Beschreibung

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Temperierung von Reaktionsgemischen im Schüttelbetrieb sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Sie ist insbesondere anwendbar für die individuelle Temperierung von Reaktionsgemischen, die durch dieselbe Schüttelmaschine geschüttelt werden. Vorteilhafte Anwendung findet das Verfahren und die Vorrichtung insbesondere aber nicht ausschließlich bei der Kultivierung von Zellen sowie der Durchführung chemischer Reaktionen in geschüttelten Reaktionsgefäßen wie Schüttelkolben, Mikrotiterplatten, Reaktionsröhrchen, T-Flasks oder Shaking-Bags.

Die Temperatur ist ein essentieller Prozessparameter eines jeden biologischen, chemischen oder physikalischen Prozesses. Solche Prozesse laufen in Reaktionsgemischen ab und werden in Reaktionsgefäßen durchgeführt, welche zum Zwecke der Durchmischung des Reaktionsgemisches im Reaktionsgefäß häufig geschüttelt werden.

Die Einstellung und Aufrechterhaltung einer bestimmten Temperatur im Reaktionsgemisch ist kritisch für den Erfolg jedes Reaktionsprozesses, da die Temperatur beispielsweise die Geschwindigkeit oder Gleichgewichtslage von Reaktionen, Stofftransportprozessen oder Kultivierungsprozessen beeinflusst So besitzt jede Zelle oder Zelllinie eine optimale Kultivierungstemperatur. Die Ausbeute und Qualität der Expression von Proteinen kann über die Temperatur geregelt werden, um beispielsweise durch Temperaturreduktion eine langsamere Translation und somit eine bessere Proteinfaltung zu ermöglichen. Auch chemische Reaktionen oder biochemische Assays sind hinsichtlich Ausbeute, Stereosymmetrie, Reinheit, Spezifität, etc. über die Einstellung einer geeigneten Temperatur regelbar.

Stand der Technik

Um insbesondere bei Entwicklungs- und Screening-Prozessen einen hohen experimentellen Durchsatz zu erzielen, werden geschüttelte Prozesse häufig parallelisiert in oder auf Schüttelmaschinen durchgeführt, wobei mehrere mit Reaktionsgemischen befüllte Reaktionsgefäße gemeinsam auf einer Schüttelplattform befestigt sind und durch diese geschüttelt werden. Dem Fachmann sind Schüttelmaschinen bekannt, bei denen sich die Schüttelplattform in einem Inkubator befindet Zur Temperierung der Reaktionsgemische im Schüttelbetrieb wird die Gasphase im Inkubator, welche auch die Reaktionsgefäße umgibt, temperiert, sodass im Gleichgewichtszustand alle Reaktionsgefäße und die sich in ihnen befindlichen Reaktionsgemische die Temperatur der Gasphase im Inkubator aufweisen. Ausführungsformen hierfür sind typische Inkubationsschüttler für Schüttelkolben, Reaktionsröhrchen oder Mikrotiterplatten. Die Temperierung der Reaktionsgemische erfolgt mittels Wärmeleitung zwischen Inkubator-Gasphase und Reaktionsgemisch über das jeweilige Reaktionsgefäß. Weiterhin sind Schüttelmaschinen bekannt, deren Temperierungsverfahren eine Temperierungsflüssigkeit umfasst und die häufig als Wasserbadschüttler ausgeführt sind. Bei diesem Verfahren entspricht im Gleichgewicht die Temperatur aller Reaktionsgefäße und Reaktionsgemische auf einer Schüttelplattform der Temperatur der Temperierungsflüssigkeit Auch hier erfolgt die Temperierung der Reaktionsgemische mittels Wärmeleitung zwischen Inkubator- Temperierungsflüssigkeit und Reaktionsgemisch über das jeweilige Reaktionsgefäß.

Nachteilig bezüglich der oben beschriebenen Temperierungsverfahren von Reaktionsgemischen im Schüttelbetrieb ist die verfahrensbedingte Einstellung der gleichen Temperatur in allen gemeinsam geschüttelten Reaktionsgemischen. Nachteilig ist dies insbesondere, da eine vollständige und optimale Ausnutzung der zur Verfügung stehenden Schüttelkapazität nur dann möglich ist, wenn sämtliche parallel ablaufenden Prozesse zu jeder Zeit die gleichen optimalen Temperaturanforderungen haben. Insbesondere im Falle von Entwicklungs- und Screening- Prozessen ist aber genau dies zumeist nicht der Fall. Nachteilig ergibt sich daraus weiterhin, dass die Temperatur eines bestimmten Reaktionsgemisches nicht individuell in Rückkopplung auf den jeweiligen Fortschritt des in ihm ablaufenden Prozesses eingestellt werden kann, ohne die anderen mitgeschüttelten Reaktionsgemische mit deren Prozessen negativ zu beeinflussen.

Nachteilig ist dies insbesondere vor dem Hintergrund zunehmend zur Verfügung stehender prozesscharakterisierender Online-Sensorik, die eine grundsätzlich vorteilhafte individualisierte und auf erfasste Messdaten abgestimmte Prozessführung erst erlaubt Die EP 1 393 797 A2 offenbart eine Vorrichtung der genannten Art, bei welcher mehrere Reaktionsgemische in Gefäßen gehalten sind. Die Gefäße sind zumindest durch Luft voneinander getrennt Die Reaktionsgemische werden allesamt durch eine einzige, gemeinsame Heizeinrichtung temperiert (Abs. [0037]).

Aufgabenstellung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren anzugeben, mittels dessen die Temperierung gemeinsam geschüttelter Reaktionsgemische individuell und unter Vermeidung negativer Einflüsse auf Prozesse in anderen mitgeschüttelten Reaktionsgemischen erfolgen kann, um in jedem Reaktionsgemisch prozessspezifisch optimale Temperaturbedingungen einzustellen. Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 8; bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüche sowie der Beschreibung.

Definitionen

Zur Sicherstellung der Klarheit einiger in der Beschreibung verwendeter Begriffe, werden diese nachfolgend und im Verlauf der Beschreibung definiert und erläutert

Reaktionsgefäße im Sinne der Erfindung sind alle Vorrichtungen und Gefäße, die geeignet sind, Reaktionsgemische aufzunehmen und aufzubewahren. Sie können offen oder geschlossen sein. Reaktionsgefäße im Sinne der Erfindung sind insbesondere aber nicht ausschließlich Schüttelkolben, Reaktionsröhrchen, Falcons, T-Flasks, Mikrotiterplatten, Shaking-Bags und Schüttelfässer jeglicher Geometrie, Materialzusammensetzung und Füllmenge.

Reaktionsgemische im Sinne der Erfindung sind Gemische aus mindestens zwei Komponenten und liegen insbesondere aber nicht ausschließlich als Flüssigkeiten, Lösungen, Emulsionen, Dispersionen, Schlämme, Suspensionen, Schäume, Gasgemische oder Pulvergemische vor. In Reaktionsgemischen laufen biologische, chemische oder physikalische Prozesse oder Reaktionen ab. Reaktionsgemische im Sinne der Erfindung umfassen daher insbesondere aber nicht ausschließlich Gemische aus Nährmedien und Zellen, aus Edukten, Katalysatoren und Produkten, aus verschiedenen Aggregatszuständen, etc. Schüttelbewegungen im Sinne der Erfindung sind solche Bewegungen, die geeignet sind durch Bewegung von Reaktionsgefäßen die in ihnen enthaltenen Reaktionsgemische zu bewegen oder zu durchmischen. Schüttelbewegungen im Sinne der Erfindung sind insbesondere aber nicht ausschließlich Orbitalschütteln, Wippschütteln und Taumelschütteln. Schüttelbewegungen im Sinne der Erfindung können je nach Prozessanforderungen kontinuierlich oder diskontinuierlich durchgeführt werden.

Temperierung eines Reaktionsgemisches im Sinne der Erfindung ist die Einstellung einer bestimmten Temperatur im Reaktionsgemisch über Wärmetransfer in das oder aus dem Reaktionsgemisch. Der Wärmetransfer kann direkt in das oder aus dem Reaktionsgemisch oder indirekt über das Reaktionsgefäß erfolgen, insbesondere aber nicht ausschließlich über Konvektion, Wärmeleitung oder Wärmestrahlung.

Temperierungszonen im Sinne der Erfindung sind sämtliche Zonen, Bereiche, Flächen oder Volumina, die am gezielten Wärmetransfer zwischen Reaktionsgemisch und Temperierungselement beteiligt sind.

Temperierungselemente im Sinne der Erfindung sind alle Vorrichtungen, die geeignet sind, Wärme aus anderen Energieformen zu erzeugen oder durch Wärmetransport Temperaturgradienten zu erzeugen, welche zur Temperierung von Reaktionsgemischen genutzt werden können. Temperierungselemente im Sinne der Erfindung sind insbesondere aber nicht ausschließlich elektrische Heizelemente, Heizfolien, Peltier-Elemente, Wärmestrahler, IR-LEDs, Wärmekraftmaschinen, Wärmepumpen, Gebläse und Pumpen.

Isolationszonen im Sinne der Erfindung sind sämtliche Zonen, Bereiche, Flächen oder Volumina, die den Wärmetransfer zwischen verschiedenen Reaktionsgemischen oder Temperierungszonen begrenzen oder unterbinden.

Erfindungsgemäß bezeichnet der maximal erreichbare Wärmetransfer die Wärmemenge, die bei gegebenen Bedingungen (z.B. Heiz- oder Kühlleistung, Temperaturdifferenz) zwischen mindestens zwei Erfindungsbestandteilen, Bereichen, Zonen, Flächen oder Volumina pro Zeit ausgetauscht werden kann, unabhängig vom Mechanismus des Wärmetransfers. Lösung

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Temperierung von Reaktionsgemischen im Schüttelbetrieb, bei dem mindestens zwei Reaktionsgemische in mindestens zwei Reaktionsgefäßen individuell temperiert werden und einer gemeinsamen Schüttelbewegung ausgesetzt sind, wobei die individuelle Temperierung der mindestens zwei Reaktionsgemische über jeweils separaten Wärmetransfer zwischen jeweils mindestens einem Reaktionsgemisch und mindestens einer, ebendiesem Reaktionsgemisch zugeordneten Temperierungszone erfolgt

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht somit durch Verwendung Reaktionsgemisch spezifischer Temperierungszonen vorteilhaft die individuelle Prozessführung bei optimalen Temperaturbedingungen in jedem Reaktionsgemisch, wobei der Wärmetransfer in jedes individuelle Reaktionsgemisch separat erfolgt und geregelt ist In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Reaktionsgemische, jeweils in ihren Reaktionsgefäßen untereinander durch mindestens eine Isolationszone getrennt, sodass der maximal erreichbare Wärmetransfer zwischen mindestens zwei Reaktionsgemischen kleiner ist als der der maximal erreichbare Wärmetransfer zwischen mindestens einer Temperierungszone und einem ihr zugeordneten Reaktionsgemisch.

In einigen Ausgestaltungen der Erfindung ist jedes Reaktionsgefäß mit Reaktionsgemisch überall, abgesehen vom Interaktionsbereich mit mindestens einer Temperierungszone, von einer Isolationszone umgeben.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens zwei Temperierungszonen untereinander durch mindestens eine Isolationszone getrennt, sodass der maximal erreichbare Wärmetransfer zwischen den mindestens zwei Temperierungszonen kleiner ist als der maximal erreichbare Wärmetransfer zwischen jeder der Temperierungszonen und mindestens einem ihrer jeweils zugeordneten Reaktionsgemische.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist jedem Reaktionsgemisch mit Reaktionsgefäß mindestens eine Temperierungszone zugeordnet In einigen Ausgestaltungen der Erfindung werden mehrere Reaktionsgemische über mindestens eine gemeinsame Temperierungszone temperiert In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Temperierung mindestens eines Reaktionsgemisches über mehrere, mindestens aber zwei Temperierungszonen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Interaktionsflächen zwischen Temperierungszonen und temperiertem Reaktionsgemisch deutlich kleiner als die Gesamtoberfläche des Reaktionsgemisches, insbesondere >2-mal kleiner, >5-mal kleiner oder >10-mal kleiner. Dies erlaubt in einigen Ausführungsformen der Erfindung eine prozessbegleitende Anpassung der insgesamten Temperierungszone als Array aus kleinen Temperierungszonen an die Form und Größe des zu temperierenden Reaktionsgemisches oder des zugehörigen Reaktionsgefäßes.

In einigen Ausgestaltungen der Erfindung ergibt sich mindestens eine Temperierungszone entlang oder als Umgebung der Kontaktfläche zwischen mindestens einem Temperierungselement und mindestens einem Reaktionsgefäß, welches das zu temperierende Reaktionsgemisch enthält Erfindungsgemäße Temperierungselemente mit Kontaktfläche sind insbesondere aber nicht ausschließlich elektrische Heizplatten und -folien, Peltier-Elemente, Wärmepumpen, Wärmetauscher oder Kältemaschinen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung verfügen Temperierungselemente mit Kontaktfläche zu mindestens einem Reaktionsgefäß über hohe Wärmeleitfähigkeiten und erlauben somit einen hohen maximalen Wärmetransfer im Vergleich zu Isolationszonen.

In einigen Ausgestaltungen der Erfindung ergibt sich mindestens eine Temperierungszone auch entlang oder als Umgebung der Kontaktfläche zwischen einem durch mindestens ein Temperierungselement hervorgerufenen Fluidstrom und einem Reaktionsgemisch oder einem Reaktionsgefäß, welches das zu temperierende Reaktionsgemisch enthält Erfindungsgemäß sind solche Fluidströme insbesondere aber nicht ausschließlich Luft- oder anderweitige Gasströmungen sowie Strömungen flüssiger Kühlmittel oder Wärmeleiter. Erfindungsgemäße Temperierungselemente sind somit auch sämtliche Gebläse, Turbinen oder Pumpen, die in Kombination mit Vorrichtungen betrieben werden, welche eine Temperierung des Fluidstromes ermöglichen.

In einigen Ausgestaltungen der Erfindung ergibt sich mindestens eine Temperierungszone auch entlang oder als Umgebung der Interaktionsfläche oder des Interaktionsvolumens thermischer Strahlung (insbesondere Infrarot- Strahlung) mit mindestens einem Reaktionsgemisch oder mindestens einem Reaktionsgefäß, welches das zu temperierende Reaktionsgemisch enthält Erfindungsgemäße Temperierungselemente sind somit auch sämtliche Emitter thermischer Strahlung, insbesondere aber nicht ausschließlich Wärmelampen, Infrarot-LEDs, Heizstäbe und -wendein oder andere Wärmestrahler.

Erfindungsgemäß sind verschiedene Temperierungselemente zur Temperierung mindestens eines Reaktionsgemisches kombinierbar (beispielsweise Kühlung über Peltier-Elemente, Erwärmung mittels Infrarot- Strahler).

Erfindungsgemäß können Temperierungselemente in die Schüttelplattform integriert sein, um kontinuierlich mit den Reaktionsgemischen mitgeschüttelt zu werden. In einigen Ausgestaltungen der Erfindung sind die Temperierungselemente nicht in die Schüttelplattform integriert, was insbesondere für strahlungsbasierte Temperierungselemente vorteilhaft ist

Erfindungsgemäß können Temperierungszonen je nach eingesetztem Wärmetransferverfahren sowohl innerhalb als auch außerhalb des Reaktionsgemisches oder des Reaktionsgefäßes liegen. Im Falle von außerhalb liegenden Temperierungszonen fungiert das Reaktionsgefäß als Wärmebrücke für den Wärmetransfer zwischen Temperierungszone und Reaktionsgemisch. Erfindungsgemäß kann der Wärmetransfer zwischen Temperierungszone und Reaktionsgemisch sowohl unidirektional als auch bidirektional erfolgen.

In einigen Ausgestaltungen der Erfindung erfolgen Kühlung und Erwärmung mindestens eines Reaktionsgemisches über dieselbe mindestens eine Temperierungszone oder über dasselbe mindestens eine Temperierungselement In anderen Ausgestaltungen der Erfindung werden Temperierungszonen oder Temperierungselemente eingesetzt, welche jeweils entweder nur zur Kühlung oder nur zur Erwärmung geeignet sind und zur vollständigen Temperierung des Reaktionsgemisches kombiniert werden können.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Temperierungszone oder jedem Temperierungselement nur ein einziges Reaktionsgemisch zugeordnet

Erfindungsgemäß kann sich eine große Temperierungszone aus mehreren einzelnen kleineren Temperierungszonen zusammensetzen. Erfindungsgemäß kann sich auch ein großes Temperierungselement aus mehreren einzelnen kleineren Temperierungselementen zusammensetzen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind alle Temperierungszonen oder Temperierungselemente unabhängig voneinander regelbar.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Regelung der Temperatur im Wirkbereich mindestens einer Temperierungszone unter Messung der Temperatur des jeweiligen Reaktionsgemisches oder Reaktionsgefäßes. Erfindungsgemäß kann auch die Temperatur der Temperierungszone oder des Temperierungselements selbst oder des Zwischenraums zwischen mindestens zwei Temperierungszonen oder Temperierungselementen zur Regelung herangezogen werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist jeder Temperierungszone oder aber jedem Reaktionsgemisch oder Reaktionsgefäß mindestens ein Temperatursensor zugeordnet Temperatursensoren im Sinne der Erfindung sind sämtliche Vorrichtungen, die geeignet sind, ein für die Regelung mindestens einer Temperierungszone oder mindestens eines Temperierungselementes geeignetes Signal zu erzeugen, insbesondere aber nicht ausschließlich elektrische Temperatursensoren (Shunt, Thermocouple, Thermopile, temperaturabhängige Widerstände, etc.), Strahlungssensoren, Strömungssensoren, Thermometer, Bimetallstreifen oder andere Dehnungsstreifen sowie Softsensoren.

Erfindungsgemäß erfolgt die Regelung der Temperatur des Reaktionsgemisches, des Reaktionsgefäßes, der Temperierungszonen oder der Temperierungselemente durch Hardware oder Software-Regler sowohl gemäß vorbestimmter und zeitlich oder ereignisbasiert definierter Setpoints oder Profile als auch in Rückkopplung auf prozessbegleitend erhobene Prozessparameter (z.B. optische Dichte, Fluoreszenzintensität, Abluftzusammensetzung, Viskosität, pH, Sauerstoffkonzentration, etc.), insbesondere auf solche, die im, am oder in der Umgebung des zu temperierenden Reaktionsgemisches erfasst wurden.

Erfindungsgemäß zeichnet sich eine Isolationszone durch einen vergleichsweise geringen maximal erreichbaren Wärmetransfer aus, sodass sie vorteilhaft eingesetzt werden kann, um den Wärmetransfer zwischen mindestens zwei Reaktionsgemischen zu unterbinden oder zu begrenzen. Isolationszonen werden im Sinne der Erfindung durch thermische Isolatoren erzeugt, insbesondere aber nicht ausschließlich durch Luft, Vakuum, Hohlkammerkonstruktionen, Kunststoff- oder Keramikschäume, Diffusions-, Konvektions- und Strahlungsbarrieren sowie poröse, leicht gepackte Fasermaterialien. In einigen Ausgestaltungen der Erfindung fungiert die Umgebungsluft der Reaktionsgemische und Reaktionsgefäße als Isolationszone. In einigen Ausgestaltungen der Erfindungen werden ausgeschaltete oder aktiv gegengeregelte Temperierungselemente oder Temperierungszonen als Isolationszonen eingesetzt

In einigen Ausgestaltungen der Erfindung werden die Wärmeströme in und um jedes Reaktionsgemisch erfasst und bilanziert, um Informationen über die im Reaktionsgemisch ablaufenden Prozesse zu gewinnen.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der Figuren und Ausführungsbeispiele näher erläutert Auf Bezugszeichen in den Figuren, welche Komponenten der Erfindung bezeichnen, die bereits in der gleichen Figur oder aber in einer anderen Figur unter gleichen Umständen oder gleicher Darstellung verwendet wurden, wird teilweise verzichtet, um die Klarheit und Übersichtlichkeit der Figuren zu erhalten. Graphische Elemente ohne Bezugszeichen sind daher unter Beachtung der Bezugszeichenliste, der anderen Figuren, der bezeichneten Darstellungen innerhalb derselben Figur, der Musterung oder Strukturierung bereits bezeichneter graphischer Elemente sowie unter Hinzuziehung der gesamten Beschreibung und der Ansprüche zu interpretieren.

Ausfiihrungsbeispiele und Figuren

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit zwei Reaktionsgefäßen 1, welche mit zwei individuell zu temperierenden Reaktionsgemischen 2 befällt und durch eine Isolationszone 5 separiert sind.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für Schüttelkolben und Reaktionsröhrchen als Reaktionsgefäße 1 auf einem Orbitalschüttler mit individuell kombinierten Arrays aus kleinen Temperierungselementen 9 und Temperierungszonen 4.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für Mikrotiterplatten unter Verwendung von Infrarot-Beleuchtung zur individuellen Temperierung eines jeden Wells.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zwei gemeinsam der gleichen Schüttelbewegung 3 ausgesetzte Reaktionsgefäße 1 sind jeweils mit verschiedenen Reaktionsgemischen 2 befällt und werden mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens individuell temperiert Dazu befindet sich jedes Reaktionsgefäß 1 mit dem in ihm enthaltenen Reaktionsgemisch 2 im Wirkbereich einer separaten Temperierungszone 4, welche die Temperierung des zugeordneten Reaktionsgemisches 2 individuell über einen Wärmetransfer 6 zwischen Temperierungszone 4 und Reaktionsgemisch 2 vornimmt

Die Reaktionsgemische 2 in ihren Reaktionsgefäßen 1 sind zumindest teilweise durch mindestens eine Isolationszone 5 derart separiert, dass der maximal erreichbare Wärmetransfer 7 zwischen den Reaktionsgemischen 2 geringer ist, als der maximal erreichbare Wärmetransfer 6 zwischen jeweils einander zugeordneter Temperierungszone 4 und Reaktionsgemisch 2. Vorteilhaft sind auch die Temperierungszonen 4 untereinander durch mindestens eine Isolationszone derart separiert, dass der maximal erreichbare Wärmetransfer 8 zwischen den Temperierungszonen 4 geringer ist, als der maximal erreichbare Wärmetransfer 6 zwischen jeweils einander zugeordneter Temperierungszone 4 und Reaktionsgemisch 2. Erfindungsgemäß erlaubt dies eine individuelle und prozessoptimale Temperierung eines jeden Reaktionsgemisches 2, ohne eine negative Beeinflussung der jeweils individuellen Reaktionsprozesse durch die Temperatur oder Temperierung benachbarter Reaktionsgemische 2.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für Schüttelkolben und Reaktionsröhrchen als Reaktionsgefäße 1 auf einem Orbitalschüttler, der zumindest einen Schüttelantrieb 11 und eine Schüttelplattform 10 umfasst Figur 2A zeigt dabei eine Aufsicht auf die Schüttelplattform 10, wohingegen Figur 2B eine Seitenansicht der Ausführungsform darstellt Figur 2 enthält einige schematische Vereinfachungen, die der Verdeutlichung und besseren Darstellung der erfindungsgemäßen Merkmale dienen. Insbesondere wird in Figur 2A auf die Darstellung der nichtdesto trotz vorhandenen Reaktionsgemische 2 in den Reaktionsgefäßen 1 sowie auf die Darstellung des Halters für Reaktionsröhrchen 14 verzichtet, um die Anordnung der Temperierungszonen 4 und Temperierungselemente 9 hervorzuheben. Weiterhin wird aus Gründen der Darstellungsklarheit in Figur 2B auf die Abbildung einer vollständigen Seitenansicht der Anordnung in Figur 2A verzichtet und stattdessen nur deren erste Reihe von Reaktionsgefäßen 1 dargestellt Auch die Befestigung der Reaktionsgefäße 1, insbesondere der Schüttelkolben, auf der Schüttelplattform 10 ist aus Gründen der Abbildungsklarheit in Figur 2 nicht dargestellt Auf einer Schüttelplattform 10, die durch einen Schüttelantrieb 11 angetrieben wird, sind mehrere individuell zu temperierende Reaktionsgemische 2 in verschiedenen Reaktionsgefäßen 1 positioniert Die dargestellten Reaktionsgefäße 1 umfassen Schüttelkolben verschiedener Größe sowie Kulturröhrchen. Die Reaktionsgemische 2 in ihren Reaktionsgefäßen 1 sind alle einer gemeinsamen Schüttelbewegung 3 über die Schüttelplattform 10 ausgesetzt In die Schüttelplattform 10 sind erfindungsgemäß mehrere Temperierungselemente 9 integriert, welche jeweils in ihrer Umgebung separat regelbare Temperierungszonen 4 erzeugen, oder aber durch Abschaltung als Isolationszonen 5 genutzt werden.

Figur 2A zeigt die erfindungsgemäße Kombination mehrerer Temperierungselemente 9 oder Temperierungszonen 4 zu kombinierten Arrays aus kleinen Temperierungszonen 4 und Temperierungselementen 9. Erfindungsgemäß erfolgt diese Kombination in Abhängigkeit der Größe der Reaktionsgefäße 1, wie in Figur 2A anhand der Querschnitte der Reaktionsgefäße 1 dargestellt ist Zwischen den jeweils Reaktionsgefäßspezifischen kombinierten Temperierungszonen 4 befinden sich weitere Temperierungselemente 9, welche durch Abschaltung oder aktive Gegenregelung als Isolationszonen 5 genutzt werden. Erfindungsgemäß können die Temperierungselementen 9 auf der Schüttelplattform 10 in Abhängigkeit der Beladung und Positionierung von Reaktionsgefäßen 1 mit Reaktionsgemischen 2 untereinander neu zu kombinierten Temperierungszonen 4 oder Isolationszonen 5 verknüpft werden.

Die Kombinierung der Temperierungszonen kann dabei durch synchrone Ansteuerung von benachbarten Temperierungselementen erfolgen. Wird eine Gruppe von einzelnen Temperierungselementen identisch angesteuert, so kann hierdurch eine größere Temperierungszone gebildet werden. Durch Deaktivieren einzelner Temperierungselemente kann eine Isolationszone gebildet werden; die darüber liegende Gasphase wird dann nicht erwärmt und isoliert so die angrenzende Temperierungszone.

Die Reaktionsgefäße 1 sind mit den in ihnen enthaltenen Reaktionsgemischen 2 von einer gasförmigen Phase als Isolationszone 5 umgeben, welche entweder als Umgebungsluft, oder aber als hinsichtlich Zusammensetzung, Druck, Temperatur und Feuchtigkeit geregelte Atmosphäre ausgeführt ist In einigen Ausführungen der Erfindung fungiert diese Gasphase gleichzeitig als Isolationszone 5 und als schwache Temperierungszone 4, welche eine wärmetransferlimitierte Basistemperierung aller Reaktionsgemische 2 vornimmt, die dann individuell durch die Temperierungselementen 9 auf der Schüttelplattform 10 lokal angepasst wird. Figur 2B zeigt weiterhin einen Halter für Reaktionsröhrchen 14, welcher selbst wiederum Bereiche mit hoher Wärmeleitfähigkeit als Temperierungszonen 4 sowie Bereich mit niedriger Wärmeleitfähigkeit als Isolationszonen 5 aufweist In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind die Temperierungselemente 9 unter dem Halter für Reaktionsröhrchen 14 auf die Position von dessen Temperierungszonen 4 und Isolationszonen 5 angepasst

Die Befestigung der Schüttelkolben als Reaktionsgefäße 1 auf der Schüttelplattform 10 ist in Figur 2 aus Gründen der Abbildungsklarheit nicht dargestellt Erfindungsgemäß werden Reaktionsgefäße 1 mit den für sie gebräuchlichen Vorrichtungen auf der Schüttelplattform 10 befestigt, sodass in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung der Wärmetransfer 6 zwischen der Temperierungszone 4 und dem Reaktionsgemisch 2 größer ist als der Wärmetransfer 7 zwischen mindestens zwei Reaktionsgemischen 2. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann dabei die Befestigungsvorrichtung selbst als Temperierungszone 4 eingesetzt werden, um einen geeigneten Wärmetransfer zwischen mindestens einem Temperierungselement 9 und dem Reaktionsgemisch 2 über sein Reaktionsgefäß 1 zu ermöglichen. Dies gilt beispielsweise für Klammern und Haftmatten, mit denen Schüttelkolben auf Schüttelplattformen 10 befestigt werden. Metallische Klammern oder wärmeleitfähige Haftmatten füngieren somit erfindungsgemäß als Temperierungszonen 4, welche den Wärmetransfer zwischen einem oder mehreren Peltier-Elementen als Temperierungselement 9 und dem Reaktionsgemisch 2 über ihre Kontaktfläche mit dem Reaktionsgefäß 1 ermöglichen. Ähnliches gilt erfindungsgemäß auch für andere Vorrichtungen, die geeignet sind, mindestens ein Reaktionsgefäß 1 auf der Schüttelplattform 10 zu befestigen.

Erfindungsgemäß umfasst die Schüttelplattform 10 neben den Temperierungselementen 9 auch Temperatursensoren 12. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung erfassen die Temperatursensoren 12 direkt die Temperatur des ihnen zugeordneten Reaktionsgemisches 2, insbesondere aber nicht ausschließlich durch dessen abgestrahlte Infrarot- Strahlung. In weiteren Ausgestaltungen der Erfindung erfassen die Temperatursensoren 12 die Temperatur des ihnen zugeordneten Reaktionsgefäßes 1 und somit im Gleichgewicht indirekt die Temperatur des Reaktionsgemisches 2. In einigen Ausgestaltungen der Erfindung erfassen die Temperatursensoren auch die Temperatur der Temperierungszonen 4 oder Isolationszonen 5 oder Temperierungselemente 9.

Erfindungsgemäß werden die durch Temperatursensoren 12 erfassten Temperaturen zur individuellen Regelung der Temperierung einzelner Reaktionsgemische 2 in ihren Reaktionsgefäßen 1 herangezogen. Erfindungsgemäß ermöglicht die Erfassung von Temperaturgradienten zwischen Reaktionsgefäßen 1, Reaktionsgemischen 2, Temperierungszonen 4, Isolationszonen 5 oder Temperierungselementen 9 eine besonders präzise Temperierungsregelung. Erfindungsgemäß können Temperatursensoren 12 in verschiedensten Ebenen und Positionen angebracht sein, um solche Temperaturgradienten erfassen zu können.

Figur 3 zeigt als Seitenansicht eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens für Mikrotiterplatten unter Verwendung von Infrarot-Beleuchtung zur individuellen Temperierung eines jeden Wells. Erfindungsgemäß stellt eine Mikrotiterplatte ein Array aus untereinander verbundenen Reaktionsgefäßen 1 dar, wobei jedes Well einem Reaktionsgefäß 1 entspricht und mit einem individuell zu temperierenden Reaktionsgemisch 2 befällt ist Die Mikrotiterplatte ist auf einer geschüttelten Schüttelplattform 10 befestigt, welche durch einen Schüttelantrieb 11 bewegt wird, sodass alle Reaktionsgefäße 1 der Mikrotiterplatte einer gemeinsamen Schüttelbewegung 3 ausgesetzt sind.

Um jedes Well separat temperieren zu können, sind die Wände der Mikrotiterplatte und damit die Wände der Reaktionsgefäße 1 hier als Isolationszonen 5 ausgeführt Die Temperierung der einzelnen Reaktionsgemische 2 erfolgt somit nicht über Kontaktflächen, sondern direkt mittels strahlungsbasierten Wärmetransfers 6 zwischen Temperierungselement 9 und Reaktionsgemisch 2. Figur 3 zeigt dazu eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der Infrarotstrahler (insbesondere als IR- LEDs) als Temperierungselemente 9 in einem Halter 13 mit zumindest partiellem Sichtfeld auf ihr zugeordnetes Reaktionsgemisch 2 angeordnet sind, wobei jeweils mindestens ein Infrarotstrahler individuell Wärme als Infrarotstrahlung in ein zugeordnetes Reaktionsgemisch 2 transferiert.

Analog zu Figur 2 sind die Reaktionsgefäße 1 mit den in ihnen enthaltenen Reaktionsgemischen 2 von einer gasförmigen Phase als Isolationszone 5 umgeben, welche entweder als Umgebungsluft, oder aber als hinsichtlich Zusammensetzung, Druck, Temperatur und Feuchtigkeit geregelte Atmosphäre ausgeführt ist In einigen Ausführungen der Erfindung fungiert diese Gasphase gleichzeitig als Isolationszone 5 und als schwache Temperierungszone 4, welche eine wärmetransferlimitierte Basistemperierung oder Kühlung aller Reaktionsgemische 2 vornimmt, die dann individuell durch die Infrarotstrahler als Temperierungselemente 9 lokal angepasst wird. In einigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Wände mindestens eines Reaktionsgefäßes 1 teilweise oder vollständig in der Lage, Infrarotstrahlung stark zu reflektieren oder zu absorbieren, um den Wärmetransfer in das Reaktionsgemisch 2 entweder im Gemisch selbst, oder an den erwärmten Wänden des Reaktionsgefäßes 1 zu verstärken. Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch die Auswahl geeigneter Reaktionsgefäßmaterialien, Einfärbungen oder Beschichtungen.

Figur 3 zeigt Temperatursensoren 12 sowohl in der Schüttelplattform 10 als auch in einem zusätzlichen Halter 13. Die Temperatursensoren 12 in der Schüttelplattform 10 bestimmen vorrangig die Temperatur der Reaktionsgefäße 1, wohingegen die Temperatursensoren 12 im Halter direkt die Temperatur der ihnen zugeordneten Reaktionsgemische 2 über deren IR-Emission bestimmen. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind diese IR-Temperatursensoren 12 entweder optisch klar von den Temperierungselementen 9 getrennt, oder werden moduliert und auf die Temperierungselemente 9 abgestimmt betrieben. In einigen Ausführungen der Erfindung werden diese IR-Temperatursensoren 12 auch eingesetzt, um die Strahlungsleistung der Temperierungselemente 9 zu messen und anzupassen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung wird der Halter 13 mitgeschüttelt, sodass zwischen den Reaktionsgefäßen 1 und dem Halter 13 keine Relativbewegung erfolgt In anderen Ausführungsformen ist der Halter 13 extern fixiert, sodass zwischen den Reaktionsgefäßen 1 und dem Halter 13 eine Relativbewegung auftritt In einigen Ausführungsformen der Erfindung wechselt die Zuordnung der Temperierungselemente 9 und der Temperatursensoren 12 zu mindestens einem Reaktionsgemisch 2 infolge der Relativbewegung, sodass bei geeigneter Regelung mehrere Reaktionsgemische 2 mittels einer einzigen Kombination aus Temperierungselement 9 und Temperatursensor 12 individuell temperiert werden können.

Bezugszeichenliste

1 Reaktionsgefäß

2 Reaktionsgemisch

3 Schüttelbewegung

4 Temperierungszone

5 Isolationszone

6 Wärmetransfer zwischen Temperierungszone 4 oder Temperierungselement 9 und Reaktionsgemisch 2

7 Wärmetransfer zwischen mindestens zwei Reaktionsgemischen 2

8 Wärmetransfer zwischen mindestens zwei Temperierungszonen 4

9 Temperierungselement

10 Schüttelplattform

11 Schüttelantrieb

12 Temperatursensor

13 Halter

14 Halter für Reaktionsröhrchen