Labortechnik Heiz-Kühl-Elemente werden prozesssicher mit Mikro-Schraubern montiert

Autor / Redakteur: Roger Unsenos / Rüdiger Kroh

Bei der Montage thermisch hochbelasteter Thermal-Cycler-Baugruppen zum Selektieren, Ausschneiden und Vervielfältigen von DNS-Abschnitten kann mit einer Mikro-Spindel der Verschraubungsprozess besser kontrolliert und über die Dokumentation auch nachträglich noch analysiert werden. Zusätzlich lässt sich auf diese Weise die Montage beschleunigen und ergonomischer gestalten.

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Bild 1: Weil die Verschraubung direkt die Leistung und Lebensdauer der Thermal-Cycler-Baugruppe beeinflusst, ist sie qualitätskritisch. Über die Dokumentation lässt sie sich entsprechend analysieren und dann optimieren. Bild: Atlas Copco
Bild 1: Weil die Verschraubung direkt die Leistung und Lebensdauer der Thermal-Cycler-Baugruppe beeinflusst, ist sie qualitätskritisch. Über die Dokumentation lässt sie sich entsprechend analysieren und dann optimieren. Bild: Atlas Copco
( Archiv: Vogel Business Media )

Wann immer die DNS, der Bauplan eines Lebewesens, eine Rolle spielt, stehen die Analytiker vor einem Problem. Sie besitzen oft nur Spuren des genetischen Materials, um etwa Virusinfektionen zu erkennen oder einen genetischen Fingerabdruck zu erstellen. Zum Einsatz kommt deshalb die Polymerase-Kettenreaktion (PCR), das momentan gängige Verfahren für Molekularbiologen zum Selektieren, Ausschneiden und Vervielfältigen von DNS-Abschnitten.

In der Labortechnik werden dafür sogenannte Thermo-Cycler eingesetzt, die in 30 bis 40 Zyklen das DNS-Material auf 95 °C erhitzen und anschließend zur Rekombination und Vervielfältigung wieder auf 45 bis 55 °C abkühlen. Eines der Kernelemente der Thermo-Cycler ist deren Heiz-Kühl-Baugruppe, auch Thermal-Cycler-Baugruppe genannt, geliefert von der Inheco Industrial Heating & Cooling GmbH aus Martinsried bei München. Deren Kombination von Peltier- und Heatpipe-Technik – eine sogenannte Vapor Chamber dient als Heatpipe zwischen Peltier-Modulen und Kühlkörper – ermöglicht sehr schnelle Temperaturwechsel (Heizen mit 6 K/s, Kühlen mit 3 K/s) mit einer sehr homogenen Temperaturverteilung (siehe Kastentext).

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Schnelle Temperaturwechsel führen zu Spannungen

Die Montage der Thermal-Cycler-Baugruppe ist dabei genauso komplex wie die PCR-Technik selbst. Denn die sehr schnellen Temperaturwechsel führen zu thermo-mechanischen Spannungen, die einen großen Einfluss auf ihre Lebensdauer haben. Charakteristisch ist die hohe Wärmestromdichte.

Mit bis zu 285 kW/m² liegt sie kurzfristig fast so hoch wie in Dampferzeugern in Kraftwerken. Eine gleichmäßige Flächenpressung bei sämtlichen thermischen Kontakten ist deswegen für einen optimalen Wärmetransport über die thermisch hochbelasteten Kontaktflächen auf beiden Seiten der Peltier-Module unabdingbar.

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