TÜMPNER, Jürgen (Vörnste Esch 9, Münster, 48167, DE)
| Ansprüche 5 1. Inkubatorvorrichtung (10), umfassend eine lnkubatorkammer (12), eine Probenaufnahme (15), welche dazu eingerichtet ist, eine Probe (14) aufzunehmen und im Inneren der Inkubatorkammer (12) an einer Probenposition (P) zu positionieren, lo - eine Heizanordnung (38, 40) mit mindestens einem Heizelement (38, 40), welches innerhalb der Inkubatorkammer (12) angeordnet ist und Wärme an das Innere der Inkubatorkammer (12) abgibt, eine Befeuchtungseinrichtung (16) zur Erzeugung eines Befeuch- tungsfluids, sowie i5 - eine zwischen der Befeuchtungseinrichtung (16) und dem Inneren der Inkubatorkammer (12) angeordnete Übertrittsöffnung (30), durch die das Befeuchtungsfluid in das Innere der Inkubatorkammer (12) übertreten kann, wobei das Innere der Inkubatorkammer (12) zumindest an der Proben- 20 position (P) im Wesentlichen frei von gerichteter Fluidströmung ist. 2. Inkubatorvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchtungsfluid an der Übertrittsöffnung (30) in gerichteter Strömung in das Innere der Inkubatorkammer (12) übertritt, 25 wobei die Geschwindigkeit, mit welcher das Befeuchtungsfluid die Übertrittsöffnung (30) passiert, so gewählt ist, dass das Befeuchtungsfluid vor und in der Übertrittsöffnung (30) in gerichteter Strömung strömt und dass nach dem Passieren der Übertrittsöffnung (30), im Inneren der Inkubatorkammer (12), die gerichtete Strömung des Befeuchtungs- 30 fluids innerhalb eines kurzen Übergangsbereichs (42) im Wesentlichen auf Null abfällt. 3. Inkubatorvorrichtung (10) nach Anspruch 2 oder Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Probenaufnahme (15) dazu eingerichtet ist, eine Probe (14) im Inneren der Inkubatorkammer (12) an einer Probenposition (P) zu positionieren, welche von der Übertrittsöffnung (30) einen vorbestimmten Abstand (I) aufweist, wobei die Länge (d) des Übergangsbereichs (42) in Übertrittsrichtung 5 der Übertrittsöffnung (30) einen Betrag aufweist, der zwischen ungefähr 0 und ungefähr 1/4, vorzugsweise zwischen ungefähr 1/100 und ungefähr 1/10 des vorbestimmtem Abstands (I) liegt, oder/und zwischen ungefähr 0 cm und ungefähr 10 cm, vorzugsweise zwischen ungefähr 1 cm und ungefähr 3 cm liegt. 10 4. Inkubatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Übertrittsrichtung des Befeuchtungs- fluids der Übertrittsöffnung (30) nachfolgend, im Inneren der Inkubatorkammer (12), eine Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche (44) angeordnet ist, i5 so dass in die Inkubatorkammer (12) Übergetretendes Befeuchtungs- fluid auf die Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche (44) trifft. 5. Inkubatorvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend 20 - eine Inkubatorkammer (12), eine Probenaufnahme (15), welche dazu eingerichtet ist, eine Probe (14) aufzunehmen und im Inneren der Inkubatorkammer (12) an einer Probenposition (P) zu positionieren, eine Heizanordnung (38, 40) mit mindestens einem Heizelement 25 (38, 40), welches innerhalb der Inkubatorkammer (12) angeordnet ist und Wärme an das Innere der Inkubatorkammer (12) abgibt, eine Befeuchtungseinrichtung (16) zur Erzeugung eines Befeuch- tungsfluids, sowie eine zwischen der Befeuchtungseinrichtung (16) und dem Inneren 30 der Inkubatorkammer (12) angeordnete Übertrittsöffnung (30), durch die das Befeuchtungsfluid entlang einer Übertrittsströmungsrichtung in gerichteter Strömung in das Innere der Inkubatorkammer (12) übertritt, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertrittsströmungsrichtung in einer von der Probenposition (P) wegführenden Richtung verläuft. 6. Inkubatorvorrichtung, insbesondere nach einem der vorhergehenden 5 Ansprüche, umfassend eine Inkubatorkammer (12), eine Probenaufnahme (15), welche dazu eingerichtet ist, eine Probe (14) aufzunehmen und im Inneren der Inkubatorkammer (12) an einer Probenposition (P) zu positionieren, lo - eine Heizanordnung (38, 40) mit mindestens einem Heizelement (38, 40), welches innerhalb der Inkubatorkammer (12) angeordnet ist und Wärme an das Innere der Inkubatorkammer (12) abgibt, eine Befeuchtungseinrichtung (16) zur Erzeugung eines Befeuch- tungsfluids, sowie i5 - eine zwischen der Befeuchtungseinrichtung (16) und dem Inneren der Inkubatorkammer (12) angeordnete Übertrittsöffnung (30), durch die das Befeuchtungsfluid entlang einer Übertrittsströmungsrichtung in gerichteter Strömung in das Innere der Inkubatorkammer (12) übertritt, 20 dadurch gekennzeichnet, dass die Übertrittsströmungsrichtung gegen eine Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche (44, '14O) gerichtet ist, an welcher das Befeuchtungsfluid abgelenkt wird. 7. Inkubatorvorrichtung (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, 25 dass die Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche an der Heizanordnung (38, 40) ausgebildet ist. 8. Inkubatorvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertrittsöffnung an einem Düsenab- 30 schnitt einer im Inneren der Inkubatorkammer verlaufenden Fluidleitung vorgesehen ist. 9. Inkubatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizanordnung (38, 40) bezüglich einer vertikalen Achse (V) durch die Probenposition (P) im Wesentlichen symmetrischen Aufbau oder/und symmetrische Wärmeabgabecharakteristik aufweist. 5 10. Inkubatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Heizelement (38, 40) ein Flächenheizelement, insbesondere ein Niedertemperatur-Flächenheizelement, ist. 10 11. Inkubatorvorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von oberen Heizplatten (38) oberhalb einer Probenebene (H) und im Wesentlichen symmetrisch zu einer durch die Probenposition (P) verlaufenden Vertikalachse i5 (H) angeordnet sind oder/und eine Mehrzahl von unteren Heizplatten (40) unterhalb der Probenebene (H) und im Wesentlichen symmetrisch zu der Vertikalachse (V) angeordnet sind. 12. Inkubationsverfahren umfassend die folgenden Schritte: 20 - Aufnehmen einer Probe (14) in einer Probenaufnahme (15) im Inneren einer Inkubatorkammer (12) an einer Probenposition (P), Betreiben von mindestens einem im Inneren der Inkubatorkammer (12) angeordneten Heizelement (38, 40), so dass es Wärme an das Innere der Inkubatorkammer (12) abgibt, 25 - Betreiben einer Befeuchtungseinrichtung (16), so dass sie ein Be- feuchtungsfluid erzeugt, sowie Bewegen des Befeuchtungsfluids zu einer Übertrittsöffnung (30), so dass das Befeuchtungsfluid durch diese in das Innere der Inkubatorkammer (12) übertreten kann, wobei die Bewegung mit ei- 30 ner vorbestimmten Geschwindigkeit erfolgt, die ausreichend klein ist, so dass das Innere der Inkubatorkammer (12) zumindestens an der Probenposition (P) im Wesentlichen frei von gerichteter Fluidströmung ist. 13. Inkubationsverfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Befeuchtungsfluid an der Übertrittsöffnung (30) in gerichteter Strömung in das Innere der Inkubatorkammer (12) überführt wird, 5 wobei die vorbestimmte Geschwindigkeit, mit welcher das Befeuchtungsfluid zu der Übertrittsöffnung (30) hin bewegt wird, so gewählt wird, dass das Befeuchtungsfluid vor und in der Übertrittsöffnung (30) in gerichteter Strömung strömt und dass nach dem Passieren der Übertrittsöffnung, im Inneren der Inkubatorkammer (12), die gerichtete lo Strömung des Befeuchtungsfluids innerhalb eines kurzen Übergangsbereichs (42) im Wesentlichen auf Null abfällt. 14. Inkubationsverfahren, insbesondere nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, umfassend die folgenden Schritte: i5 - Aufnehmen einer Probe (14) in einer Probenaufnahme (15) im Inneren einer Inkubatorkammer (12) an einer Probenposition (P)1 Betreiben von mindestens einem im Inneren der Inkubatorkammer (12) angeordneten Heizelement (38, 40), so dass es Wärme an das Innere der Inkubatorkammer (12) abgibt, 20 - Betreiben einer Befeuchtungseinrichtung (16), so dass sie ein Be- feuchturrgsfluid erzeugt, sowie Bewegen des Befeuchtungsfluids zu einer Übertrittsöffnung (30), so dass das Befeuchtungsfluid durch diese entlang einer Übertrittsströmungsrichtung in gerichteter Strömung in das Innere der 25 Inkubatorkammer (12) übertritt, wobei die Übertrittsströmungsrichtung in einer von der Probenposition (P) weg führenden Richtung verläuft. 15. Inkubationsverfahren, insbesondere nach einem der Ansprüche 12 bis 30 14, umfassend die folgenden Schritte: Aufnehmen einer Probe (14) in einer Probenaufnahme (15) im Inneren einer Inkubatorkammer (12) an einer Probenposition (P), Betreiben von mindestens einem im Inneren der Inkubatorkam- mer (12) angeordneten Heizelement (38, 40), so dass es Wärme an das Innere der Inkubatorkammer (12) abgibt, Betreiben einer Befeuchtungseinrichtung (16), so dass sie ein Be- feuchtungsfluid erzeugt, sowie - Bewegen des Befeuchtungsfluids zu einer Übertrittsöffnung (30), so dass das Befeuchtungsfluid durch diese entlang einer Übertrittsströmungsrichtung in gerichteter Strömung in das Innere der Inkubatorkammer (12) übertritt, wobei die Übertrittsströmungsrichtung gegen eine Befeuchtungs- fluid-Ablenkfläche (44, 140) gerichtet ist, an welcher das Befeuchtungsfluid abgelenkt wird. |
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung umfasst eine Inkubatorvorrichtung mit einer Inkubatorkammer und einer darin angeordneten Probenaufnahme zur Aufnahme einer Probe, sowie ein Inkubationsverfahren.
Inkubatorvorrichtungen und Inkubationsverfahren der genannten Art sind im Stand der Technik bekannt und kommen in Industrie und Forschung überall dort zum Einsatz, wo biologische oder medizinische Materialien oder andere Substanzen oder Objekte (im Folgenden allgemein als „Proben" bezeichnet) über einen bestimmten Zeitraum einem definierten Klima ausgesetzt werden sollen. Beispielsweise ist für die Untersuchung von lebenden Zellen, etwa mittels eines Mikroskops, die Bereitstellung von an die Probe angepassten Umgebungsbedingungen eine entscheidende Voraussetzung für aussagekräftige Untersuchungsergebnisse und stellt dementsprechend eine wichtige technologische Herausforderung bei der Realisierung solcher Messungen bzw. Untersuchungen dar. Großen Einfluss auf das Verhalten biologischer Proben haben dabei Temperatur und Feuchtigkeit. Das durch diese Parameter definierte Klima muss für die Dauer der Untersuchung der Probe möglichst konstant gehalten werden, um einerseits die Probe an sich nicht zu verändern und andererseits Wechselwirkungen des Klimas mit den verwen- deten Mess- oder Untersuchungsinstrumenten weitestgehend zu reduzieren.
Eine Inkubatorvorrichtung zur Einstellung eines solchen definierten Klimas ist aus der WO 2005/030394 A1 bekannt. Diese Vorrichtung weist ausreichende Größe auf, um einen Teil einer Mikroskopanordnung zu umschlie- ßen und ausreichend Platz für eine bequeme Handhabung der Probe innerhalb der Inkubatorkammer sicherzustellen. Eine gewünschte Innenraumtemperatur wird durch Einleiten eines klimatisierten Gases in das Innere der Inkubationskammer erreicht, wobei der temperierte Gasstrahl in Richtung der Probenhalterung orientiert ist, so dass die Probe in dem Gasstrahl erwärmt bzw. gekühlt werden kann.
Die relativ große Inkubatorkammer der aus der WO 2005/030394 A1 be-
5 kannten Inkubatorvorrichtung hat den Vorteil, dass darin verschiedene zusätzliche Vorrichtungen, beispielsweise für eine in-situ-Präparation von Proben oder für zusätzliche Messungen bzw. Untersuchungen untergebracht werden können und somit eine vielseitig einsetzbare Inkubatorvorrichtung bereitgestellt wird. Ein Hauptnachteil dieser Vorrichtung sowie anderer rela- lo tiv großer Inkubatorkammern liegt in der Schwierigkeit, eine homogene Temperaturverteilung oder eine zuverlässige, definierte Temperatur am Ort der Probe aufrecht zu erhalten. Zur Temperierung des relativ großen Kammervolumens ist ein ausreichend hoher Luftstrom erforderlich, dem auch die Probe ausgesetzt ist und der zu Undefinierten, größeren Temperaturgradien- i5 ten im Inneren der Inkubatorkammer führt. Dabei wird die Bildung von Temperaturgradienten durch die Kombination eines kleinen Gaseintrittsbereichs für das Befeuchtungsgas mit einem relativ großen Innenraumvolumen weiter unterstützt. Letztendlich kann nicht ausgeschlossen werden, dass Probenteile an unterschiedlichen Positionen in der Inkubatorkammer sich unter ver-
2o schiedenen Klimabedingungen befinden oder sich das Klima in der Inkubatorkammer an der Probenposition im Verlaufe der Messung ändert, wodurch die Aussagekraft und Genauigkeit der durchgeführten Messungen bzw. Untersuchungen erheblich beeinträchtigt werden.
25 Eine aus der DE 10 2005 033 927 A1 bekannte Inkubatorvorrichtung verwendet eine äußere Inkubatorkammer, in welcher eine innere Inkubatorkammer untergebracht ist, wobei in der inneren Inkubatorkammer eine Proben- halterung zur Aufnahme einer zu untersuchenden Probe angeordnet ist. Die innere Inkubatorkammer steht in Kontakt mit einer außerhalb der Inkubator-
30 kammer angeordneten beheizbaren Zwischenplatte, so dass Wärme über Wärmeleitung durch die Probenhalterung in die Probe eingeleitet werden kann, um die Probe zu erwärmen. Unter Verwendung einer kleineren Inkubatorkammer, wie der aus der DE 10 2005 033 927 A1 bekannten Inkubatorkammer, lässt sich ein räumlich und zeitlich konstantes Klima zwar einfacher einstellen bzw. aufrecht erhalten, jedoch weisen solche Inkubatorvorrichtungen nur äußerst begrenzte Flexibili- tat in Bezug auf die Durchführung der Untersuchungen oder Messungen auf, da für zusätzliche Gerätschaften oder zur Handhabung (Präparation) der Probe nicht ausreichend Platz zur Verfügung steht. Oftmals sind kleinere Inkubatorvorrichtungen für die Einmalpräparation der Proben vor dem Beginn der Untersuchungen eingerichtet und erlauben nach dem Verschließen der Inkubatorkammer keinen Zugang mehr zur Probe.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Inkubatorvorrichtung sowie ein Inkubationsverfahren bereitzustellen, mit welchem eine Probe während einer vorbestimmten Zeitdauer einem definierba- ren, über die Probenoberfläche hinweg konstanten Klima ausgesetzt werden kann, während ein Mindestmaß an Flexibilität im Hinblick auf den Einsatzzweck und den Betrieb der Inkubatorvorrichtung gewährleistet bleibt.
Nach einem ersten Aspekt wird diese Aufgabe gelöst durch eine Inkubator- Vorrichtung, umfassend eine Inkubatorkammer, eine Probenaufnahme, wel- ehe dazu eingerichtet ist, eine Probe aufzunehmen und im Inneren der Inkubatorkammer an einer Probenposition zu positionieren, eine Heizanordnung mit mindestens einem Heizelement, welches innerhalb der Inkubatorkammer angeordnet ist und Wärme an das Innere der Inkubatorkammer abgibt, eine Befeuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Befeuchtungsfluids, sowie eine zwischen der Befeuchtungseinrichtung und dem Inneren der Inkubatorkammer angeordnete Übertrittsöffnung, durch die das Befeuchtungsfluid in das Innere der Inkubatorkammer übertreten kann, wobei das Innere der Inkubatorkammer zumindestens an der Probenposition im Wesentlichen frei von gerichteter Fluidströmung ist.
Unter einem Fluid, insbesondere einem Befeuchtungsfluid, wird im Rahmen dieser Offenbarung ein Gas oder jede Mischform zwischen Gas und Flüssig- keit verstanden. Ein Befeuchtungsfluid kann ein gasförmiges Medium mit einer Feuchtigkeit in einem gewünschten Bereich sein, kann jedoch auch in Form eines Nebels, eines Dampfes oder eines Aerosols mit einer Vielzahl von fein darin verteilten Flüssigkeitsteilchen im Mikrometerbereich vorliegen. Das Befeuchtungsfluid kann darüber hinaus auch eine gegenüber der Umgebung niedrigere Feuchtigkeit aufweisen, um auf diese Weise die Feuchtigkeit in der Probenumgebung zu reduzieren.
Die Erfindung beruht auf der in zahlreichen Experimenten der Erfinder ge- wonnenen Erkenntnis, dass durch die von den Klimatisierungsgeräten herkömmlicher Inkubatorvorrichtungen im Inneren der Inkubatorkammer zwangsläufig erzeugten Gasströmungen der zeitliche Verlauf der Temperatur und Feuchtigkeit an der Probenposition sowie ein Gradient der Temperatur und Feuchtigkeit über die Fläche der Probe hinweg zu einer Beeinträch- tigung der Mess- und Untersuchungsergebnisse führt. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird dagegen vorgeschlagen, sowohl Feuchtigkeit als auch Temperatur der Probe im Wesentlichen ohne jegliche Fluidströmung am Ort der Probe zu beeinflussen.
Eng verknüpft mit dieser Erfindungsidee sind zwei wesentliche Prinzipien, die in der erfindungsgemäßen Inkubatorvorrichtung verwirklicht wurden: Zum einen kann durch Anordnen einer Heizanordnung mit mindestens einem Heizelement innerhalb der Inkubatorkammer, welches Wärme an das Innere der Inkubatorkammer abgibt, eine Temperierung der Probe bzw. des Innenraums der Inkubatorkammer gänzlich ohne die Bereitstellung eines durch den Innenraum zu leitenden Wärmeübertragungsgases oder dergleichen erreicht werden. Das mindestens eine Heizelement strahlt seine Wärme direkt in das Innere der Inkubatorkammer bzw. auf die Probe ab, d. h. die wirksame Heizoberfläche des Heizelements liegt zum Innenraum hin frei, so dass die Probentemperatur schnell und genau beeinflussbar ist, ohne eine die Konstanz des Klimas beeinträchtigende Fluidströmung zu verwenden. Das zweite wichtige Prinzip ist die Trennung von Temperatursteuerung und Feuchtigkeitssteuerung durch Bereitstellen einer von der Heizanordnung separaten Befeuchtungseinrichtung. Auch die Befeuchtungseinrichtung arbeitet nach dem erfindungsgemäßen Prinzip, Fluidströmungen an der Probenposi- tion im Inneren der Inkubatorkammer weitestgehend zu vermeiden, jedenfalls jedoch am Ort der Probe eine im Wesentlichen vollständig strömungsfreie Umgebung aufzubauen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Befeuchtungseinrichtung über eine Übertrittsöffnung von der Inkubatorkammer getrennt ist und das Befeuchtungsfluid durch diese Übertrittsöffnung in die In- kubatorkammer übertritt, seine gerichtete Strömung jedoch nach dem Eintreten in die Inkubatorkammer bald verliert, so dass zumindest die unmittelbare Umgebung der Probe nahezu vollständig strömungsfrei bleibt.
Unter einem strömungsfreien Zustand in der Umgebung der Probe ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein Zustand zu verstehen, in welchem Wärme, Feuchtigkeit oder andere das Klima an der Probenposition beeinflussende Parameter nicht durch eine wie auch immer gerichtete Strömung signifikant geändert werden, welche auf die Einleitung des Befeuchtungs- fluids zurückzuführen ist. Hiervon zu unterscheiden ist eine ggf. vorhandene Konvektionsströmung im Inneren der Inkubatorkammer, welche beispielsweise von der durch die Heizelemente erzeugten Wärme verursacht wird. Auch andere langsame Strömungen, wie z. B. Diffusion aufgrund der thermischen Eigenbewegung der Gas- oder Flüssigkeitsteilchen in der Inkubatorkammer und Brownsche Bewegung, können erfindungsgemäß genutzt wer- den, um das Befeuchtungsmedium in der Inkubatorkammer zu verteilen und auch der Probe zuzuführen, ohne an der Probenposition eine das Probenklima destabilisierende Strömung zu erzeugen. Solche Konvektions- oder Diffusionsströme führen mit deutlich geringeren Strömungsgeschwindigkeiten zu einer natürlichen Gasumwälzung im Inneren der Inkubatorkammer, sind jedoch so schwach und langsam, dass sie die Präzision und zeitliche Konstanz des Klimas an der Probenposition kaum beeinträchtigen.
Vorzugsweise tritt das Befeuchtungsfluid an der Übertrittsöffnung in gerichte- ter Strömung in das Innere der Inkubatorkammer ein, wobei die Geschwindigkeit, mit welcher das Befeuchtungsfluid die Übertrittsöffnung passiert, so eingestellt ist, dass das Befeuchtungsfluid vor und in der Übertrittsöffnung in gerichteter Strömung strömt und dass nach dem Passieren der Übertrittsöff-
5 nung, im Inneren der Inkubatorkammer, die gerichtete Strömung des Be- feuchtungsfluids innerhalb eines kurzen Übergangsbereichs im Wesentlichen auf Null abfällt. Der Geschwindigkeitsbereich zur Erfüllung dieser Bedingung hängt von der Geometrie und den Betriebsdaten der Inkubatorkammer ab. Einen genauen Wert kann der Fachmann durch einfache Messung lo an einer konkreten Inkubatorkammer leicht feststellen, beispielsweise durch Verwendung eines Strömungssensors am Ort der Probe oder durch ein eingefärbtes Befeuchtungsfluid in Kombination mit der Veränderung der Übertrittsgeschwindigkeit des Befeuchtungsfluids in die Inkubatorkammer.
i5 In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Probenaufnahme dazu eingerichtet ist, eine Probe im Inneren der Inkubatorkammer an einer Probenposition zu positionieren, welche von der Übertrittsöffnung einen vorbestimmten Abstand aufweist, wobei die Länge des Übergangsbereichs in Übertrittsrichtung der Übertrittsöffnung einen Betrag aufweist, der
2o zwischen ungefähr 0 und ungefähr 1/4, vorzugsweise zwischen ungefähr 1/100 und ungefähr -=1/10 des vorbestimmtem Abstands liegt. Untersuchungen der Erfinder haben gezeigt, dass im Bereich zwischen ungefähr 0 und ungefähr 1/10 des vorbestimmten Abstands eine deutliche Verbesserung der zeitlichen und räumlichen Konstanz des Klimas an der Probenposition auf-
25 tritt. Besonders gute Ergebnisse für spezielle Qualitätsansprüche lassen sich im Bereich zwischen ungefähr 1/100 bis ungefähr 1/10 erreichen, wobei für Werte unterhalb 1/100 die Übertrittsströmung so gering ist, dass ein sicherer und kontinuierlicher Übertritt des Befeuchtungsfluids in die Inkubatorkammer gefährdet ist, während für Werte über 1/10 ein zunehmender Einfluss der
30 Strömungsgeschwindigkeit auf das Probenklima festgestellt wurde.
Aber auch unabhängig von der genauen Größe der Inkubatorkammer konnte festgestellt werden, dass die Länge des Übergangsbereichs in Übertritts- richtung der Übertrittsöffnung vorteilhaft zwischen ungefähr 0 cm und ungefähr 10 cm liegen sollte, wobei besonders gute Ergebnisse für höhere Anforderungen an die Konstanz des Klimas für einen Bereich der Länge des Übergangsbereichs zwischen ungefähr 1 cm und ungefähr 3 cm erfüllt wer- den. Unterhalb von ungefähr 1 cm steigt die Gefahr, dass eine kontinuierliche Zuführung von Befeuchtungsfluid ausbleibt, während für Werte über ungefähr 3 cm ein merklicher Einfluss der Strömungsgeschwindigkeit auf das Probenklima festgestellt wurde.
Vorzugsweise ist die Befeuchtungseinrichtung eine Aerosoleinrichtung, welche auf Grundlage eines Flüssigkeitsaerosols ein Befeuchtungsfluid erzeugt. Gegenüber alternativen herkömmlichen Methoden zur Herstellung eines Be- feuchtungsfluids (z. B. Verdampfung von Opferflüssigkeit) zeichnet sich eine Aerosoleinrichtung dadurch aus, dass die Flüssigkeit schnell und direkt in Form eines Aerosols in das umgebende Gas eingebracht wird, um dieses zu befeuchten. Das Aerosol verdampft dabei aufgrund der thermischen Energie des umgebenden Gases relativ schnell. Diese Verdampfung kann bereits unmittelbar nach der Erzeugung der Aerosolkügelchen, also noch vor dem Übertritt in die Inkubatorkammer, erfolgen oder/und kann erst innerhalb der Inkubatorkammer stattfinden.
Die Aerosoleinrichtung kann ferner ein Piezoschwingelement aufweisen, um aus einer Betriebsflüssigkeit das Flüssigkeitsaerosol zu erzeugen. Ein solches Piezoschwingelement kann besonders leicht und schnell angesteuert werden und erzeugt aufgrund seiner Hochfrequenzschwingung sehr schnell Aerosolteilchen im Bereich von wenigen Mikrometern ausgehend von der Betriebsflüssigkeit. Eine Feuchtigkeitsregulierung unter Verwendung einer solchen Aerosoleinrichtung ist äußerst schnell und kann genau reguliert oder ein- bzw. ausgeschaltet werden. Gleichzeitig ist sie ausschließlich für die Feuchtigkeitsregulierung verantwortlich und beeinflusst somit nicht die Temperatur der Probe. Befeuchtungsregulierung und Temperierung der Probe sind erfindungsgemäß entkoppelt. Vorzugsweise weist die Inkubatorvorrichtung ferner eine Fluidantriebsein- richtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung des Befeuchtungsfluids mit vorbestimmter Geschwindigkeit zur Übertrittsöffnung hin auf. Die von der Fluidantriebseinrichtung dem Befeuchtungsfluid verliehene Geschwindigkeit 5 ist dabei nach den oben genannten Kriterien so gewählt, dass im Inneren der Inkubatorkammer, zumindest jedoch im näheren Umfeld der Probe, keine über die langsame Konvektionsströmung hinausgehende Strömung des Befeuchtungsfluids mehr vorhanden ist.
lö In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Inkubatorvorrichtung eine Gasauslassöffnung, welche separat von der Übertrittsöffnung vorgesehen ist, so dass Gas durch die Gasauslassöffnung aus der Inkubatorkammer austreten kann. Auf diese Weise kann ein Innendruck in der Inkubatorkammer beeinflusst werden und z. B. konstante Druckverhältnisse im Inneren i5 der Inkubatorkammer erhalten werden. Die Gasauslassöffnung kann vorteilhaft mit der Übertrittsöffnung oder mit der Befeuchtungseinrichtung über einen Zirkulationskanal verbunden sein, so dass aus der Gasauslassöffnung austretendes Gas wieder zu der Übertrittsöffnung bzw. zu der Befeuchtungseinrichtung zurückgeführt werden kann. Die Fluidantriebseinrichtung kann
20 dann in dem Zirkulationskanal oder zwischen Aerosoleinrichtung und Übertrittsöffnung angeordnet sein, so dass sie einen geschlossenen, kontinuierlichen Gaskreislauf verursacht. Wenn die Fluidantriebseinrichtung eine Saugeinrichtung aufweist, um Fluid aus der Inkubatorkammer in den Zirkulationskanal anzusaugen, so lässt sich eine definierte Strömungsgeschwindigkeit
25 mit einfachen, an sich bekannten Mitteln realisieren.
Die von der Fluidantriebseinrichtung erzeugten Strömungsgeschwindigkeiten sind dabei erfindungsgemäß so gewählt, dass sie zwar einen kontinuierlichen Übertritt des Befeuchtungsfluids in die Inkubatorkammer sicherstellen, 30 die Strömungsverhältnisse im Inneren der Inkubatorkammer aber im Wesentlichen nicht beeinflussen. Nach dem Eintritt des Befeuchtungsfluids in die Inkubatorkammer wird das Befeuchtungsfluid in der Inkubatorkammer nahezu ausschließlich aufgrund von Konvektionsströmungen, Brownscher Teilchenbθwegung usw. verteilt. Die Erfinder haben festgestellt, dass allein diese quasi-zufälligen ungerichteten bzw. sehr langsamen Strömungsbewegungen im Inneren der Inkubatorkammer ausreichend oder sogar überraschend besser geeignet sind, um die gewünschte Feuchtigkeit an einer Pro- benposition zuverlässig herzustellen und konstant zu halten. Insbesondere haben sich die Erfinder hierbei über das Vorurteil der Fachwelt hinweg gesetzt, ein konstantes Klima an der Probenposition würde eine konstante, gerichtete Strömung von Klimatisierungsgas über die Probe erfordern.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Heizanordnung bezüglich einer vertikalen Achse durch die Probenposition im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut oder/und weist bezüglich dieser Achse symmetrische Wärmeabgabecharakteristiken auf. Die symmetrische Konfiguration der Heizanordnung bewirkt einen im Wesentlichen nur vertikalen Temperaturgradienten innerhalb der Inkubatorkammer, was dazu führt, dass die Temperatur der Probe zumindest über die Probenoberfläche hinweg konstant ist. Dabei sollen sich im Sinne der vorliegenden Erfindung Begriffe wie horizontal, vertikal, oben, unten, seitwärts und dergleichen auf eine normale Betriebssituation der Inkubatorkammer und auf eine flächige Gestalt und Orientierung der Probe in einer horizontalen Ebene beziehen. Diese Angaben sind nicht einschränkend zu interpretieren und können ohne weiteres auch auf andere Orientierungen oder Geometrien der Probe bzw. andere Geometrien und Orientierungen der Inkubatorkammer analog übertragen werden.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung ist das mindestens eine Heizelement plattenförmig, so dass es eine relativ große Wärmeabgabefläche aufweist. Hier wird insbesondere an ein Flächenheizelement, z. B. ein Niedertemperatur-Flächenheizelement, gedacht, so dass eine möglichst homo- gene Temperaturverteilung im Wärmeabstrahlfeld des Heizelements erreichbar ist.
Die Hauptwärmeabstrahirichtung des mindestens einen Heizelements weist vorzugsweise zur Probenposition hin. Auf diese Weise kann eine gut homogene Erwärmung der Probe im Wesentlichen durch Wärmestrahlung erfolgen, was eine schnelle und genaue Temperaturführung ermöglicht. Als besonders wirkungsvolle Anordnung hat sich eine Ausführungsform herausge- stellt, bei welcher eine Mehrzahl von oberen Heizplatten oberhalb einer Probenebene und im Wesentlichen symmetrisch zu einer durch die Probenposition verlaufenden Vertikalachse angeordnet sind oder/und eine Mehrzahl von unteren Heizplatten unterhalb der Probenebene und im Wesentlichen symmetrisch zu der Vertikalachse angeordnet sind. In dieser Anordnung ist eine größere Umgebung der Probe einem im Wesentlichen konstanten Temperaturfeld ausgesetzt, wobei ein Temperaturgradient allenfalls in vertikaler Richtung auftritt.
In vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wurde eine Inkubatorvorrichtung mit im Wesentlichen strömungsfreier Probenumgebung vornehmlich durch Wahl einer geeigneten Übertrittsgeschwindigkeit des Be- feuchtungsfluids in die Inkubatorkammer realisiert. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist jedoch ebenfalls denkbar, zusätzlich oder alternativ zur Begrenzung der Übertrittsgeschwindigkeit Maßnahmen zu treffen, die verhindern, dass die gerichtete Strömung des Befeuchtungsfluids die Probenumgebung erreicht. Eine solche Maßnahme kann die Bereitstellung einer Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche sein, welche in Übertrittsrichtung des Befeuchtungsfluids der Übertrittsöffnung nachfolgend, also im Inneren der Inkubatorkammer, angeordnet ist, so dass in die Inkubatorkammer übergetrete- nes Befeuchtungsfluid auf die Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche trifft. Denkbar wäre außerdem die Positionierung der Übertrittsöffnung an solcher Position innerhalb der Inkubatorkammer, dass zwischen Übertrittsöffnung und Probe keine geradlinige Verbindung innerhalb der Inkubatorkammer besteht. Auf diese Weise kann die gerichtete Strömung des Befeuchtungsfluids zumin- dest nicht auf direktem Wege zur Probenposition gelangen, so dass auch bei höheren Übertrittsgeschwindigkeiten des Befeuchtungsfluids gewährleistet werden kann, dass zumindest die unmittelbare Probenumgebung frei von gerichteter Strömung ist. Auch andere eine Auflösung der Strömung des Be- fβuchtungsfluids innerhalb der Inkubatorkammer bewirkende Einrichtungen sind einsetzbar.
Anknüpfend an solche zusätzlichen oder alternativen Maßnahmen zur Redu- 5 zierung der gerichteten Strömung von Befeuchtungsfluiden an der Probenposition wird nach einem zweiten Aspekt der Erfindung zur Lösung der oben genannten Erfindungsaufgabe eine Inkubatorvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine Inkubatorkammer.eine Probenaufnahme, welche dazu eingerichtet ist, eine Probe aufzunehmen und im Inneren der Inkubatorkammer an lo einer Probenpositioπ zu positionieren, eine Heizanordnung mit mindestens einem Heizelement welches innerhalb der Inkubatorkammer angeordnet ist und Wärme an das Innere der Inkubatorkammer abgibt, eine Befeuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Befeuchtungsfluids, sowie eine zwischen der Befeuchtungseinrichtung und dem Inneren der Inkubatorkammer ange- i5 ordnete Übertrittsöffnung, durch die das Befeuchtungsfluid entlang einer Übertrittsströmungsrichtung in gerichteter Strömung in das Innere der Inkubatorkammer übertritt, wobei die Übertrittsströmungsrichtung in einer von der Probenposition wegführenden Richtung verläuft.
2o Somit soll nach dem zweiten Aspekt der Erfindung das Befeuchtungsfluid beim Übertraft in die Inkubatorkammer eine Strömungsrichtung aufweisen, " die von der Probenposition wegführt. Unter einer von der Probenposition wegführenden Richtung wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jede Strömungsrichtung verstanden, entlang der sich die strömenden Teilchen des
25 Befeuchtungsfluids zumindest nicht der Probenposition annähern. Das heißt, dass zwischen einer die Übertrittsöffnung und die Probenposition verbindenden Linie und der Übertrittsströmungsrichtung ein Winkel von zumindest ungefähr 90° eingeschlossen sein sollte.
30 Durch eine Übertrittsöffnung mit solcher Übertrittsströmungsrichtung wird das Befeuchtungsfluid nach dem Übertritt in die Inkubatorkammer nicht in Richtung der Probe sondern in eine andere Richtung geschickt, so dass gerichtet strömende Teilchen des Befeuchtungsfluids die Probenposition nicht oder erst nach Reflexion an einem anderen Element im Inneren der Inkubatorkammer erreichen können. Eine gerichtete Strömung am Probenort kann auf diese Weise verhindert oder soweit reduziert werden, dass an der Probenposition im Wesentlichen nur ungerichtete Strömungsverhältnisse auf- grund natürlicher (thermischer) Konvektionsströme und Diffusion vorliegen.
Nach einem dritten Aspekt wird die Erfindungsaufgabe gelöst durch eine Inkubatorvorrichtung, umfassend eine Inkubatorkammer, eine Probenaufnahme, welche dazu eingerichtet ist, eine Probe aufzunehmen und im Inneren der Inkubatorkammer an einer Probenposition zu positionieren, eine Heizanordnung mit mindestens einem Heizelement, welches innerhalb der Inkubatorkammer angeordnet ist und Wärme an das Innere der Inkubatorkammer abgibt, eine Befeuchtungseinrichtung zur Erzeugung eines Befeuchtungs- fluids, sowie eine zwischen der Befeuchtungseinrichtung und dem Inneren der Inkubatorkammer angeordnete Übertrittsöffnung, durch die das Befeuch- tungsfluid entlang einer Übertrittsströmungsrichtung in gerichteter Strömung in das Innere der Inkubatorkammer übertritt, wobei die Übertrittsströmungsrichtung gegen eine Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche gerichtet ist, an welcher das Befeuchtungsfluid abgelenkt wird.
Vergleichbar mit der Inkubatorvorrichtung des vorstehend genannten zweiten Aspekts der Erfindung wird auch in der Inkubatorvorrichtung des dritten Aspekts der Erfindung eine direkte Strömung des übergetretenen Befeuch- tungsfluids zur Proben position verhindert, wobei nach dem dritten Aspekt hierzu eine Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche zum Einsatz kommt, an der das Befeuchtungsfluid, vorzugsweise in eine von der Probenposition wegführende Richtung, abgelenkt wird. Die Einstellung der Strömungsrichtung des Be- feuchtungsfluids muss dann nicht bereits an der Übertrittsöffnung erfolgen, sondern kann durch die Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche bereitgestellt wer- den, welche auch als Nachrüstelement hinter einer Übertrittsöffnung installierbar ist.
Vorteilhaft können die Merkmale der Inkubatorvorrichtungen des zweiten und dritten Aspekts der Erfindung miteinander kombiniert werden, indem eine bereits von der Probe wegweisende Übertrittsöffnung mit einer Be- feuchtungsfluid-Ablenkfläche kombiniert wird, um den Weg des Befeuch- tungsfluids zur Probenposition weiter zu verlängern oder das Aufprallen von Befeuchtungsfluid auf bestimmten Elementen im Inneren der Inkubatorkammer zu verhindern. Ferner können Inkubatorvorrichtungen des zweiten oder dritten Aspekts jeweils für sich oder in Kombination miteinander durch eines oder mehrere der in Zusammenhang mit dem ersten Aspekt der Erfindung erläuterten Merkmale weitergebildet werden, um die an entsprechender Stel- Ie vorstehend genannten Effekte zu erzielen. So ist es insbesondere aber auch für Inkubatorvorrichtungen des zweiten oder/und dritten Aspekts der Erfindung bevorzugt, dass sich die gerichtete Strömung von Befeuchtungsfluid am Ort der Probe im Wesentlichen vollständig auflöst, so dass an der Probenposition nur natürliche Konvektionsströme aufgrund der Temperatur- einstellungen der Heizeinrichtung oder ungerichtete Diffusionsströme vorliegen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Inkubatorvorrichtung des dritten Aspekts der Erfindung kann die Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche an der Heiz- anordnung ausgebildet sein. Auf diese Weise wird durch die Doppelfunktion der Heizanordnung als Wärmequelle und als Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche nicht nur eine Bauteileinsparung erzielt, die Ablenkung des Befeuchtungs- fluids an der Heizanordnung bietet außerdem den Vorteil, dass das Befeuchtungsfluid an der beheizten Ablenkfläche nicht kondensiert und somit der Feuchtigkeitseintrag in das Innere der Inkubatorkammer nicht reduziert wird. Außerdem wird durch die Vermeidung der Kondensation auch eine Verschmutzung der Befeuchtungsfluid-Ablenkfläche erreicht.
Die Übertrittsöffnung kann an einem das Innere der Inkubatorkammer defi- nierenden Wandabschnitt der Inkubatorkammer angeordnet sein, um einen einfachen Aufbau der Vorrichtung sicherzustellen. In einer Ausführungsform der Erfindung wird jedoch daran gedacht, dass die Übertrittsöffnung an einem Düsenabschnitt einer im Inneren der Inkubatorkammer verlaufenden Fluidleitung vorgesehen ist. Eine solche Fluidleitung bietet die Möglichkeit, die Übertrittsöffnung in einfacher Weise an einer gewünschten Position im Inneren der Inkubatorkammer zu positionieren und/oder die Übertrittsströmungsrichtung der Übertrittsöffnung durch entsprechende Leitungsführung
5 oder entsprechende Konfiguration des Düsenabschnitts anzupassen. Eine solche Fluidleitung kann sich ferner im Inneren der Inkubatorkammer verzweigen, um mehrere Übertrittsöffnungen an verschiedenen Positionen im Inneren der Inkubatorkammer anzuordnen und somit die Strömungsverhältnisse in der Inkubatorkammer weiter zu beruhigen. Diese Vorteile können für iö Inkubatorvorrichtungen aller Aspekte der Erfindung genutzt werden.
Die Erfindung lässt sich mit besonderem Vorteil einsetzen, wenn die Inkubationsvorrichtung ein Mikroskop zur Betrachtung oder/und zur Vermessung der Probe umfasst, wobei die Probenaufnahme den Probenhalter des Mikro- i5 skops umfasst oder bildet und wobei zumindest die Probenaufnahme oder im Wesentlichen das gesamte Mikroskop innerhalb der Inkubatorkammer untergebracht ist. Durch die erfindungsgemäße Kombination von Heizanordnung und Befeuchtungsanordnung kann auch in einer größeren Inkubatorkammer ein räumlich und zeitlich konstantes Klima aufrecht erhalten wer-
20 den, so dass sich die Erfindung besonders gut für ein Mikroskop eignet und gleichzeitig genug Raum für die- Handhabung der Probe in der Inkubatorkammer oder für zusätzliche Messungen/Untersuchungen der Probe im Probenhalter des Mikroskops bereitstellt.
25 Die Erfindungsaufgabe wird nach einem vierten Aspekt der Erfindung ferner durch ein Inkubationsverfahren gelöst, welches die folgenden Schritte umfasst:
Aufnehmen einer Probe in einer Probenaufnahme im Inneren einer Inkubatorkammer an einer Probenposition,
30 - Betreiben von mindestens einem im Inneren der Inkubatorkammer angeordneten Heizelement, so dass es Wärme an das Innere der Inkubatorkammer abgibt, Betreiben einer Befeuchtungseinrichtung, so dass sie ein Befeuch- tungsfluid erzeugt, sowie
Bewegen des Befeuchtungsfluids zu einer Übertrittsöffnung, so dass das Befeuchtungsfluid durch diese in das Innere der Inkubatorkammer übertreten kann, wobei die Bewegung mit einer vorbestimmten Ge- schwindigkeit erfolgt, die ausreichend klein ist, so dass das Innere der
Inkubatorkammer zumindestens an der Probenposition im Wesentlichen frei von gerichteter Fluidströmung ist.
In dem Schritt der Bewegung des Befeuchtungsfluids zur Übertrittsöffnung kann die Bewegungsgeschwindigkeit des Befeuchtungsfluids nach den vorstehend für die erfindungsgemäße Inkubatorvorrichtung genannten Kriterien eingestellt werden, um insbesondere die Größe des Übergangsbereichs zwischen gerichteter Strömung und Auflösung der gerichteten Strömung einzustellen.
Mit dem erfindungsgemäßen Inkubationsverfahren werden die Effekte und Vorteile erzielt, welche durch die entsprechenden Merkmale der vorstehend beschriebenen Inkubationsvorrichtung erzielt werden und oben beschrieben wurden. Das Inkubationsverfahren wird bevorzugt mit einer erfindungsgemä- ßen Inkubationsvorrichtung der oben beschriebenen Art ausgeführt.
Die Erfindung erstreckt sich ferner auf ein Verfahren zur mikroskopischen Untersuchung oder/und Vermessung einer Probe, umfassend ein Inkubationsverfahren der vorstehend genannten Art. Durch die verbesserte räumli- che und zeitliche Konstanz des Klimas in der unmittelbaren Umgebung der Probe aufgrund des erfindungsgemäßen Inkubationsverfahrens erzielt das Verfahren zur mikroskopischen Untersuchung oder/und Vermessung einer Probe gemäß der Erfindung den Vorteil, dass zuverlässigere und aussagekräftigere Untersuchungs-/Messungsergebnisse erreichbar sind.
Für die tatsächliche Größe des Übergangsbereichs haben die Erfinder einen Bereich zwischen ungefähr 0 cm und ungefähr 10 cm, vorzugsweise einen Bereich zwischen ungefähr 1 cm und ungefähr 3 cm als besonders wir- kungsvoll ermittelt. In dem bevorzugten Bereich zwischen ungefähr 1 cm und ungefähr 3 cm kann einerseits ein zuverlässiger Übertritt des Befeuch- tungsfluids in die Inkubatorkammer sichergestellt werden und andererseits jegliche gerichtete Strömung an der Probenposition aufgrund des einströ- menden Befeuchtungsfluids sicher vermieden werden.
Weiterhin wird die Erfindungsaufgabe nach einem fünften und sechsten Aspekt der Erfindung durch Inkubationsverfahren gemäß den Ansprüchen 14 bzw. 15 gelöst. Diese Inkubationsverfahren erzielen die Effekte und Vor- teile, welche durch die besonderen Merkmale der vorstehend beschriebenen Inkubatorvorrichtungen des zweiten bzw. dritten Aspekts der Erfindung beschrieben wurden, und sie sind vorzugsweise unter Verwendung einer Inkubatorvorrichtung nach dem zweiten bzw. dritten Aspekt der Erfindung ausführbar.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wobei
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Inkubatorvorrichtung ge- maß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Inkubatorvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.
In Fig. 1 ist eine Inkubatorvorrichtung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels allgemein mit 10 bezeichnet und umfasst eine hermetisch abdichtbare Inkubatorkammer 12, in welcher eine Probe 14 in einem Probenhalter 15 an einer Probenposition P in einer horizontalen Ebene H aufgenommen werden kann, um die Probe bei einem vorbestimmten Klima, d. h. bei vorbestimmter Temperatur und vorbestimmter Feuchtigkeit zu halten. Die Inkubatorkammer 12 umschließt einen Teil eines in Fig. 1 nicht dargestellten Mikroskops bzw. weist Fenster für den Durchgang von Betrachtungsstrahlen für ein Mikroskop auf, so dass die Probe 14 einer mikroskopischen Untersuchung unterzogen werden kann, während sie dem konstanten Klima in der Inkubatorkammer 12 ausgesetzt ist.
Außerhalb der Inkubatorkammer ist eine Aerosoleinrichtung 16 vorgesehen, welche einen Wassertank 18 zur Aufnahme von Wasser als Betriebsflüssigkeit sowie ein Piezoelement 20 in Kontakt mit dem Wasser bzw. dem Wassertank 18 umfasst. Oberhalb des Wassertanks 18 befindet sich eine Aerosolkammer 22, welche das aus dem Wasser durch Anregen des Piezoele- ments 20 erzeugte Aerosol 24 aufnimmt.
Die Aerosoleinrichtung 16 ist Teil eines geschlossenen Fluid kreislaufs 26. In Strömungsrichtung F des Fluidkreislaufs 26 folgt der Aerosoleinrichtung 16 ein Übertrittskanal 28, der zu einer Übertrittsöffnung 30 führt, an welcher der Übertrittskanal 28 in das Innere der Inkubatorkammer 12 mündet. Die Inku- batorkammer 12 weist ferner eine Gasauslassöffnung 32 auf, an die sich ein Zirkulationskanal 34 anschließt, der die Gasauslassöffnung 32 mit der Aerosoleinrichtung 16 verbindet. Im Zirkulationskanal 34, kurz nach der Gasauslassöffnung 32, ist eine Saugeinrichtung 36 angeordnet, welche mit vorbestimmter Geschwindigkeit bzw. Strömungsrate Gas aus dem Inneren der In- kubatorkammer 12 absaugt. Die Saugeinrichtung 36 wirkt als Fluidantriebs- einrichtung zur Erzeugung einer gerichteten Strömung in dem Zirkulationskanal und bewirkt auf diese Weise ebenfalls eine gerichtete Strömung von Befeuchtungsfluid von der Aerosoleinrichtung 16 durch den Übertrittskanal 28 zur Übertrittsöffnung 30 hin.
Die Inkubatorkammer 12 des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels weist im horizontalen Schnitt eine rechteckige Grundfläche auf, während sie im Schnitt entlang der Zeichenebene der Fig. 1 eine grob sechseckige Gestalt hat. Die Form der Inkubatorkammer kann den Anforderungen der kon- kreten Anwendung sehr flexibel angepasst werden, da die erfindungsgemäße Konfiguration der Einrichtungen zur Klimasteuerung auch für große Inkubatorkammern oder Inkubatorkammern mit besonderen Innengeometrien stabile Klimaverhältnisse gewährleistet. Im Inneren der lnkubatorkammer 12 sind an den Innenwänden der Inkubatorkammer 12 zwei obere Heizelemente 38 oberhalb der Probenebene H und zwei untere Heizelemente 40 unterhalb der Probenebene H installiert. Die Heizelemente 38, 40 sind Niedertemperatur-Flächenheizelemente und weisen eine besonders große Abstrahlfläche auf. Die Abstrahlflächen der Heizelemente 38, 40 sind zur Probenposition P hin gerichtet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Abstrahlflächen der Heizelemente 38, 40 so groß, dass sie einen großen Teil der Innenwand der Inkubatorkammer 12, insbesondere mehr als ein Drittel der Innenfläche einnehmen, so dass ein konstantes Temperaturfeld erreicht werden kann.
Bezüglich einer vertikalen Achse V durch die Probenposition P sind die Heizelemente 38, 40 symmetrisch angeordnet, so dass sie einen allenfalls im Wesentlichen entlang der vertikalen Achse V verlaufenden Temperaturgradienten erzeugen und somit die Probentemperatur im Wesentlichen über die gesamte Fläche der Probe 14 in der Ebene H hinweg konstant ist.
Im Betrieb der Inkubatorvorrichtung 10 wird zur Erhöhung der Feuchtigkeit im Inneren der Probenkammer 12 das Piezoelement 20 eingeschaltet, welches daraufhin aus dem Wasser im " Wassertank 18 ein Aerosol 24 erzeugt, das sich in der Aerosolkammer 22 ansammelt. Durch den Betrieb der Saugeinrichtung 36 und die damit erzeugte gerichtete Strömung im Zirkulationskanal 34 wird das Aerosol 24 aus der Aerosolkammer 22 durch den Über- trittskanal 28 zur Übertrittsöffnung 30 hin bewegt. Aufgrund der erhöhten Umgebungstemperatur beginnt das Aerosol 24 sofort nach seiner Erzeugung zu verdampfen. Je nach konkret gewählten Betriebsparametern kann die Verdampfung im Wesentlichen erst in der Inkubatorkammer 12 stattfinden, kann bereits im Übertrittskanal 28 vonstatten gehen oder die Verdamp- fung kann ggf. bereits in der Aerosolkammer 22 stattfinden bzw. dort bereits abgeschlossen werden, bevor das Befeuchtungsfluid in den Übertrittskanal 28 eintritt. Diθ Saugeinrichtung 36 wird erfindungsgemäß mit einer solchen Geschwindigkeit betrieben, dass zwar in dem Übertrittskanal 28 bis hin zur Übertrittsöffnung 30 eine zuverlässige, gerichtete Strömung des Befeuchtungsfluids stattfindet, so dass das Befeuchtungsfluid zuverlässig in die Inkubatorkam- mer 12 eingeführt wird, dass jedoch diese gerichtete Strömung innerhalb eines Übergangsbereichs 42, der sich von der Übertrittsöffnung 30 in Richtung des Übertritts bis zu einer Tiefe d in die Inkubatorkammer 12 hinein erstreckt, im Wesentlichen vollständig zum Erliegen kommt, so dass außerhalb des Übergangsbereichs 42 nur noch ungerichtete Strömungsverhältnisse aufgrund der natürlichen Konvektionsströme, der Brownschen Teilchenbewegung und andere gaskinetischer Faktoren vorlegt.
Ein Abstand zwischen der Übertrittsöffnung 30 und der Probenposition P ist in Fig. 1 mit I bezeichnet, wobei die Länge des Übergangsbereichs d unge- fähr 1/10 des vorbestimmten Abstands I beträgt (Fig. 1 ist eine schematische, nicht-maßstabsgetreue Darstellung, in welcher Größenverhältnisse zu Illustrationszwecken zum Teil stark von den real bevorzugten Verhältnissen abweichen können). Aufgrund dieses Abstandsverhältnisses ist gewährleistet, dass eine gerichtete Strömung des Befeuchtungsfluids selbst die peri- pheren Bereiche 43 der Probe 14 nicht trifft. Für eine typische Inkubatorvorrichtung kann der Abstand d z. B. ungefähr 2 cm betragen.
In einer in Fig. 1 durch gestrichelte Linien dargestellten Variante der Erfindung ist in der Inkubatorkammer 12 in einem Abstand von etwa 2 cm von der Übertrittsöffnung 30 ein Prallblech 44 angeordnet, derart, dass die Strömung des Befeuchtungsfluids durch die Übertrittsöffnung 30 hindurch auf das Prallblech 44 gerichtet ist. Unter Verwendung eines solchen Prallblechs kann in jedem Falle sichergestellt werden, dass die gerichtete Strömung des Befeuchtungsfluids zumindest nicht den Bereich der näheren Umgebung der Probenposition P erreicht. In einigen Ausführungsformen kann in diesem Fall die Geschwindigkeit des Befeuchtungsfluids auch erhöht werden (z. B. auf eine Geschwindigkeit, die ohne das Prallblech dazu führen würde, dass die gerichtete Strömung des Befeuchtungsfluids bis zur Probenposition reicht), um etwa einen schnelleren oder zuverlässigeren Eintritt des Befeuchtungs- fluids in die Inkubatorkammer 12 sicherzustellen. Das Prallblech 44 lenkt das Befeuchtungsfluid dann in eine Richtung ab, die nicht direkt zur Probenposition P hin führt.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nachfolgend ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert. Gegenüber Fig. 1 sind gleiche oder entsprechende Merkmale in Fig. 2 mit um 100 erhöhten Bezugszeichen bezeichnet. Im Folgenden werden nur die Unterschiede zur ersten Ausführungsform nä- her erläutert, wobei bezüglich der übrigen Merkmale und Effekte ausdrücklich auf die Beschreibung des ersten Ausführungsbeispiels verwiesen wird.
Die Inkubatorvorrichtung 110 des zweiten Ausführungsbeispiels unterscheidet sich von der Inkubatorvorrichtung 10 des ersten Ausführungsbeispiel be- sonders dadurch, dass Befeuchtungsfluid 124 vor dem Eintritt in eine Inkubatorkammer 112 in einer Fluidleitung 150 geführt wird, welche im Inneren der Inkubatorkammer 112 angeordnet ist. Die Fluidleitung 150 ist verzweigt und umfasst einen gemeinsamen Zuführungsabschnitt 152 sowie einen ersten Verzweigungsabschnitt 154 und eine zweiten Verzweigungsabschnitt 156, welcher an einem Verzweigungspunkt 158 von dem Zuführungsabschnitt 452 abzweigt.
Am freien Ende des ersten Verzweigungsabschnitts 154 ist eine ersten Düse 160 angeordnet und am freien Ende des zweiten Verzweigungsabschnitts 156 ist eine zweiten Düse 162 angeordnet. Die Verzweiungsabschnitte 154 und 156 der Fluidleitung 150 sind im Inneren der Inkubatorkammer 112 so geführt, dass die beiden Düsen 160 und 162 Befeuchtungsfluid gleichzeitig an unterschiedlichen Stellen in das Innere der Inkubatorkammer 112 übertreten lassen. Die Düsen 160 und 162 bilden jeweils eine Übertrittsöffnung im Sinne der vorliegenden Erfindung.
Die Düsen 160 und 162 sind dafür eingerichtet, Befeuchtungsfluid gerichtet abzugegen, wobei die ersten Düse 160 Befeuchtungsfluid in einer Abgabe- richtung n abgibt und die zweite Düse 162 Befeuchtungsfluid in einer Abgaberichtung r 2 abgibt. Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, verlaufen die Abgaberichtungen n und r 2 jeweils in einer von der Probenposition P wegführenden Richtung, im vorliegenden Fall schließen sie mit einer zur Probenposition P weisenden Richtung sogar einen Winkel von ungefähr 180° ein, so dass der Einfluss der gerichteten Strömung des Befeuchtungsfluids auf die Probe deutlich reduziert wird.
Ferner sind die Abgaberichtungen n und r 2 auf Heizplatten 140 gerichtet, welche für Befeuchtungsfluid undurchlässig sind und Befeuchtungsfluid-Ab- lenkflächen im Sinne der Erfindung bilden. An diesen Heizplatten 140 wird die Strömung des Befeuchtungsfluids nach mehreren Seiten abgelenkt, so dass die gerichtete Strömung des Befeuchtungsfluids weiter drastisch verringert wird, da die Strömung an den Heizelementen 140 in gewisser Weise zerstreut wird.
Das Ablenken des Befeuchtungsfluidstroms an den Heizelementen 140 hat den zusätzlichen Vorteil, dass das Befeuchtungsfluid an der temperierten Oberfläche der Heizelemente 140 nicht kondensiert. Es wird damit verhin- dert, dass einzelne Tröpfchen des Aerosols 124 sich an der Ablenkfläche zu einem Flüssigkeitsfilm zusammenschließen und somit ' für den Feuchtigkeitseintrag in das Innere der Inkubatorkammer nicht zur Verfügung stehen und stattdessen an den Ablenkflächen verbleiben und eine Verschmutzung derselben bewirken.
Der Betrieb der Inkubatorvorrichtung 110 des zweiten Ausführungsbeispiels erfolgt weitestgehend entsprechend dem des ersten Ausführungsbeispiels. Ein aus einem Aerosol 124 gebildetes Befeuchtungsfluid tritt unter der Wirkung einer Saugeinrichtung 136 aus einer Aerosoleinrichtung 116 in einen Übertrittskanal 128 ein und wird von diesem in die Fluidleitung 150 geleitet. Am Verzeigungspunkt 158 strömt ein erster Teil des Befeuchtungsfluids in den ersten Verzweigungsabschnitt 154, während ein zweiter Teil des Befeuchtungsfluids in den zweiten Verzweigungsabschnitt 156 eintritt. An den Düsen 160, 162 tritt das Befeuchtungsfluid jeweils in Abgaberichtungen n und r 2 in das Innere der Inkubatorkammer 112 über und prallt anschließend auf ein jeweiliges Heizelement 140. Von dem Heizelement 140 wird das Befeuchtungsfluid abgelenkt, wobei die gerichtete Strömung reduziert wird. Vorzugsweise sind die Heizelemente 140 so ausgerichtet, dass auch die Reflexionsrichtungen, in die das auf die Heizelemente 140 auftreffende Befeuchtungsfluid abgelenkt werden, nicht direkt und zur Probenposition hin weisen.
Durch die Ausrichtung der Düsen 160, 162 wird der bis zur Probenposition P zurückzulegende Weg für das Befeuchtungsfluid verlängert. Die Ablenkung an den Heizelementen 140 bewirkt eine Richtungsauflösung oder Zerstreuung der gerichteten Strömung. Darüber hinaus wird durch die Bereitstellung einer Mehrzahl von Übertrittsöffnungen die Strömung des Befeuchtungs- fluids weiter verteilt. Schließlich wird auch im zweiten Ausführungsbeispiel noch die Geschwindigkeit, mit welcher das Befeuchtungsfluid in die Inkubatorkammer 112 übertritt, d.h. die Leistung der Saugeinrichtung 136, auf einen geeigneten niedrigen Wert eingestellt. Alle diese Maßnahmen tragen dazu bei, die gerichtete Strömung von Befeuchtungsfluid am Ort der Probe P soweit zu reduzieren, dass an der Probenposition im Wesentlichen nur noch ungerichtete Strömungverhältnisse, beispielweise aufgrund natürlicher Kon- fenktionsströme, die durch den Betrieb der Heizelemente verursacht werden, oder Diffusionsströme vorliegen. Jedenfalls ist eine etwaige restliche Strömung am Probenort P auf ein das Probenklima nicht beeinflussendes Maß reduziert, so dass über die gesamte Probenoberfläche hinweg ein konstantes Klima aufrechterhalten werden kann und dennoch eine Einstellung gewünschter klimatischer Bedingungen am Probenort möglich ist.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann etwa anstelle eines geschlossenen Fluidkreislaufs 26, 126 mit einem offenen System gearbeitet werden, wobei Übertrittsöffnung und Gasauslass mit gleicher oder auch mit unterschiedlichen Strömungsraten betrieben werden können oder auf einen Gasauslass gar ganz verzichtet werden kann, um in der Inkubatorkammer einen definierten Überdruck aufzubauen. Ferner sind zwar in Fig. 2 nur zwei untere Heizelemente 140 dargestellt - die Inkubatorvorrichtung 110 könnte jedoch gleichermaßen auch nur mit oberen oder mit oberen und unteren Heizelementen ausgestattet sein.
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