DE69935230T2

DE69935230T2 - Vorrichtung für thermische und flüssige zirkulation zur hybridierung von nukleinsäuren

Info

Publication number: DE69935230T2
Application number: DE69935230T
Authority: DE
Inventors: Aaron Custance; Jonathan Iam Parker
Original assignee: Genomic Solutions Inc
Current assignee: Genomic Solutions Inc
Priority date: 1998-08-10
Filing date: 1999-08-10
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: AU2004201118B2; AU5553299A; EP1105458A4; WO2000009650A9; JP2002522065A; DE69935230D1; EP1105458A1; AU772769B2; US6238910B1; CA2339163A1; AU2004201118A1; US6432696B2; CA2339163C; EP1105458B1; US20010046700A1; WO2000009650A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Hybridisieren von Nukleinsäure-Proben, und genauer auf eine automatisierte Vorrichtung zum Hybridisieren von DNA-Mikroanordnungen.
Erörterung
Die Verwendung von DNA-(Desoxyribonukleinsäure)-Mikroanordnungen bietet ein leistungsfähiges Verfahren, um Expression von Tausenden von Genen gleichzeitig zu analysieren. Das Verfahren umfasst das Immobilisieren von DNA-Proben aus einer großen Anzahl von Genen auf einem Festkörpersubstrat, wie etwa einem gläsernen Mikroskopobjektträger. Die DNA-Proben erscheinen als eine Anordnung von Punkten auf dem Substrat, wobei die Herkunft einer bestimmten DNA-Probe bestimmt werden kann, wenn deren Position in der Anordnung bekannt ist. Das Verfahren sieht typischerweise das Kontaktieren der DNA-Mikroanordnung mit RNA-(Ribonukleinsäure)-Sonden vor, um spezifische Nukleotid-Sequenzen in den DNA-Proben zu erfassen. Um zwischen unterschiedlichen RNA-Sonden zu unterscheiden, wird jede mit einer Markierung gekennzeichnet, die bei einer Wellenlänge fluoresziert, die für die bestimmte Sonde einzigartig ist.
Unter geeigneten Bedingungen hybridisieren die RNA-Sonden oder gehen mit den immobilisierten DNA-Proben eine Bindung ein, wodurch hybride DNA-RNA-Stränge entstehen. Für jede immobilisierte DNA-Probe und für eine bestimmte RNA-Sonde können Unterschiede in der Hybridisierung zwischen den DNA-Proben wahrgenommen werden, indem die Stärke und die Wellenlängenabhängigkeit der Fluoreszenz jedes Mikroanordnungselements gemessen wird. Auf diese Weise kann bestimmt werden, ob sich die Gen-Expressionsniveaus zwischen den DNA-Proben unterscheiden. Somit kann durch die Verwendung von DNA-Mikroanordnungen viel über die Expression einer großen Anzahl von Genen und über umfangreiche Muster der Gen-Expression gelernt werden, wobei relativ kleine Mengen biologischen Materials verwendet werden.
Obwohl DNA-Mikroanordnungen leistungsfähige Hilfsmittel darstellen, sind gegenwärtig erhältliche Vorrichtungen zum Hybridisieren von DNA-Mikroanordnungen verbesserungswürdig. Ein Beispiel einer solchen Vorrichtung ist in WO96/30124 offenbart. Die meisten Vorrichtungen, die mit DNA-Mikroanordnungen arbeiten können, weisen eine rudimentäre Temperaturregelung auf. Nukleinsäure-Hybridisierung erfordert jedoch eine präzise Temperaturregelung. Der Grad der Hybridisierung sowie die Gleichgewichtskonzentrationen der hybriden DNA-RNA-Stränge hängen stark von der Temperatur ab, und daher erfordern genaue Vergleiche der Hybridisierungsexperimente, dass die Experimente bei derselben Temperatur durchgeführt werden. Zudem ist eine präzise Temperaturprogrammierung während eines Experiments oft entscheidend, um störende Sonden-Proben-Bindungen zu minimieren. Zum Beispiel reduziert ein schneller Temperaturabfall nach der Hybridisierung – ein Vorgang, der schrittweises Sondentempern genannt wird – die Hintergrundbindungen.
Im Allgemeinen mangelt es Vorrichtungen, die mit DNA-Mikroanordnungen arbeiten können, zudem an einem System zur Steuerung des Fluidkontaktierens. Während der Hybridisierung ist die DNA-Mikroanordnung in ein Fluid eingebettet, das die RNA-Sonden enthält. Der Anteil, mit dem sich die Sonden an die DNA-Proben binden, hängt teilweise von der Konzentration an Sonden ab. Die Konzentration der Sonden kann sich jedoch in der Nähe der immobilisierten DNA-Proben stark von der Konzentration des Großteils der Sonden unterscheiden. Obwohl das Bewegen des Fluids hilft, das Konzentrationsgefälle zwischen dem Großteil des Fluids und dem Fluid in der Nähe der Substratoberfläche zu minimieren, kann ein übermäßiges Mischen des Fluids hohe Quer- und Normalkräfte erzeugen, welche die DNA-Proben verschieben können.
Die vorliegende Erfindung löst, oder verringert zumindest, eines oder mehrere der obenerwähnten Probleme.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum automatischen Hybridisieren einer Nukleinsäure-Mikroanordnung geschaffen, die auf einer Oberfläche eines Festkörpersubstrats immobilisiert ist, wobei die Vorrichtung umfasst:
wenigstens eine Anordnung zum Befestigen des Festkörpersubstrats während der Hybridisierung, wobei die Anordnung einen Träger und eine Abdeckung mit einer dem Träger zugewandten Oberfläche umfasst und der Träger und die Abdeckung so bemessen sind, dass sie das Festkörpersubstrat zwischen dem Träger und der Oberfläche der Abdeckung so aufnehmen, dass die Oberflächen der Abdeckung und des Festkörpersubstrats einen Hohlraum definieren;
ein Fluidsteuermodul, das einen Fluidverteiler, wenigstens einen Flüssigkeitsvorratsbehälter und wenigstens einen Abfallbehälter umfasst, wobei der Fluidverteiler für eine Fluidverbindung zwischen dem Flüssigkeitsvorratsbehälter und dem Hohlraum sowie zwischen dem Hohlraum und dem Abfallbehälter sorgt,
wenigstens ein Wärmemanagementmodul zum Steuern/Regeln der Temperatur der Nukleinsäure-Mikroanordnung, die auf der Oberfläche des Festkörpersubstrats immobilisiert ist, wobei das Wärmemanagementmodul die Anordnung thermisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsteuermodul umfasst: eine Unterdruckquelle in Fluidverbindung mit dem Abfallbehälter, wobei die Unterdruckquelle für einen Druckabfall zwischen dem Flüssigkeitsvorratsbehälter und dem Abfallbehälter sorgt, wobei der Druckabfall eine Fluidströmung durch das Fluidsteuermodul antreibt, sowie ein Impulsventil in Fluidverbindung mit dem Hohlraum, wobei das Impulsventil so betreibbar ist, dass es das Fluid innerhalb des Hohlraums bewegt.
Eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung schafft eine DNA-Hybridisierungsvorrichtung, die zu einer genauen Wärme- und Fluidsteuerung fähig ist. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere nützlich, wenn sie in Verbindung mit DNA-Punkten auf Glasschiebern (DNA-Mikroanordnungen) verwendet wird. Die Vorrichtung kann ferner verwendet werden, um andere Materialien auf anderen Substraten zu hybridisieren. Mehrere Schieber können gleichzeitig (parallel) oder in schneller Serie bearbeitet werden. Der Fluidverteiler ermöglicht die Steuerung von mehreren Fluiden auf der Oberfläche jedes Schiebers. Alle Schieber können die gleiche Sequenz von Fluiden kontaktieren oder verschiedene Fluid-Kontaktprotokolle durchlaufen. Die Temperaturregelung erfolgt typischerweise pro Schieberpaar, so dass jedes Schieberpaar das gleiche Temperaturprofil durchläuft, oder unterschiedliche Paare ein unterschiedliches Temperaturprofil durchlaufen. Kleine Flüssigkeitsvolumina können manuell auf jeden Schieber aufgebracht werden. Jedes Schieberpaar ist mit separaten Klemmvorrichtungen versehen, um die DNA-Probenbereiche jedes Schiebers zu verschließen. Die Fluide werden in der ganzen Vorrichtung bei Unterdruck bewegt, wodurch sichergestellt wird, dass keine gefährlichen Chemikalien unter Druck austreten. Die vorliegende Erfindung sieht zudem eine Software-Steuerung des Kontaktierens des Fluids und der Temperatur der Probe mittels Software vor, die auf einem eingebetteten Personalcomputer läuft. Die Benutzereingabe erfolgt mittels Berührungsbildschirm, Diskettenlaufwerk oder über eine externe Verbindung zu einem Systemnetzwerk. Das Systemnetzwerk verteilt für jedes Schieberpaar Steuerungssignale und Softwarebefehle zwischen den untergeordneten und den Haupt-Fluid-Steuerungseinheiten und den Wärmeregelungsmodulen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform einer automatisierten DNA-Hybridisierungsvorrichtung für die Verwendung mit DNA-Mikroanordnungen.
2 zeigt eine perspektivische Draufsicht einer Schieberplattenanordnung.
3 zeigt eine Querschnittsseitenansicht einer Schieberplattenanordnung und einer Klemme.
4 zeigt eine perspektivische Draufsicht eines Schieberträgers und des Glasschieberpaares (DNA-Mikroanordnungen).
5 zeigt eine perspektivische Unteransicht einer Schieberabdeckung.
6 zeigt eine durchsichtige Draufsicht eines Hauptverteilers.
7 zeigt eine durchsichtige Unteransicht eines Nebenverteilers.
8 ist eine schematische Darstellung eines Fluidsteuermoduls.
9 stellt eine Fluidbewegung innerhalb eines Schieberhohlraums mittels Ventilbetätigung dar.
10 zeigt eine Explosionsansicht eines Wärmemanagementmoduls.
11 zeigt ein schematisches Diagramm einer Steuerungsuntereinheit für jedes Wärmemanagementmodul.
GENAUE BESCHREIBUNG
Überblick
1 zeigt eine perspektivische Vorderansicht einer Ausführungsform einer automatisierten DNA-Hybridisierungsvorrichtung 100 für die Verwendung mit DNA-Mikroanordnungen (gläserne Mikroskop-Objektträger, die DNA-Punkte aufweisen). Die in 1 gezeigte Vorrichtung 100 umfasst ein Gehäuse 102, das sechs Wärmemanagementmodule 104 enthält, obgleich die Anzahl der Wärmemanagementmodule 104 abweichen kann. Jedes Wärmemanagementmodul 104 regelt die Temperatur von einer der sechs Schieberplattenanordnungen 106. Jede Schieberplattenanordnung 106 umfasst ein Paar (nicht gezeigte) gläserne Mikroskop-Objektträger, die mit DNA-Punkten versehen sind. Während der Bearbeitung kann jedes gläserne Mikroskop-Objektträgerpaar verschiedene Temperaturprofile durchlaufen, da die Wärmemanagementmodule 104 unabhängig arbeiten können.
Während der Hybridisierung verteilt ein Fluidsteuermodul 108 verschiedene Flüssigkeiten (Puffer, Reagenzien und dergleichen) sowie verschiedene Gase (zum Beispiel Luft) auf jeden Glasschieber. Das Fluidsteuermodul 108 umfasst einen Hauptverteiler 110, der in Fluidverbindung mit einer ersten Reihe 112 von Schieberplattenanordnungen 106 steht, und einen Nebenverteiler 114, der in Fluidverbindung mit einer zweiten Reihe 116 von Schieberplattenanordnungen 106 steht. Der Hauptverteiler 110 und der Nebenverteiler 114 enthalten Ventile und (nicht gezeigte) Kanäle, die eine Fluidströmung von den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118 zu den einzelnen Glasschiebern ermöglicht. Zudem ermöglichen der Hauptverteiler 110 und der Nebenverteiler 114 eine Fluidströmung von den einzelnen Glasschiebern zu den Abfallbehältern 120. Die Verwendung von zwei Abfallbehältern 120 macht die Notwendigkeit des Mischens reaktiver Abfälle oder des Wechselns von Auffangbehältern während des Betriebsablaufs überflüssig. Wie später beschrieben wird, kann jede DNA-Mikroanordnung die gleichen oder unterschiedliche Fluide während der Hybridisierung kontaktieren. Eine (nicht gezeigte) Pumpe erhält den Unterdruck innerhalb der Lufträume der beiden Abfallbehälter 120 aufrecht. Aufgrund des Umgebungsdrucks in den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118 und aufgrund des Unterdrucks innerhalb der Abfallbehälter 120 ergibt sich ein Druckabfall, der die Fluidströmung durch das Fluidsteuermodul 108 antreibt. Da das Kontaktieren sämtlicher Fluide innerhalb der Vorrichtung 100 bei einem Druck unterhalb des Umgebungsdrucks erfolgt, können unter Druck keine gefährlichen Chemikalien aus der Vorrichtung 100 austreten.
Das Wärmemanagement und das Kontaktieren der Fluide unterliegt der Steuerung der Software, die auf einem eingebetteten Personalcomputer(PC)-Modul 122 läuft. Die Benutzereingabe erfolgt mittels Berührungsbildschirm 124 oder Diskettenlaufwerk 126. Ein geeignetes Systemnetzwerk verteilt für jede Schieberplattenanordnung 106 Steuerungssignale und Softwarebefehle unter den Wärmeregelungsmodulen 104. Das Systemnetzwerk unterstützt zudem eine externe Verbindung zu anderen Untereinheiten, die Schieberpaare, Fluidsteuermodule und Wärmemanagementmodule umfassen. Der Benutzer kann über eine Anwendersoftware und entweder einen Berührungsbildschirm 124 oder ein Diskettenlaufwerk 126 Bearbeitungsschritte der Vorrichtung 100 programmieren. Prozesssteuerungspro gramme, die über den Berührungsbildschirm 124 eingegeben werden, können auf der Festplatte des eingebetteten PC-Moduls 122 gespeichert werden oder auf das Diskettenlaufwerk 126 heruntergeladen werden.
Obwohl in 1 nicht gezeigt, umfasst die Vorrichtung 100 ferner ein Stromversorgungsmodul. Das Stromversorgungsmodul liefert Strom, um die Ventile des Hauptverteilers 110 und des Nebenverteilers 114 zu betätigen, und liefert Energie, um jedes Wärmemanagementmodul 104 zu versorgen. Da die Netzspannung den verfügbaren Strom auf etwa 10 A begrenzt, kann das Stromversorgungsmodul nicht alle Wärmemanagementmodule 104 gleichzeitig mit Strom versorgen, ohne die Erwärmungs- oder Abkühlungsrate erheblich abzuschwächen. Stattdessen verwendet das Stromversorgungsmodul eine intelligente Energieplanung, indem zuerst ein oder zwei Schieberplattenanordnungen 106 mit Strom versorgt werden. Nachdem diese ihre gewünschten Temperaturen erreicht haben, versorgt das Stromversorgungsmodul eine zweite Gruppe von Schieberplattenanordnungen 106 mit Strom. Dieser Ablauf dauert an, bis alle Schieberplattenanordnungen 106 ihre jeweils gewünschte Temperatur erreichen.
Fluidsteuermodul
2 und 3 zeigen eine perspektivische Vorderansicht beziehungsweise eine Querschnittsseitenansicht einer Schieberplattenanordnung 106. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Schieberplattenanordnung 106 eine Schieberabdeckung 150, die mit einer Klemme 152 befestigt ist. Die Klemme 152 ist im Wesentlichen ein rechteckiger Rahmen 154, der einen einzelnen mittigen Querträger 156 aufweist. Der rechteckige Rahmen 154 ist auf einem Paar Klemmarmen 158, 160 montiert, die einen zylindrischen Stab 162 verwenden, der dem rechteckigen Rahmen 154 ermöglicht, sich um die Mittelachse des zylindrischen Stabs 162 zu drehen. Die ersten Enden der Klemmarmee 158, 160 sind drehbar auf Scharnieren 164, 166 montiert, die an dem Wärmemanagementmodul 104 befestigt sind; ein rechteckiger Riegel 168, der an den zweiten Enden der Klemmenarme 158, 160 angebracht ist, verhindert eine Relativbewegung der Klemmenarme 158, 160. Um die Schieberplattenanordnung 106 zu befestigen, ist ein Drehknauf 170, der auf dem rechteckigen Riegel 168 montiert ist, in einen Klemmsockel 172 einge dreht, der an dem Wärmemanagementmodul 104 befestigt ist.
Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die Schieberplattenanordnung 106 eine Schieberabdeckung 150, die oberhalb eines Paars von Glasschiebern 190 angeordnet ist, welche auf einem ebenen Schieberträger 192 aus rostfreiem Stahl vorgesehen sind. Während des Betriebsablaufs ist die Schieberabdeckung 150 auf den Glasschiebern 190 angeordnet. Der Schieberträger 192 positioniert die Glasschieber 190, indem er eine Reihe von ausgeschnittenen Ansätzen 194 verwendet, die in einem Winkel von etwa 10° nach oben gebogen sind. Die ausgeschnittenen Ansätze 194 ermöglichen eine geringfügige Veränderung der Abmessungen des Glasschiebers 190. Ein U-förmiger Ansatz 196, der an einem Ende des Schieberträgers 192 angebracht ist, befindet sich in Eingriff mit einem (nicht gezeigten) Fixierungsstift auf den Verteilern 110, 114, die in 1 gezeigt sind, um die Position der Glasschieber 190 und des Schieberträgers 192 in der Vorrichtung 100 festzulegen.
Weitere Einzelheiten der Schieberplattenanordnung 106 sind in 4 und 5 gezeigt. 4 zeigt eine perspektivische Draufsicht des Schieberträgers 192 und der beiden Glasschieber 192. Auf jedem Glasschieber 190 sind DNA-Punkte in Form einer Anordnung 210 aufgebracht.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer unterseitigen Oberfläche 220 der Schieberabdeckung 150. Die Schieberabdeckung 150 ist aus einem Hochtemperaturkunststoff gefertigt, um bei höheren Betriebstemperaturen der Vorrichtung 100 ein Senken oder Erweichen zu vermeiden. Zu einem geeigneten Kunststoff zählt Polysulfon. Polysulfon weist die erforderlichen Temperatureigenschaften auf und ist transparent, was während des Betriebsablaufs einen direkten Sichtkontakt mit den Glasschiebern 190 ermöglicht. Darüber hinaus tragen die Absorptions- und Abschwächungseigenschaften von Polysulfon dazu bei, während des Betriebsablaufs ein Photobleichen der DNA-Mikroanordnung, der RNA-Sonden und dergleichen zu verhindern.
Eine Abstandsscheibe 222, die ein Paar von rechteckigen Ausschnitten mit etwas kleinerer Abmessung als die der Glasschieber 190 aufweist, ist auf der unteren Oberfläche 220 der Schieberabdeckung 150 angeordnet. Die Dicke der Abstandsscheibe 222 definiert einen Abstand zwischen der unteren Oberfläche 220 der Schieberabdeckung 150 und den Glasschiebern 190. Zwei O-Ringe 224 aus Perfluor-Elastomer, die inert sind und mit Nukleinsäuren keine Bindung eingehen, sind in Nuten angeordnet, die um den Innenumfang der Abstandsscheibe 222 herum in die untere Oberfläche 220 der Schieberabdeckung 150 geschnitten sind. Während des Betriebsablaufs wird die untere Oberfläche 220 der Schieberabdeckung 150 auf den Glasschiebern 190 angeordnet, wobei die O-Ringe 224 zusammengedrückt werden und zwei Schieberhohlräume für die Fluidströmung definiert werden.
Mit Bezug auf 3 und 5 tritt das Fluid in jeden Schieberhohlraum durch die Öffnungen 226 ein und aus, die an einem Ende der Schieberabdeckung 150 angeordnet sind. Die Öffnungen 226 schaffen Fluidverbindungen mit den in 1 gezeigten Verteilern 110, 114 und werden mit O-Ringen 228 versiegelt. Bei jedem Schieberhohlraum dringt das Fluid durch eine der Öffnungen 226 in einen ersten seitlichen Diffusionskanal 230 ein, der in die Schieberabdeckung 150 geschnitten ist. Daraufhin strömt das Fluid entlang der Länge des Hohlraums und entlang der Oberfläche des Schiebers 190 und wird in einen zweiten seitlichen Diffusionskanal 232 eingeleitet. Von dem zweiten Diffusionskanal 232 aus fließt das Fluid innerhalb eines Rückführungskanals 234, der in die Schieberabdeckung 150 gebohrt ist, zurück in Richtung der Öffnungen 226 und tritt durch eine der Öffnungen 226 aus dem Schieberhohlraum aus. Es ist zu beachten, dass neben der Diffusionsströmung, die dazu beitrgt, ein Abscheren der DNA zu vermeiden, die Diffusionskanäle 230, 232 als kleine Fluidvorratsbehälter dienen, die sich leeren und füllen, wenn die Temperatur innerhalb des Schieberhohlraums ansteigt und fällt.
Wie in 3 und 5 gezeigt ist, enthält die Schieberabdeckung 150 zwei Injektionsöffnungen 236, um manuell kleine Flüssigkeitsvolumina (von RNA-Sonden etwa) direkt in jeden Schieberhohlraum einzuspritzen. Die Injektionsöffnungen 236 sind mit einer Verjüngung gebohrt, die den Querschnitten einer Einspritzvorrichtung – typischerweise einer Pipette – und von Polyethylen-Stöpseln 238 entspricht, welche, wie in 2 gezeigt, die Öffnungen 236 versiegeln, wenn diese nicht verwendet werden. Die Verjüngung ermöglicht dem Fluid nicht, in den Injektionsöffnungen 236 zurückzubleiben, sobald die Stöpsel 238 eingesetzt sind, wodurch das sichtbare Volumen des Schieberhohlraums verringert wird und die RNA-Sonde erhalten bleibt.
Während der manuellen Injektion wird Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in den zweiten Diffusionskanal 232 gezogen und strömt innerhalb des Schieberhohlraums über die Oberfläche des Schiebers 190, bis die Flüssigkeit den ersten Diffusionskanal 230 erreicht. Da eine manuelle Flüssigkeitsinjektion am zweiten Diffusionskanal 232 erfolgt und sich die Schieberplattenanordnung 106 leicht nach oben (ungefähr 10°) in Richtung des ersten Diffusionskanals 230 neigt, ersetzt und verdrängt die Flüssigkeit Luft innerhalb des Schieberhohlraums aus den Öffnungen 226 während der Injektion. Die Flüssigkeit sollte beide Diffusionskanäle 230, 232 nicht komplett füllen, da diese dafür vorgesehen sind, thermische Ausdehnung und Kontraktion des Fluids innerhalb des Schieberhohlraums auszugleichen.
Thermische Unterbrechungen 240, wie etwa die in 3 gezeigte, sind in die Schieberabdeckung 150 geschnitten, um die Verzerrung zu reduzieren, die aus den Wärmegradienten in einer Richtung parallel zur unteren Oberfläche 220 der Schieberabdeckung 150 resultiert. Da die thermischen Unterbrechungen 240 die Flexibilität verbessern, ermöglichen sie es der Schieberabdeckung 150 auch, sich jeglichen Unregelmäßigkeiten in der Ebenheit anzupassen. Verzerrung, die aus den Wärmegradienten in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche 220 der Schieberabdeckung 150 resultiert, werden reduziert, indem die Schieberabdeckung 150 dünner gemacht wird und indem ihre thermisch wirksame Masse verringert wird.
Mit erneutem Bezug auf 3 presst während des Betriebsablaufs die Klemme 152 die Schieberplattenanordnung 106 gegen Elemente des Wärmemanagementmoduls 104 – die Wärmeplatte 260 und das Wärmekissen 262, indem unter Druck der Feder 264 stehende Kontaktzwingen 266 verwendet werden, die in Aussparungen 268 im Rahmen 154 der Klemme montiert sind. Die Kontaktzwingen 196 sind verschiebbar auf Schrauben 270 montiert, die in den Rahmen 154 der Klemme gedreht sind. Die Kontaktzwingen 266 sind so um den Rahmen 154 der Klemme angeordnet, dass sie eine Abwärtskraft ausüben, die gleichmäßig über den Umfang der Schieberabde ckung 150 verteilt ist. Der ausgeübte Druck reicht aus, um die Abstandsscheibe 222 gegen die Glasschieber 190 zu drücken und um zu verhindern, dass die Schieberabdeckung 150 aufgrund der Wärmegradienten deformiert wird.
6 und 7 zeigen eine durchsichtige Draufsicht beziehungsweise Unteransicht des Hauptverteilers 110 und des Nebenverteilers 114. Beide Verteiler 110, 114 bestehen aus mehreren Schichten diffusionsgebundenem Acryl, bei dem die Kanäle 290, 292, 294 und 296 in ebene Flächen von Acrylschichten eingearbeitet sind, wobei die Schichten unter Hitze und Druck miteinander verbunden sind. Der Hauptverteiler 110 ist dem Nebenverteiler 114 ähnlich, außer dass der Hauptverteiler 110 über Flüssigkeitsöffnungen 298 beziehungsweise Abfallöffnungen 300 für Fluidverbindungen zu den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118 und den Abfallbehältern 120 sorgt. Ferner sorgt der Hauptverteiler 110 über eine Gasöffnung 302 und eine Entlüftungsöffnung 304 für Fluidverbindungen zu gefilterter Umgebungsluft. Fixierungsstifte 306 befinden sich mit der Schieberabdeckung 150 und dem U-förmigen Ansatz 196 des Schieberträgers 192 in Eingriff. Die Fixierungsstifte 306 dienen dazu, die Schieberabdeckung 150 und den Schieberträger 192 bezüglich der Verteiler 110, 114 zu positionieren.
Mit erneutem Bezug auf 2 sorgen die ersten und zweiten Kanäle 320, 322 über erste und zweite Kanalöffnungen 324, 326 für eine Fluidverbindung zwischen den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118 beziehungsweise den Abfallbehältern 120. Ferner sorgen Ventile 328, die auf der Unterseite des Hauptverteilers 110 und des Nebenverteilers 114 montiert sind, selektiv für eine Fluidverbindung zwischen den Schieberhohlräumen und den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118, den Abfallbehältern 120 oder der Umgebungsluft. Die Ventile unterliegen der Steuerung des eingebetteten PC-Moduls 122 und weisen ein Null-Totvolumen auf, um die Rückhaltung der Flüssigkeit in geschlossenem Zustand zu verhindern.
8 ist eine schematische Darstellung des Fluidsteuermoduls 108 und stellt dar, wie das Fluid von den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118 durch den Hauptverteiler 110, den Nebenverteiler 114 und die Schieberhohlräume 350 in die Abfallbehälter 120 strömt. Bevor das Fluid in die Schieberhohlräume 350 eingeleitet wird, wird ein Durchflussweg zwischen den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118 und den Schieberhohlräumen 350 vorher mit Flüssigkeit aus einem geeigneten Vorratsbehälter 118 gespeist oder angesaugt. Das Ansaugen spült das rückständige Fluid heraus, das von einem vorherigen Bearbeitungsschritt zurückgeblieben ist und den derzeitigen Bearbeitungsschritt verunreinigen kann.
Um das Ansaugen zu veranschaulichen, wird angenommen, dass versucht wird, Flüssigkeit aus einem ersten Vorratsbehälter 352 in einen ersten Schieberhohlraum 354 und daraufhin in einen zweiten Schieberhohlraum 356 zu injizieren. Ursprünglich sind alle Ventile 328 geschlossen. Um das Ansaugen zu beginnen, öffnet das (nicht gezeigte) eingebettete PC-Steuermodul 122 ein erstes Flüssigkeitseingangsventil 358, ein primäres Ansaugventil 360 und entweder ein erstes Abfallventil 362 oder ein zweites Abfallventil 364, das den Kanal 290 mit Flüssigkeit aus dem ersten Vorratsbehälter 352 füllt, da in den Abfallbehältern 120 Unterdruck vorliegt. Daraufhin öffnet das Steuermodul 122 ein erstes Schieberhohlraumausgangsventil 366 und schließt das primäre Ansaugventil 360, woraufhin der erste Schieberhohlraum 354 von jeglichem rückständigen Fluid aus einem vorhergehenden Bearbeitungsschritt befreit wird. Um den Kanal 294 anzusaugen, um für eine Fluidverbindung zwischen dem ersten Flüssigkeitsvorratsbehälter 352 und dem zweiten Schieberhohlraum 356 zu sorgen, öffnet gleichermaßen das eingebettete PC-Steuermodul 122 das erste Flüssigkeitseingangsventil 358, ein sekundäres Ansaugventil 368 und entweder das erste Abfallventil 362 oder das zweite Abfallventil 364. Dieser Vorgang füllt den Kanal 294 mit Flüssigkeit aus dem ersten Vorratsbehälter 352. Als nächstes öffnet das Steuermodul 122 ein zweites Schieberhohlraumausgangsventil 370 und schließt das sekundäre Ansaugventil 368, woraufhin der zweite Schieberhohlraum 356 von jeglichem rückständigen Fluid aus einem vorhergehenden Bearbeitungsschritt geklärt wird.
Sobald das Ansaugen abgeschlossen ist und alle Ventile 328 geschlossen sind, injiziert das PC-Steuermodul 122 Flüssigkeit aus dem ersten Vorratsbehälter 352 in den ersten Schieberhohlraum 354, indem das erste Flüssigkeitseingangsventil 358, ein erstes Schieberhohlraumeingangsventil 372, ein erstes Schieberhohlraumimpulsventil 374, das erste Schieberhohlraumaus gangsventil 366 und entweder das erste Abfallventil 362 oder das zweite Abfallventil 364 geöffnet werden. Gleichermaßen injiziert das PC-Steuermodul 122 Flüssigkeit aus dem ersten Vorratsbehälter 352 in den zweiten Schieberhohlraum 356, indem das erste Flüssigkeitseingangsventil 358, ein zweites Schieberhohlraumeingangsventil 376, ein zweites Schieberhohlraumimpulsventil 378, das zweite Schieberhohlraumausgangsventil 370 und entweder das erste Abfallventil 362 oder das zweite Abfallventil 364 geöffnet werden.
Wie oben beschrieben worden ist, erhält eine Vakuumpumpe 380 innerhalb der Lufträume der beiden Abfallbehälter 120 den Unterdruck aufrecht. Der Umgebungsdruck in den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118 und der Unterdruck innerhalb der Abfallbehälter 120 hat einen Druckabfall zur Folge, der eine Fluidströmung durch das Fluidsteuermodul 108 antreibt. Da sich die Abfallbehälter 120 während des Betriebsablaufs füllen, nimmt der Luftraum innerhalb der beiden Abfallbehälter 120 ab, was die Pumpenleistung verringert. Folglich läuft die Vakuumpumpe 380 ununterbrochen, um den Unterdruck innerhalb des Fluidsteuermoduls unter allen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Ein großer Luftraum im Abfallbehälter 120 ermöglicht dem Fluidsteuermodul 108, auf Spitzen oder Stöße des Pumpenleistungsbedarfs zu reagieren. Typischerweise wird Abgas 382 aus der Vakuumpumpe an die Hinterseite der Vorrichtung 100 geleitet. Wenn das Abgas 382 gefährlich ist, wird es zu einer Entsorgungsstelle geleitet. Um die Handhabung von gefährlichen Materialien zu unterstützen, können die Abfallbehälter 120 vorher mit einem Neutralisator befüllt werden.
9 stellt die Bewegung des Fluids 400 innerhalb eines Schieberhohlraums 350 mittels Ventilbetätigung dar. 9 zeigt eine Querschnittsansicht einer Schieberplattenanordnung 106 angrenzend an den Hauptverteiler 110. Ein Paar von Ventilen – ein Schieberhohlraumeingangsventil 402 und ein Schieberhohlraumimpulsventil 404 – sorgen für eine Fluidverbindung mit den Flüssigkeitsvorratsbehältern 118. Das (nicht gezeigte) eingebettete PC-Steuermodul 122 kann das Fluid 400 bewegen, indem das Impulsventil 404 geöffnet und geschlossen wird. Diese Bewegung zieht Luft aus dem ersten Diffusionskanal 230 heraus und in diesen hinein, wie durch die Pfeile 406, 408 gezeigt ist. Der Diffusionskanal 230 dient als Druckspeicher, der dafür ausgelegt ist, die Druckkräfte innerhalb des Schieberhohlraums 350 abzuschwächen und zu verteilen, was ein Abscheren von DNA, die an dem Schieber 190 haftet, minimiert.
Das Fluid 400 innerhalb der Schieberhohlräume 350 vergast häufig während des Erhitzens und bildet Blasen, die dazu neigen, sich im ersten Diffusionskanal 230 anzusammeln. Eine Gasansammlung im ersten Diffusionskanal 230 wird durch Bewegung und durch die geringe Neigung der Schieberplattenanordnung 106 gefördert. Ein stoßweises Entlüften des Schieberhohlraums 350 durch z. B. ein Ausgangsventil 366, 370 und ein Entlüftungsventil 420 (8) verhindert, dass das Gas unter Druck gesetzt wird und dass das Fluid 400 verdrängt wird. Der Fluidverlust durch Verdunstung wird durch ein kurzes Entlüftungszeitintervall minimiert.
Temperaturregelung
10 zeigt eine Explosionsansicht des Wärmemanagementmoduls 104. Das Wärmemanagementmodul 104 umfasst eine Wärmeplatte 260, die entworfen und konstruiert ist, um die Wärmeübertragung zwischen den Peltier-Vorrichtungen 440 und den Glasschiebern 190 aus 3 zu maximieren. Die Wärmeplatte 260 dafür ausgelegt, eine schnelle Temperaturreaktion und eine gleichmäßige Temperaturverteilung über der Oberfläche der Glasschieber 190 zu schaffen. Um diese Entwurfsziele zu erreichen, weist die Wärmeplatte 260 eine minimale thermisch wirksame Masse und einen hohen Grad an Ebenheit auf, um den thermischen Kontaktbereich zu maximieren. Wo mechanische Verbindungen zur Wärmeplatte 260 geschaffen werden müssen, sind sie an Stellen vorgesehen, die keine erhebliche Störung des Temperaturprofils verursachen. Die Wärmeplatte 260 ist auf einem graphitbeladenen Wärmekissen 262 angeordnet, das eine thermische Schnittstelle zwischen den Peltier-Vorrichtungen 440 und einer eloxierten Oberfläche der Wärmeplatte 260 bildet. Eine (nicht gezeigte) Temperatursicherung ist mit der Wärmeplatte 260 verbunden, um zu verhindern, dass das Modul 104 überhitzt. Ferner ist ein PT100-Temperatursensor 442 auf der Wärmeplatte 260 in kurzer Entfernung zur DNA-Probe (DNA-Anordnung) 210 von 4 eingebettet, um die Prozesssteuerung zu verbessern.
Jede Wärmeübertragungsplatte 260 wird von vier Peltier-Vorrichtungen 440 betrieben, die elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltet sind, um eine geringe Wärmeimpedanz zwischen der Wärmeplatte 260 und der Wärmesenke (Wärmequelle) 444 zu bieten. Die räumliche Anordnung der Peltier-Vorrichtungen 440 ermöglicht (nicht gezeigten) Kompressionsschrauben, zwischen diesen zu verlaufen, wobei sie eine Kompressionsanordnung (Sandwich) bilden, bei der die Wärmeplatte 260 und die Wärmesenke 444 gegenüberliegende Seiten bilden. Die Lage der Kompressionsschrauben sorgt für gleichmäßige Kompressionskräfte über den Peltier-Flächen, wenn bei den Kompressionsschrauben eine richtige Drehmomenteinstellung vorgenommen wird. Graphitbeladene Wärmekissen 262 werden verwendet, um die Peltier-Vorrichtungen 440 mit der Wärmesenke 444 und der Wärmeplatte 260 zu verbinden.
Eine Gegenfläche 446 der Wärmesenke (Wärmequelle) 444 weist einen hohen Grad an Ebenheit auf, um den thermischen Kontaktbereich mit den Peltier-Vorrichtungen 440 zu maximieren. Eine optimale Wärmeübertragung an die einfallende Luftströmung wird erreicht, indem eine (nicht gezeigte) leistungsfähige Rippenanordnung verwendet wird, die mit der wirbelnden Luftströmung gekoppelt ist und so voreingestellt ist, dass sie keiner "Totzonen" aufweist. Das Voreinstellen wird erreicht, indem ein Gebläse 448 in einem ausgewählten Abstand von den Rippen der Wärmesenke 444 entfernt bewegt wird, was die Totzonen stört, die von dem Stator des Gebläses 448 erzeugt werden. Ein Temperatursensor 450 ist in der Wärmesenke 444 eingebettet, um dem eingebetteten PC-Steuermodul 122 Temperaturdaten zu liefern.
Jedes Wärmemodul ist typischerweise zu Temperaturänderungsraten von etwa 1 °C/s fähig und kann die Temperatur zwischen etwa 1 °C und 100 °C regeln. Die Veränderungsraten werden auf der Oberfläche eines Schiebers 190 unter trockenen Bedingungen vorgenommen, die auf der Oberfläche des Schiebers 190 gemessen werden.
11 zeigt ein Schaltschema einer Steuerungsuntereinheit 460 des Wärmemanagementmoduls 104. Die Wärmeregelung des Probenbereichs (der DNA-Anordnung) 210 der Schieber 190 beruht auf einer genauen und reagierenden Steuerung der Peltier-Vorrichtungen 440. Die Größe und Richtung des elektrischen Stromeingangs in jede Peltier-Vorrichtung 440 steuert die Menge und Richtung der Wärmeübertragung über die Vorrichtungen 440. Ein umschaltender Stromrichter 470, der mit einem Umkehrschalter 472 mit B2-Schaltung gekoppelt ist, liefert den notwendigen Strom. Der Strom unterliegt mittels eines Digital-Analog-(D/A)-Wandlers 476 der Steuerung eines Computerprozessors 474. Die Temperatur der Wärmeplatte 260 und der Wärmesenke (Wärmequelle) 444 wird mittels eines PT100-Sensors 442 überwacht, wobei ein Temperaturwandler 476 das Ergebnis dem Prozessor 474 zur Verfügung stellt. Die elektrische Strompolarität und der Stromfluss werden mittels des Computerprozessors 474 gesteuert, der wiederum die Temperaturen auf der Wärmeplatte 260 und der Wärmesenke (Wärmequelle) 444 überwacht, um den angelegten Strom und die Polarität zu berechnen, um die erforderliche Temperatur zu erreichen. Ein Impulsausgang aus dem Gebläse 448 der Wärmesenke 444 wird überwacht, um vor einer Störung der Luftströmung zu warnen.
Ein Magnetventiltreiber 478 schafft eine Verbindung zwischen dem Computerprozessor 474 und den Ventilen 328. Außerdem schafft eine serielle Übertragungsschnittstelle 480 eine Verbindung zwischen dem Computerprozessor 474 und dem eingebetteten PC-Steuermodul 122. Das eingebettete PC-Steuermodul 122 vollzieht die Zeitplanung der Betätigung des Ventils 328 und der Temperaturänderungen.
Die Ventilstellungs- und Temperaturänderungsbefehle werden dem Wärmemanagementmodul 104 über die serielle Übertragungsschnittstelle 480 zugesendet. Der Prozessor 474 im Wärmemanagementmodul 104 ist zuständig für eine direkte Betätigung des Ventils 328 und die Wärmeregelung. Für einen optimalen Betriebsablauf muss das Letztere schnelle Temperaturänderungen anwenden, um bei der neuen Temperatur ohne Überschreitung zügig zu stabilisieren. Dies wird bei der vorliegenden Ausführungsform erreicht, indem eher eine Modellierungstechnik als ein üblicher Proportional-Integral-Differential-Regelkreis (PID-Regelkreis) verwendet wird.
Auf dem Wärmemanagementmodul 104 läuft ein Programm, das ein Modell der Wärmeeigenschaften der Verbindung aus der Wärmesenke 444, der Peltier-Vorrichtung 440, der Wärmeplatte 260 und der Schieber 190 implementiert. Das Wärmepumpen ist als feste Übergangsfunktion (der Wärmepumpenrate als Funktion der Zeit), der Pumpenleistungsfähigkeit (stationäre Pumpenrate als Funktion des Peltier-Stroms) und des Wärmegewinns/verlusts der Wärmeplatte 260 durch die Peltier-Vorrichtung 440 zur Wärmesenke 444 modelliert. Der Regelalgorithmus prognostiziert die erwartete Temperatur der Wärmeplatte 260 zu einer bestimmten Zeit in der Zukunft (typischerweise 5 Sekunden) auf der Grundlage der bisherigen Entwicklung des Stroms durch die Peltier-Vorrichtung 440, der Temperatur der Wärmeplatte 260 und der Temperatur der Wärmesenke 444. Davon ausgehend wird der erforderliche (konstant angenommene) Strom berechnet, um den gewünschten Strom zu erreichen. Nachdem sichergestellt ist, dass der berechnete Strom innerhalb des Bereichs des Stromwandlers und der Peltier-Vorrichtung 440 fällt und dass die Temperaturänderungsrate keine Beeinträchtigung der Peltier-Vorrichtung 440 durch einen Wärmestoß zur Folge hat, wird der berechnete Strom an die Peltier-Vorrichtung 440 durch Steuerung des Stromrichters 470 und des Umkehrschalters 472 angelegt. Dieser Strom wird nach einer festen Zeitspanne von etwa 1 Sekunde neu berechnet. Sobald die Temperatur der Wärmeplatte 260 nahe dem Sollwert liegt, wird eine genaue Wärmeregelung durchgeführt, indem die angenommene Wärmeleitfähigkeit der Peltier-Vorrichtung 440 entsprechend der Temperaturabweichung angepasst wird.
Drei Speicherarten unterschiedlichen Inhalts sind im Wärmemodulprozessorsystem eingebaut:
Flash 482: Ladeprogramm für den Startvorgang;
RAM 484: Betriebsprogramm und Variablen;
EEPROM 486: Eigenschaften eines bestimmten Wärmemanagementmoduls 104 (Seriennummer, Temperatureinstellungsfaktoren). Das Start-Lade-Programm läuft in eingeschaltetem Zustand, wobei es dafür ausgelegt ist, einen neuen Programmcode zu akzeptieren, der von dem eingebetteten PC-Steuermodul 122 an alle Steuereinheiten 474 in den Wärmemodulen 104 gesendet wird. Dies ist vorteilhaft, da der Betriebscode für die Wärmemodule 104 in dem eingebetteten PC-Steuermodul 122 gespeichert ist, wodurch eine einfache Aktualisierung der Vorrichtungen in dem Bereich ermöglicht wird.
Die sechs Wärmemanagementmodule 104 sind über ein internes Netzwerk verbunden, das dafür ausgelegt ist, Informationen zwischen dem eingebetteten PC-Steuermodul 122 und dem adressierten Wärmeregelungsmodul 104 (Steuerungsprozessor 474) weiterzugeben. Solche Informationen umfassen den Betriebscode, der an die Wärmemanagementmodule 104 weitergegeben wird, Befehle, überwachte Daten sowie Kalibrierungsdaten.

Claims

Vorrichtung zum automatischen Hybridisieren einer Nukleinsäure-Mikroanordnung (210), die auf einer Oberfläche eines Festkörpersubstrats (190) immobilisiert ist, wobei die Vorrichtung umfasst: wenigstens eine Anordnung zum Befestigen des Festkörpersubstrats (190) während der Hybridisierung, wobei die Anordnung einen Träger (192) und eine Abdeckung (150) mit einer dem Träger (192) zugewandten Oberfläche umfasst und der Träger (192) und die Abdeckung (150) so bemessen sind, dass sie das Festkörpersubstrat (190) zwischen dem Träger (192) und der Oberfläche der Abdeckung (150) so aufnehmen, dass die Oberflächen der Abdeckung (150) und des Festkörpersubstrats (190) einen Hohlraum definieren; ein Fluidsteuermodul, das einen Fluidverteiler (110, 114), wenigstens einen Flüssigkeitsvorratsbehälter (118) und wenigstens einen Abfallbehälter (120) umfasst, wobei der Fluidverteiler (110) für eine Fluidverbindung zwischen dem Flüssigkeitsvorratsbehälter (118) und dem Hohlraum sowie zwischen dem Hohlraum und dem Abfallbehälter (120) sorgt, wenigstens ein Wärmemanagementmodul (104) zum Steuern/Regeln der Temperatur der Nukleinsäure-Mikroanordnung (210), die auf der Oberfläche des Festkörpersubstrats (190) immobilisiert ist, wobei das Wärmemanagementmodul (104) die Anordnung thermisch kontaktiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsteuermodul umfasst: eine Unterdruckquelle (380) in Fluidverbindung mit dem Abfallbehälter (120), wobei die Unterdruckquelle (380) für einen Druckabfall zwischen dem Flüssigkeitsvorratsbehälter (118) und dem Abfallbehälter (20) sorgt, wobei der Druckabfall eine Fluidströmung durch das Fluidsteuermodul (118) antreibt; sowie ein Impulsventil (404) in Fluidverbindung mit dem Hohlraum, wobei das Impulsventil (404) so betreib bar ist, dass es das Fluid (400) innerhalb des Hohlraums bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens zwei Anordnungen zum Befestigen von Festkörpersubstraten (190) während der Hybridisierung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens zwei Wärmemanagementmodule (104) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Wärmemanagementmodule (104) unterschiedliche Anordnungen thermisch kontaktiert.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens sechs Anordnungen zum Befestigen von Festkörpersubstraten (190) während der Hybridisierung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens sechs Wärmemanagementmodule (104) enthält.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abstandsscheibe (222) entnehmbar zwischen der Oberfläche des Festkörpersubstrats (190) und der Abdeckung (150) angeordnet ist, wobei die Abstandsscheibe (222) einen Abstand zwischen der Oberfläche der Abdeckung (150) und der Oberfläche des Festkörpersubstrats (190) definiert.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsscheibe (222) einen Ausschnitt aufweist, der einen Innenumfang abgrenzt, wobei der Innenumfang der Abstandsscheibe (222) eine kleinere Fläche als die Oberfläche des Festkörpersubstrats (190) umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein O-Ring (224) in einer Nut auf der Oberfläche der Abdeckung (150) enthalten ist, wobei die Nut neben dem Innenumfang der Abstandsscheibe (222) angeord net ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der O-Ring (224) aus einem Perfluor-Elastomer gefertigt ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (150) aus einem Hochtemperaturkunststoff gefertigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochtemperaturkunststoff Polysulfon ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (150) erste und zweite Diffusionskanäle (230, 232) aufweist, die sich in den Hohlraum öffnen, wobei die ersten und zweiten Diffusionskanäle (230, 232) mit dem Fluidverteiler (110, 114) in Fluidverbindung stehen.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Impulsventil (404) mit dem ersten Diffusionskanal (230) in Fluidverbindung steht, um das Fluid innerhalb des Hohlraums zu bewegen.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Diffusionskanäle (230, 232) für eine Fluidströmung in den Hohlraum und aus diesem heraus sorgen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Diffusionskanäle (230, 232) so beabstandet sind, dass das über die ersten und zweiten Diffusionskanäle (230, 232) in den Hohlraum eintretende und austretende Fluid über die auf der Oberfläche des Festkörpersubstrats (190) immobilisierte Nukleinsäure-Mikroanordnung strömt.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (236) in der Abdeckung (150) angeordnet ist, um Flüssigkeiten manuell direkt in den Hohlraum zu injizieren.
Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (236) sich verjüngend ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (236) zum Aufnehmen einer Pipette bemessen ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (236) mit dem zweiten Diffusionskanal (232) in Fluidverbindung steht.
Vorrichtung nach irgendeinem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung zum Aufnehmen des Festkörpersubstrats (190) ausgehend vom zweiten Diffusionskanal (232) in Richtung zum ersten Diffusionskanal (230) nach oben geneigt ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (150) thermische Unterbrechungen (240) aufweist, um eine Verzerrung zu reduzieren, die aus den Wärmegradienten in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Festkörpersubstrats (190) resultiert.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (192) Ansätze (196) enthält, um eine seitliche Bewegung des Festkörpersubstrats (190) zu reduzieren.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (192) aus rostfreiem Stahl gefertigt ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (150) und der Träger (192) dafür ausgelegt sind, wenigstens zwei Festkörpersubstrate (190) zu befestigen.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidverteiler (110, 114) mehrere Schich ten aus Acryl umfasst.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsteuermodul Ventile (372, 376; 366, 370) enthält, die eine selektive Fluidverbindung zwischen dem Flüssigkeitsvorratsbehälter (118) und dem Hohlraum sowie zwischen dem Hohlraum und dem Abfallbehälter (120) bereitstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventile (372, 376; 366, 370) Null-Totvolumen-Ventile sind.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluidsteuermodul wenigstens zwei Abfallbehälter (120) enthält.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdruckquelle (380) eine Vakuumpumpe ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul (104) wenigstens eine Peltier-Vorrichtung (440) in thermischem Kontakt mit der Anordnung enthält.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul (104) eine Wärmeplatte (260) enthält, die zwischen der Anordnung und der Peltier-Vorrichtung (440) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul (104) ein graphitbeladenes Kissen (262) enthält, das zwischen der Anordnung und der Peltier-Vorrichtung (440) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul (104) eine Wärmeplatte (260) enthält, die zwi schen der Anordnung und dem graphitbeladenen Kissen (262) angeordnet ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul (104) wenigstens vier Peltier-Vorrichtungen (440) in thermischem Kontakt mit der Anordnung enthält.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul (104) wenigstens einen Temperatursensor (442) enthält, der neben dem Träger (192) angeordnet ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul (104) zu Temperaturänderungsraten von etwa 1 °C/s fähig ist.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmemanagementmodul (104) fähig ist, die Temperatur der Nukleinsäure-Mikroanordnung zwischen etwa 1 °C und etwa 100 °C zu steuern/regeln.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein eingebetteter Personalcomputer mit dem Fluidsteuermodul kommuniziert.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein eingebetteter Personalcomputer mit dem Wärmemanagementmodul (104) kommuniziert.
Vorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzeichnet, dass Software vorgesehen ist, die auf dem eingebetteten Personalcomputer läuft, wobei die Software das Wärmemanagementmodul (104) unter Verwendung eines mathematischen Modells steuert, das die thermischen Eigenschaften des Wärmemanagementmoduls (104) nähert.
Vorrichtung nach irgendeinem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stromversorgungsmodul vorgesehen ist, das dem Fluidsteuermodul und dem Wärmemanagementmodul (104) elektrischen Strom zuführt.
Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromversorgungsmodul eine intelligente Energieplanung verwendet.