboterarm zentriert auf dem Förderschlitten 28 abgelegt werden kann. Der Förderschlitten 28 weist darüber hinaus an seiner Oberseite ein Langloch 40 auf, durch das ein Lichtstrahl einer im Aufnahmerahmen 24 angeordneten Lichtschranke hindurch treten kann. Wenn am Förderschlitten 28 ein Probengefäß aufliegt, so wird der Lichtstrahl daran reflektiert und fällt auf eine Empfängerzelle der Lichtschranke zurück, wodurch festgestellt werden kann, ob auf dem Förderschlitten 28 Fördergut aufliegt oder nicht, was zur Ansteuerung der Bewegung des Förderschlittens 28 ausgewertet werden kann.

Zum Durchtritt des Lichtstrahls weist auch die in Fig. 6 dargestellte Lauffläche 36 zwei Länglöcher 41 auf, die sich im Bereich der endseitigen Endstellungen des Förderschlittens 28 oberhalb der Lauffläche 36 ausgebildet befinden.

Die mit dem Bandförderer ausgestattete Vorrichtung zeichnet sich daher durch einen ausgesprochen hohen Grad an Variabilität aus, da mit dem Bandförderer beispielsweise zwei Vorrichtungen zum automatischen Durchführen eines chemischen bzw. biologischen Verfahren gekoppelt werden können. Auch ist es möglich, mehrere derartige Vorrichtungen über mehrere Bandförderer miteinander zu verbinden, wobei jede einzelne Vorrichtung eine hochgradig spezialisierte Aufgabe erfüllt und über die Kopplung der mehreren Vorrichtungen erreicht wird, dass der Durchsatz der damit zu verarbeitenden Probengefäße erheblich gesteigert werden kann. Bei einer solchen Anordnung ist es beispielsweise auch möglich, zwischen den einzelnen Vorrichtungen jeweils Zwischenlager in der Form von Stapelvorrichtungen vorzusehen, die mit Bandförderern verbunden sind und die für die Zwischenspeicherung von beispielsweise Mikrotiterplatten ausgebildet sind, so dass ein kontinuierlicher Transport der zu verarbeitenden Mikrotiterplatten durch diese so geschaffene Linie von mehreren hintereinander angeordneten Vorrichtungen zum automatischen Vorbereiten und

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Durchführen von chemischen bzw. biologischen Verfahren geschaffen wurde.

Hinsichtlich vorstehend im einzelnen nicht näher erläuterter Merkmale der Erfindung wird in übrigen ausdrücklich auf die Ansprüche und die Zeichnung verwiesen.

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Patentanwälte Reinhardt - Söllner - Ganahl

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Bezugszeichenliste

	Vorrichtung	32.	Aufnahmerahmen
1.	Bandförderer	35 33.	Vibrationsabsorber
2.	Stapelvorrichtung	34.	Langloch
5 3.	Grundplatte	35.	Riemen
4.	Stirnkanten	36.	Lauffläche
5.	Längskante	37.	Oberseite
6.	Rückwand	40 38.	schräge Fläche
7.	Schiene	39.	Ausnehmung
10 8.	Roboterarme	40.	Langloch
9.	Doppelpfeil	41.	Langloch
10.	Längsschlitz
11.	Betätigungsarme
12.	Pipettenspitze
15 13.	Greifereinrichtung
14.	Thermocyclervorrichtung
15.	Aufnahmebereich
16.	Deckel
17.	Pipettierhalter
20 18.	Chemikalienreservoir
19.	Stapeleinrichtung
20.	Stege
21.	Ausschnitt
22.	Bandförderer
25 23.	Aufnahmerahmen
24.	Doppelpfeil
25.	Umlenkrolle
26.	Antriebsrolle
27.	Förderschlitten
30 28.	Zahnriemen
29.	Antriebsmotor
30.	Antriebsriemen
31.

Claims (17)

1. Vorrichtung zum automatischen Durchführen von chemischen beziehungsweise biologischen Verfahren in Probengefäßen, insbesondere zum Sequenzieren und Amplifizieren von Nucleinsäuresequenzen, mit mindestens einer Einrichtung zum Vorbereiten und/oder Durchführen der Verfahren und mindestens einer Handhabungseinrichtung (9) zum Handhaben der Probengefäße, gekennzeichnet durch einen Bandförderer (2; 23) zum Zuführen und/oder Abtransportieren der Probengefäße zur Handhabungseinrichung (9) hin und/oder von dieser weg.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung zum Pipettieren und/oder zur Durchführung des PCR-Verfahrens, und/oder zum Sequenzieren von Nucleinsäuresequenzen und/oder zur Vorbereitung von Proben für die Elektrophorese und/oder zur Durchführung der SNP-Analyse und/oder zur Aufreinigung von DNA ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Grundplatte (4), innerhalb deren Außenabmessungen die Handhabungseinrichtung (9) vorzugsweise dreidimensional verfahrbar ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Förderbereich des Bandförderers (2; 23) über die Außenabmessungen der Grundplatte (4) hinaus erstreckt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (2) Probengefäße zwischen einer Stapelvorrichtung (3) für Probengefäße und der Handhabungseinrichtung (9) befördert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelvorrichtung (3) ausserhalb der Grundplatte (4) der Vorrichtung angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (23) Probengefäße zwischen mindestens zwei nacheinander angeordneten Vorrichtungen befördert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (2) einen Förderschlitten (28) zur Aufnahme von Probengefäßen mit unterschiedlichen Abmessungen und dem Förderschlitten (28) zugewandten Kontaktflächen besitzt.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (2; 23) die Probengefäße motorgetrieben programmgesteuert befördert.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Bandförderer (2; 23) erreichbaren Endstellungen des Förderschlittens (28) sensorisch überwacht einstellbar sind und/oder dass die Belegung des Förderschlittens mit Fördergut sensorisch überwacht ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderschlitten (28) axial geführt auf einem Aufnahmerahmen (24) läuft.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (2; 23) mindestens einen Zahnriemen (29) zum Antrieb des Förderschlittens (28) besitzt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnriemen (29) auf einer am Aufnahmerahmen (24) angeordneten Lauffläche (36) läuft.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (2; 23) Probengefäße zwischen einer Einrichtung zum Vorbereiten und einer Einrichtung zum Durchführen von chemischen beziehungsweise biologischen Verfahren befördert, die an mindestens zwei und mit dem Bandförderer (2; 23) zum Transport von vorbereiteten Probengefäßen verbundenen Vorrichtungen stattfinden.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (2; 23) vorbereitete Probengefäße zwischen einer Stapelvorrichtung (3) für Probengefäße und einer Vorrichtung zur Durchführung von chemischen beziehungsweise biologischen Verfahren befördert.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (2; 23) unvorbereitete Probengefäße zwischen einer Stapelvorrichtung (3) für Probengefäße und einer Vorrichtung zur Vorbereitung von chemischen beziehungsweise biologischen Verfahren befördert.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Bandförderer (2; 23) die vorbereiteten Probengefäße zu einer Stapelvorrichtung (3) für vorbereitete Probengefäße befördert, diese dort zwischengespeichert werden und vom Bandförderer (2; 23) zu einer Vorrichtung zum Durchführen von chemischen beziehungsweise biologischen Verfahren befördert werden und der Bandförderer (2; 23) die Probengefäße nach der Durchführung der chemischen beziehungsweise biologischen Verfahren zu einer Stapelvorrichtung (3) befördert.