用于实验室液体的模块化存储系统的制作方法

专利名称：用于实验室液体的模块化存储系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于实验室液体的模块化存储系统。
背景技术：
以前公知的用于存储试样的系统主要安装在专用分析设备中，目的是实现 尽可能高的试样处理通过量。具体地说，这些系统在临床分析设备领域中是公知 的。在此情形中所实现的目的是尽可能多地容纳试样、存储这些试样、组织这些 试样并保持这些试样可用于分析目的。这些系统具有相对应的复杂的设计。特别 是在这些系统中，在尽可能快地运行的多个复杂的分析步骤中的整合是旨在无污 染地实现。还特别强调需要通过将反应器皿密封来避免试剂的蒸发，这些试剂可 能会非常昂贵。
例如，在US4,933,146中可找出对应的实施例。在该专利中，在作为用于 识别信号的机构的元器件的一种有源加热和冷却器件的存在下，将具有相同设计 的密封试管用在环状安排中。
在EP0651 254 Al中，以类似的方式实现这种目的。在可^皮冷却的容器内 的一种线性安排中，将临床分析设备所要求的单个试剂包置于配有Peltier元件 的一个冷却系统上。
在US 2006/0012773 Al中实现医学领域的另 一种目的。根据该发明，将来 自激光显微切割的生物对象存储在一个相同器皿的阵列中。为了满足对试样的可识别性的临床要求，考虑了特别用于识别临床分析设备中的试样的装置，如在US 6,432,359 Bl或US 5,672,317中所披露的条码扫描系统或机械扫描系统。在具体实施例中，甚至将试样系统的所有产品信息考虑在内(US 5,589, 137)。
如DE 103 33 545 Al中的用于自动化高通过量的装置是更近的进展。在此情形中，将与相同对象有关的尽可能多的试样被安排并插入包括三个水平的装载盒系统中相同的器皿内。
在US 5,788,929中可找出另一个实施例。它主要涉及便携式试样的运输和处理，其中，旨在将试样保持在低于环境温度而无需调节。
出于自动化的原因，如在US 6,156,275或WO 00/45953中所4皮露的其他情形提供了用于器皿的接收机构的非常复杂的解决方案。
所描述的这些应用主要是技术上复杂的解决方案，这些解决方案用于适当地长时间存储类型通常相同的试样以对这些试样进行分析、用于临时使这些试样可供分析机械使用、并将这些试样返回到它们的起始位置。在此情形中，用于存储液体的系统要求相同类型的器皿。
不过， 一般性实验室工作主要具有不同的目的。现代的工作站用于实验室中的液体的已编程操作，并且以节约空间的方式设计这些工作站。它们的目标并不在于日常问题，如存储、临床分析和/或高通过量。这组不同的问题要求经常改变设备的工作模块以具有如液体操作站、真空室、用于PCR(聚合酶链式反应)的热循环控制装置、离心机、阵列点样仪或其他装置。

发明内容
本发明的目的在于开发一种用于在经常变化的工作环境下的液体或其他物质的存储系统，这种存储系统是灵活的、节约空间、有成本效率、最好有温度控制、便于携带并且适合于多种不同类型的器皿和其他容器。
根据本发明，这一目的是通过一种具有权利要求1的特征的模块化存储系统来实现的。从属权利要求中限定了优选的改进。
根据本发明，用于实验室液体的模块化存储系统具有托架和至少两个不同的实验室器皿插件，可将这些实验室器皿插件插入到托架内，以能够任意将这些实验室器皿插件互换和结合。出于这种目的，该托架具有一定数量的狭槽，这些狭槽在设计中为此目的而专门定制，以便与这些实验室器皿插件实现一种形状配合。这些实验室器皿插件本身各自具有直接整合的至少 一个实验室器皿和/或具有用于至少 一 个分离的实验室器皿的至少 一 个隔室。这使之有可能令根据本发明的存储系统既可容纳常规的实验室器皿也可容纳如容积或几何结构经过特定改装以用于某种用途的器皿。还有可能使市场上未来可提供的实验室器孤整合在这种存储系统中，这是通过到那时为此目的构造具有经过相应适配的隔室的实验室器皿插件。
根据本发明的存储系统可以容易地嵌入工作环境以及用于实验室的计算机化工作站的程序中。特别地，根据本发明，有利的是多个实验室容器可无序地整合在接收装置中，并且这些容器分别在形状、直径大小、高度、材料以及密封设计方面不同。现代化工作站的高反应能力在位置、排列和系统元器件类型方面得到根据本发明的存储系统的可能的自动识别的支持。可将这些试样保持在目标温度以阻止(例如)往往非常有价值的物质的蒸发，并且不损害这些试样的稳定性。出于这种原因，可利的是它有可能将温度控制的器件整合到整个系统中。
本发明的目的在于提供一种处于模块化存储系统形式的装置，优选可对这种系统进行温度控制，并且这种存储系统在小空间内允许同时接收非常不同的实验室器皿或具有非常不同的形状、直径和高度的其他容器。可将这些 器皿自由地并且相互独立地插入这种模块化存储系统中，以按照最佳方式使 用能够得到的全部空间。特别是在实验室工作的自动化工作站中，这实现了 进入类型非常多的器皿，使其有可能同时控制温度。
在许多实验室过程中，不可避免的是存储是与液体以及其他物质的冷却、 加热和稳定温度相关联的。在许多情形中，必须在可能最小的空间内同时对 用于试样的大量的非常不同的容器进行处理。本发明终于允许这些目标的一 种最佳的实现方式。在本发明中，术语容器包括用在实验室中以容纳固态或 液态物质的所有物件。
根据本发明的存储系统可安排在一 个整合在工作站中的温度控制装置 内。这种存储系统包括优选地容纳不同的温度控制模块的一个模块架。优选 每个温度控制模块在其上端具有一个多功能插入辅助件并容纳有待进行温度 控制的这些容器。优选这种存储系统整体上或在各个部分上对高压釜是安全 的。
在此情形中，术语温度控制模块与根据本发明的实验室器皿插件相关， 这些插件带有一个本体，该本体包括至少部分地包围这种插件的至少一个实 验室器皿的热导材料。优选该本体在其底侧呈平面形，并且插入这种托架的 这些插件的本体的底侧从这种架突出，这样这些插件共同形成优选为平面形 的底侧。于是，该底侧就形成与温度控制装置的温度控制表面的接触表面。 不过，根据本发明，若这种温度控制装置反过来具有一种相配合的温度控制 表面，则这些模块底侧返回到该托架也是可行的。特别优选的是在将该托架 插入这种温度控制装置中时使这些模块由该温度控制装置的温度控制表面略 微提升，这样该温度控制表面与这些模块的底侧之间的表面接触特别由这些 模块自身的重量而得到保证。术语温度控制装置相应地包括在实验室中使用的所有装置，这些装置具有平面形或其他表面形状以达到所要求的热传递。优选地，可用铝、银或其他金属或合金制成这种温度控制装置。替代材料包括高度传导的塑料和覆层物质，例如，这些覆层物质包括纳米颗粒。
由于这些温度控制模块在该模块架中的任选安排，有可能以空间上最佳的方式容纳非常多的不同容器。通过这些温度控制模块与温度控制装置的热接触进行的热传导使这些容器中的试样处于所希望的温度或温度特性曲线上。
优选将这种温度控制装置安装在工作站中，这样可通过如适当的互锁将接收装置、存储系统或存储系统的部件手动或通过适当自动控制的运输装置以互锁方式置于该温度控制装置上。例如，可由该工作站对该温度和温度特性曲线进行编程。
优选该模块架包括一个立方底座(托架)，该底座用单片制成并在顶部和底部开放。或者，多部件形状也是可行的。优选所使用的基部形式与已连
接的一个或多个微板(SBS)的形式兼容。生物分子筛选学会(SBS)的已出版的孩i板标准有如ANSI/SBS 1-2004、 ANSI/SBS 2-2004、 ANSI/SBS 3-2004和ANSI/SBS 4-2004。 SBS办理了微板的标准化，以便特别易于实验室自动化的发展并向用户提供增加的安全性。
模块架的朝向温度控制装置的部分优选包括相应的用于将该模块架相对于该温度控制装置定位的多个接收元件。该模块架的上部分优选包括多个切口 ，这些切口用于特別通过该多功能插入辅助件进行这些温度控制模块的互锁和定中心的接收。该模块架配有标记，以识别模块架在该工作站的存在并识别模块架的位置。在一个优选实施例中，将使用激光二极管的备选读取器件用于工作站内的识别。不过，也有可能使用不同方法进行识别，如带有关联的扫描仪的条码、机械扫描系统、以及带有阅读器的RFID标签，或来自光
学图像处理的方法。
优选用具有高热导性材料或具有良好的热存储的材料制成的这些温度控制模块可在其上侧具有多功能插入辅助件。多功能插入辅助件的较小侧面优选包括用于互锁固定到该模块架的定位片。优选可用铝、银或其他金属或合金制成这些温度控制模块。替代材料包括高度传导的塑料和覆层物质，例如，这些覆层物质包括纳米颗粒。
不过，根据本发明的系统也有可能包括热绝缘的实验室器皿插件。在此情形中，这些实验室器皿(或用于这些器皿的隔室)由并不良好地传导热的绝缘材料包围。
这些定位片优选设有标记或代码，这些标记或代码允许相应类型的温度控制模块的识别。在优选实施例中，将使用激光二极管的一种任选的读取器件用于对工作站内的这种类型的温度控制模块进行识别。不过，在此情形中，还可使用其他识别方法，如带有关联的扫描仪的条码、机械扫描系统以及带
有阅读器的RFTD标签，或来自光学图像处理的方法。在优选实施例中，这些标记形成可进行光学扫描的元件，并且优选这些元件以圆或矩形或其他形状的形式。可替代地，升高的或降低的结构可用于机械扫描。优选使用冗余编码以避免读取^"误。在优选实施例中，编码的缺失("零"编码)^^行该工作站的程序内的一个中断例行程序，例如，它启动用于^fi正的相应步骤。
在优选实施例中，在这些定位片之一的编码允许这些温度控制模块的方向性取向的识别，以如消除这些容器的换位。例如，在另一个实施例中，对于具有整体铰盖的试管，该定位辅助件配备了一个盖子固定片。这种固定片包括插入开口以保持这些试管的盖子打开，以使特别是通过自动化移液管到这些器皿开口的限定接近不会受到这种盖子的妨碍。
9优选对单个温度控制模块的质量和形状进行优化，以尽可能快地获得均匀的温度分布。将实验室环境下的质量优化应理解为是指结构性特征，它们在总体上优化热输运和热容量的益处。形状优化通过相应的三维设计支持该过程。
该多功能插入辅助件包括用于容纳该温度控制模块中的多个容器的开口。根据所容纳的这种器皿的形状，温度控制模块的接收腔体的高度、直径、距离和形状可有所不同。这些接收腔体也可朝向底部打开，以支持如清洁或冲洗过程。优选将这些接收腔体的高度定尺确定为使这些插入的器皿从多功能辅助件突出并具有平齐的边缘。在优选实施例中，通过可在该侧面上插入的下止动件可将要容纳的具有不同长度的这些容器对齐，以便在顶部具有相同的高度。优选地，这种多功能插入辅助件也可用高压釜安全材料制成。
这种存储系统的替代或补充用途是作为甚至在工作站以外的独立的存储系统的用途，如在用于PCR过程之前、之中或之后的分子生物制品的中间存储、用于蛋白质或抗体或其他制品的临时存储或用于在不同的工作站之间或在工作站内或在实验室工作线的其他设备之间的容器的运输的冷却或制冷单元、培养单元中。
除了用于该系统的热功能之外，用于该系统的温度控制装置还可设有另外的功能，如用于摇动这种存储系统以确保这些容器中的试样的改进的混合的辅助装置。其结果是，它也支持溶解固体、如片剂或以粉末形式的材料。
该模块架还能够容纳用于支持实验室中的过程的不同模块，如用于液体或废弃物的试管，而不是容纳温度控制模块。这些实验室器皿插件或模块的其他优选实施例有(例如)用于相对较小的实验室任务的涡流混合插件或用于不同的小型电气设备的插件，这些不同的小型电气设备用于将材料分离，如用于DNA纯化中的^兹^朱。
这种模块架以及与之关联的元器件的优选实施例具有立方的形状。优选
实施例的底侧于微量滴定板形式(SBS )精确配合。不过，也有可能使用所有
其他的形式，如圓形式，这些圓形式通常是环状结构或圓盘传送器。


在下面的文本中，参考附图并以示范性方式对本发明的优选实施例进行
描述，在附图中
图1示出了根据本发明的具有一个托架和七个实验室器皿插件的用于实验室液体的模块化存储系统的三维视图，
图2示出了九个不同的实验室器皿插件的三维视图，并且部分实验室器皿处于各自的隔室中，
图3示出了一个工作站的三维视图，可将根据本发明的存储系统(未示出)插入该工作站，
图4以三维视图示出了根据图1的根据本发明的存储系统，该存储系统处于根据图3的工作站的夹具上，以及
图5至图13在每种情形中以三维视图(顶部)、以截面图(底部左侧)以及以侧视图(底部右侧)示出了根据图2的九个不同的实验室器皿插件。
具体实施例方式
图1示出了带有托架4的用于实验室液体(未示出)的模块化存储系统2，该托架是通过将片金属弯曲形成。托架4在底侧上具有SBS标准形式的微板(6)。因此，可按照互锁方式将托架4插入如工作站8中(图3)的不同位置，或者插入为这种连接措施提供的其他实验室装置中。
仍然根据图1的托架4，具有总共七个狭槽10,这些狭槽用于实验室器皿插件12至22。在每种情形中，用1和2编号的狭槽10配有相同的以低槽(参看图2)形式的实验室器皿插件12,而用3至7编号的剩余的狭槽10在
每种情形中配有实验室器i插件，这些实验室器亚插件在每种情形中用于至 少四个实验室器皿。
出于在工作站8内的输送目的，托架4以及各自的实验室器皿插件12 至28具有夹持结构，这样带有这些插入的实验室器皿插件的托架能够通过一 个自动控制的夹具9(图4)自动和/或手动输送到工作站8，并且还能够单独 输送这些实验室器皿插件，即能够将这些实验室器皿插件从该托架取出并且 能够将这些实验室器皿插件插入该托架。
在根据图1的托架4中的这些实验室器皿插件12至22以及在图1中未 示出的多个实验室器皿插件24、 26和28,在图2中示出并且在图5至图13 中分别用三维视图示出。可以看出，在每种情形中，通过使每个实验室器皿 插件具有用铝构成的本体30来将实验室器皿插件12至28设计成温度控制模 块，在将根据图1的存储系统2的平面形底侧32置于一种温度控制装置上如 置于根据图3的工作站8的温度控制装置34上时，本体30确保均匀的温度 分布。插件12至28的用热导材料构成的这些本体30至少部分地包围插件12 至28中的每一个的各自的器皿(并未示出所有的部分)，并因此而将温度控 制装置34的温度馈送给到由对应的器皿所容纳的液体中。这样就将这种温度 经由平面形底侧32从温度控制装置34馈送给这些器皿、每个本体30在其底 侧呈平面形并且插入托架4内的这些插件中的每一个的本体30的底侧在每种 情形中从托架4略微突出，以使实验室器皿插件12至22由温度控制装置34 的温度控制表面略微抬升，并且这些插件自身的重量有助于这种温度控制接 触。若接着通过该托架的底侧上的这些角6以互锁方式将托架4置于温度控 制装置34内(特别是在该温度控制装置的平面形温度控制表面34内)，则 插件12至28的这些本体30的这些平面形底侧32首先在这些互锁角6之前 与温度控制装置34接合，然后以互锁方式将存储系统2的整个安排紧固在温 度控制装置34的这些相应的角底座内。正如前面所提及的那样，根据图2的实验室器皿插件12至28中的每一 个含有用于特定的实验室器孤40的至少一个隔室38:在图2中，从左至右， 插件24 (也参看图5)具有用于圆柱形大容积器皿的两个圓形隔室38。在图 2中示出了在插件24内的这些器皿40中的一个。在每种情形中，插件26、 14、16和18具有同样用于圓柱形实验室器皿的四个隔室(也参看图6至图9)， 虽然这些隔室比在插件24的情形中的隔室更窄。可以看出，由于插件24和 插件26的隔室38的直径相对较大，所以插件24和插件26均要求两倍于其 余的插件12至22以及插件28的大小的宽度。在每种情形中，插件20和22 具有用于八个实验室器皿的隔室38,准确地来讲，这八个实验室器皿同样也 呈圓柱形，而最后，插件12和28具有用于低槽(插件12)或高槽40 (插件 28)的隔室。特别是在插件28的高槽40的情形中，有利的是将根据图l的 这些插件紧密安排以包装成在托架4中相邻近的排，因为在这种方式中，插 件28的槽容器40也由相邻的插件的温度控制本体30进行加热。
一些插件(18至22)在它们对应的多功能插入辅助件42的顶部上具有 盖子固定片44,这些盖子固定片能够将如插件22内的器皿40的整体铰接盖 保持在一种盖位置中，这种盖位置以90。被向外枢转(即向上垂直指向)。在 图1和图2中，所示出的插件22中的器皿40的整体铰盖处于关闭状态；在 图9(顶部)中，插件22中的器皿40的整体铰盖通过盖子固定片44在90° 向上垂直指向的位置中打开。
根据图1的托架4内的这些狭槽10中的每一个在托架4的上边缘的两个 侧面均有Y形凹口 ，其中以互锁方式保持着对应插件12和28的至少 一个定 位凸片46。这些Y形凹口限制托架4的上边缘的片金属舌部48的侧面。在 图1的朝向观察人员的侧面上，这些金属舌部仅与这些Y形凹口一样高而在 图1中背向观察人员的相对的侧面(在图1中由插件12至22覆盖)上，这 些金属舌部的高度由片金属壁4的垂直切口延伸到这些弹性舌部，这些垂直切口将这些Y形凹口 46向下延伸。这些弹簧舌部(未示出)在观察人员的方 向上将插件12至22中的每一个夹在托架4的前壁的舌部48上，这样，该前 壁就形成一条对齐的基准线，以便能够以非常精确的方式将插件12至22对 应的隔室定J立。
托架4沿着两个窄侧面之一(在图1中沿着右侧窄侧面)还具有另一个 Y形凹口 50，它使得该托架在(例如)工作站8的温度控制装置34的互锁基 座中的180。的旋转可光学^r测。插件12至28在对应的多功能插入辅助件42 的两个窄侧面之一上还具有编码凹口 52，这些编码凹口4吏之有可能通过它们 的明确位置毫不舍混地的检测对应的实验室器皿插件的类型。还有可能用一 个适当的(如光学的)传感器通过该凹口 52识别是否已将该插件以180。的旋 转插入到托架4内。
权利要求
1. 一种用于实验室液体的模块化存储系统，其特征在于一个托架具有用于至少两种不同的实验室器皿插件的一定数目的狭槽，这些实验室器皿插件可以一种互锁方式插入该托架的这些狭槽内，这样能够任意将这些实验室器皿插件互换和组合，并且这些实验室器皿插件分别具有至少一个实验室器皿和/或用于至少一个实验室器皿的至少一个隔室。
2. 如权利要求l所述的系统，其特征在于在将所述插件插入该托 架中时，这些插件将这些器皿安排在该托架内的一个矩形区域中。
3. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于将这些狭槽相互 邻近地安排在一"^中。
4. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于将该插件夹持在 对应的 一个狭槽内的至少 一个弹簧元件。
5. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于该弹簧元件侧向 将该插件夹靠在与所有狭槽对齐的一条基准线上。
6. 如以上两项权利要求之一所述的系统，其特征在于该托架对于 每个狭槽具有至少一个弹簧元件。
7. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于该隔室具有一个 模元件，该模元件将一个已插入的实验室器皿的盖子锁定在一个打开位置。
8. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于可将这些插件插 入该托架内以使它们能够旋转180。，并且其特征在于该托架和/或这些插件具有一个标记，该标记使之有可能检测180。的旋转，特别是通过光学装置检测。
9. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于该插件具有一个 编码，该编码使之有可能检测该插件和/或所述至少一个实验室器皿的类型 和/或甚至其存在，特别是通过光学装置检测。
10. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于可将该插件编码， 以使所述至少一个实验室器皿的至少一个特性，特别是与所述至少一个实验 室器皿的内容物有关的特性可被检测，特别是通过光学装置进行检测。
11. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于这些插件具有包 括一种热导材料的一个本体，该热导材料至少部分地包围所述至少一个器 jm。
12. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于该本体在其底侧 呈平面形，并且插入该托架的这些插件的本体的这些底侧共同形成 一 个平面 形底侧。
13. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于在该底侧上，该 托架具有一个微板的SBS标准形式。
14. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于该托架通过将片 金属弯曲而形成并包围这些狭槽。
15. 如以上权利要求之一所述的系统，其特征在于带有这些已插入 的实验室器皿插件和/或这些实验室器皿插件的该托架可在一个工作站通过 适当的装置特别是通过机械人的夹具自动和/或手动地单独运输。
全文摘要
根据本发明，用于实验室液体的一种模块化存储系统的其特征在于一个托架包括用于至少两种不同的实验室器皿插件的限定数量的狭槽，这些插件可插入以使它们以一种强制配合在与托架的这些狭槽的任意组合中可任意地互换并插入，并且这些插件各自包括至少一个实验室器皿和/或用于至少一个实验室器皿的至少一个隔室。
文档编号B01L99/00GK101479042SQ200680055213
公开日2009年7月8日 申请日期2006年7月4日 优先权日2006年7月4日
发明者库尔特·哈纳克, 彼得·施福勒, 海尔姆特·W·科诺弗, 简斯-彼得·克鲁格 申请人:爱朋多夫公司