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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein automatisiertes Flüssigkeitsbehandlungssystem,
das dafür
konfiguriert ist, Flüssigkeitsproben
vorzubereiten und diese in ein Analyseninstrument, wie etwa ein Partikelanalysengerät, einen
Durchflußzytometer oder
eine Sortierer-Durchflußzelle,
gemäß den beigefügten Patentansprüchen einzuführen.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
gibt einen beträchtlichen
und wachsenden Bedarf an schneller und fehlerfreier Analyse von biologischen
und chemischen Proben sowohl im Krankenhaus-/Klinikbereich als auch
im Labor-/Forschungsbereich. Automatisierte Vorbereitung und Behandlung
biologischer und chemischer Proben können eine effiziente und kostengünstige Antwort auf
diesen wachsenden Bedarf liefern. Viele verfügbare Vorrichtungen sind entwickelt
worden, um diesem Bedarf zu entsprechen. Jedoch war der Stand der
Technik bisher durch eine Anzahl von Mängeln gekennzeichnet.
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Viele
bekannte Flüssigkeitssteuervorrichtungen
sind durch eine umgekehrt proportionale Beziehung zwischen der Geschwindigkeit,
mit der Proben analysiert werden, und der Fehlerfreiheit der gewonnenen
Analyse gekennzeichnet. Solche Vorrichtungen sind nicht in der Lage,
Proben sowohl schnell als auch fehlerfrei zu analysieren, und müssen einerseits auf
einen Teil der Leistungsfähigkeit
verzichten, um andererseits eine verbesserte Leistungsfähigkeit
zu erzielen. Zum Beispiel erhöhen
einige bisher vorhandenen Geräte
die Geschwindigkeit, mit der Proben analysiert werden, indem sie
einfach schneller arbeiten und die Probe schneller durch ein Analyseninstrument,
wie etwa ein Partikelanalysengerät,
einen Durchflußzytometer
oder Zellsortierer, hindurchbefördern.
Jedoch kann sich die Flüssigkeit
durch das Analysengerät
mit schnelleren als optimalen Geschwindigkeiten bewegen, was die
Genauigkeit der gewonnenen Analyse verringern kann.
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Viele
bisherigen Vorrichtungen sind auf Probenahme eines feststehenden
Volumens beschränkt. Diese
Vorrichtungen können üblicherweise
nur relativ kleine Proben analysieren und können deshalb nicht zur Analyse
seltener Ereignisse, die üblicherweise große Probengrößen erfordern,
verwendet werden.
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Ein
weiteres Problem bei vielen bisherigen Vorrichtungen ist ein Grad
der gegenseitigen Verunreinigung zwischen Proben (oft als Verschleppung bezeichnet)
von 5 % und mehr. Gegenseitige Verunreinigung zwischen Proben verringert
die Genauigkeit von Probenergebnissen.
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Andere
bisher vorhandenen Systeme sind nur mit vorher vorbereiteten Proben
verwendbar und können
nicht verwendet werden, um Proben vorzubereiten, zu mischen und
zu analysieren. Dies kann dort ein Nachteil sein, wo Proben nach
der Vorbereitung sehr schnell analysiert werden müssen, und kann
auch die Kosten und den Aufwand für das Analysieren einer Probe
erhöhen,
da zusätzliche
Gerätschaften
angeschafft werden müssen,
um die Probe vor Verwendung der Flüssigkeitssteuervorrichtung vorzubereiten.
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Einige
Flüssigkeitsbehandlungssysteme
setzen Probenmulden unter Druck, um Proben in das System zu drücken. Dieses
Verfahren ist nicht mit Filterbodenplatten verwendbar. Noch andere
Systeme sind so konfiguriert, daß sie Proben unzulässig verdünnen oder
nicht fähig
sind, ein exaktes Volumen oder in einer optimalen und exakten Fließgeschwindigkeit
zu pumpen.
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US-Patent 5 783 450 offenbart
ein Verfahren und ein Instrument zum Trennen und Analysieren einer
sehr kleinen Menge von zu prüfenden
Komponenten.
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Was
benötigt
wird, ist ein Flüssigkeitsbehandlungssystem,
das einige der Nachteile des Stands der Technik behebt, indem es
ein System bereitstellt, das: (1) fehlerfreier und schneller als
bereits vorhandene Systeme analysieren kann; (2) Proben vor der
Einführung
der Proben in ein Analysengerät vorbereiten
kann; (3) ein wählbares
Volumen hat; (4) Probenverschleppung auf weniger als 0,05 % minimieren
kann; (5) das ge samte Probenvolumen nutzen kann; (6) fehlerfreie
Proben pro Volumeneinheit liefern kann, ohne den Durchsatz stark
zu reduzieren; (7) die Probennadel reinigen kann und somit die Verschleppung
und Verunreinigung zwischen Proben reduziert; und (8) Mittel zur
Verhinderung des Mischens von Probe und Flüssigkeiten auf dem Weg in ein
Analyseninstrument aufweist. Die vorliegende Erfindung ist dafür bestimmt,
diese Erfordernisse zu erfüllen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die
Erfindung weist ein automatisiertes Flüssigkeitsbehandlungssystem
zur Verwendung mit einem Analyseninstrument gemäß den Ansprüchen 1 bis 16 auf.
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Zur
Verwendung mit einem Durchflußzytometer-Analyseninstrument
kann eine erste Pumpe betriebsfähig
sein, eine Probe in die Einspritzanordnung mit einer Geschwindigkeit
einzufüllen,
die wirksam ist, Probenmaterial mit einer relativ hohen Fließgeschwindigkeit
in das Instrument hineinzubewegen, und die zweite Pumpe, Probenmaterial
mit einer relativ niedrigen Geschwindigkeit durch das Instrument hindurchzubewegen.
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Die
Probenhaltestation kann einen bewegungsgesteuerten Tisch zum Halten
einer Mikrotiter-Muldenplatte und zur selektiven Positionierung der
Mikrotiter-Muldenplatte in bezug auf die Probennadel aufweisen,
so daß die
Probennadel eine gewählte
Probenmulde innerhalb der Mikrotiter-Muldenplatte ansteuern kann.
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In
einer Ausführungsform
hat die Einspritzanordnung einen mittigen kegelförmigen Abschnitt mit einer
mittigen Bohrung, um mit der Probennadel dichtend in Eingriff zu
treten, und eine ringförmige
Abfallrinne, die den mittigen kegelförmigen Abschnitt umgibt. Die
Einspritzanordnung weist ferner eine elastische Röhre in Flüssigkeitskommunikation
mit der mittigen Bohrung der Einspritzanordnung auf, wobei die elastische
Röhre einen
Innendurchmesser hat, der so bemessen ist, daß ein Preßsitz hergestellt wird, wenn
die Probennadel in die elastische Röhre eingefügt wird. Die Röhre zwischen
der Probennadel und der ersten Pumpe kann eine mit Chromsäure behandelte
Polyolefinröhre
sein.
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Ferner
kann das System eine Vielzahl von an der Einspritzanordnung befestigten
Magneten und eine Vielzahl von am Flüssigkeitsbehandlungssystem
befestigten Magneten mit entgegengesetzter Polarität zur Befestigung
und genauen Positionierung der Einspritzanordnung in bezug auf das
Flüssigkeitsbehandlungssystem
aufweisen, wobei die Einspritzanordnung vom Flüssigkeitsbehandlungssystem
durch Drehen der Einspritzanordnung zur Trennung der Magnete voneinander
und durch Abheben der Einspritzanordnung vom Flüssigkeitsbehandlungssystem
lösbar
ist.
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Das
System kann ferner einen Einspritzanordnungshalter aufweisen, der
eine Öffnung
zum Aufnehmen eines Abschnitts der Einspritzanordnung aufweist,
wobei diese Öffnung
größer als
der Abschnitt der Einspritzanordnung ist, wodurch ein Kontakt der
Probennadel mit einer Oberfläche
der Vertiefung die Einspritzanordnung horizontal in eine Richtung
verschiebt, so daß die
Probennadel in die mittige Bohrung der Einspritzanordnung eintreten
kann.
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Die
erste und/oder zweite Pumpe können Spritzenpumpen
sein. Das System kann ferner ein erstes Wegeventil aufweisen, das
zwischen der ersten Pumpe und der Probennadel angeordnet ist, zum selektiven
Verbinden der ersten Pumpe mit der Probennadel und mindestens einer
Hilfsstoffquelle.
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Das
System kann ferner ein zweites Umschaltventil aufweisen, das für eine betriebsfähige Anordnung
zwischen der Einspritzanordnung und dem Analyseninstrument angepaßt ist.
Dieses Ventil hat eine erste Stellung, in der das Ventil die zweite Pumpe
mit einer Trägerflüssigkeitsquelle
verbindet und die Einspritzanordnung mit dem Analyseninstrument
verbindet, und eine zweite Stellung, in der das Umschaltventil die
zweite Pumpe mit dem Analyseninstrument verbindet und die Einspritzanordnung
mit der Trägerflüssigkeitsquelle
verbindet. Das zweite Ventil kann in eine Stellung versetzt werden,
um entweder die erste Pumpe oder die zweite Pumpe in Flüssigkeitskommunikation
mit dem Analyseninstrument zu versetzen.
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Eine
programmierbare Bewegungssteuereinrichtung kann in einem Betriebsmodus
mit hohem Durchsatz betriebsfähig
sein, um folgende Funktionen auszuführen:
Überführen eines ersten Probenvolumens
einer ersten gewählten
Probe in die Probennadel,
Ausstoßen des ersten Probenvolumens
durch eine Einspritzanordnung und in das Analyseninstrument mit
einer ersten Fließgeschwindigkeit,
wobei die erste Pumpe mit der Probennadel verbunden ist,
Bewegen
des ersten Probenvolumens durch das Instrument mit einer zweiten
Fließgeschwindigkeit,
wobei die zweite Pumpe zwischen die Einspritzanordnung und das Instrument
geschaltet ist,
während
sich das erste Probenvolumen durch das Instrument bewegt, Überführen eines
zweiten Probenvolumens einer zweiten gewählten Probe in die Probennadel,
und
als Wahlmöglichkeit
Wiederholen der Schritte des Ausstoßens, Bewegens und Überführens mit
dem zweiten Probenvolumen und einer oder mehrerer aus der Vielzahl
der Proben.
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Unter
einem verwandten Aspekt weist die Erfindung ein Verfahren zum Einbringen
einer Probe in ein Analyseninstrument gemäß den Ansprüchen 17 bis 25 auf.
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Der Überführungsschritt
kann aufweisen: Ansaugen von Trägerflüssigkeit
aus einem Trägerflüssigkeitsreservoir
in die erste Pumpe, Aktivieren eines mit der ersten Pumpe verbundenen
Wegeventils, so daß die
erste Pumpe mit der Probennadel kommuniziert, Ansaugen einer kleinen
Menge Luft in die Spitze der Probennadel mittels der ersten Pumpe, um
eine Trennblase zu bilden, Bewegen einer Muldenplatte entlang der
Achsen, bis die erste gewählte Probe
unter der Probennadel positioniert ist, und anschließendes Absenken
der Probennadel in eine Probennahmestellung, wobei die Spitze der
Nadel in die erste gewählte
Probe eintaucht, Hin- und Herbewegen der ersten Pumpe, um eine Saug-/Stoß-Mischwirkung
zu erzeugen, und Ansaugen einer Probenteilmenge in die Probennadel,
die von der Trägerflüssigkeit
durch die Trennblase getrennt ist, und Herausheben der Probennadel
aus der ersten gewählten
Probe und Bewegen der Probennadel in eine Probeneinspritzstellung,
wobei die Probennadel mit der Einspritzanordnung dichtend in Eingriff
tritt.
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Der
Einspritzschritt kann umfassen: Drücken der Probe mit einer relativ
hohen Fließgeschwindigkeit
durch die Einspritzanordnung und in das Analyseninstrument.
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Der
Bewegungsschritt kann umfassen: Bewegen der Probe mit einer verringerten
Fließgeschwindigkeit
mittels der zweiten Pumpe zum Analysieren der Probe mit dem Analyseninstrument.
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Das
Verfahren kann ferner umfassen: Während sich das erste Probenvolumen
mit der zweiten Fließgeschwindigkeit
durch das Instrument bewegt und bevor das zweite Probenvolumen der
zweiten gewählten
Probe in die Probennadel übergeführt wird,
Trennen der Probennadel von der Einspritzanordnung und Anheben der
Probennadel in einen kegelförmigen
Abschnitt der Einspritzanordnung, Ausstoßen von Trägerflüssigkeit durch die Probennadel mittels
der ersten Pumpe, um den Probenrest aus der Probennadel auszuwaschen
und um einen äußeren Abschnitt
der Probennadel zu säubern,
und Aufnehmen der Flüssigkeitsüberlaufmenge
vom kegelförmigen
Abschnitt der Einspritzanordnung in eine Abfallrinne, die den kegelförmigen Abschnitt
der Einspritzanordnung umgibt, und Befördern der Flüssigkeitsüberlaufmenge
zum Abfall.
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Das
Verfahren kann ferner umfassen: Ansaugen von Hilfsreagens aus einem
Hilfsreagensvorratsbehälter
in die erste Pumpe, Positionieren der Probennadelspitze über der
Einspritzanordnung und Einfüllen
des Reagens durch das Pumpsystem, Aufnehmen der Reagensüberlaufmenge
in die Abfallrinne und Befördern
der Reagensüberlaufmenge
zum Abfall, wobei die erste Pumpe eine vorgegebene Reagensteilmenge
aus der Probennadel in eine oder mehrere aus der Vielzahl der Proben
pumpt, und Mischen des Reagens mit der Probe durch Turbulenzen des
abgegebenen Reagensstrahls.
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In
einer Ausführungsform
wird eine Trennblase in die Spitze der Nadel eingesaugt, die Spitze wird
in eine Mulde mit einem ersten Reagens abgesenkt, ein Reagensvolumen
wird in die Nadelspitze eingesaugt, die Nadelspitze wird in eine
zweite Mulde mit einer Probenmenge umgesetzt, während die Blase unversehrt
erhalten bleibt, das Reagens und die Probe werden ge mischt und der
gemischte Inhalt in der Probenspitze wird in die Einspritzanordnung
zum dortigen Ausstoßen übergeführt.
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Weiterhin
wird eine Einspritzanordnung für ein
Flüssigkeitsbehandlungssystem
offenbart. Die Anordnung hat einen mittigen kegelförmigen Abschnitt
mit einer mittigen Bohrung, um mit einer Probennadel des Flüssigkeitsbehandlungssystems
dichtend in Eingriff zu treten, und eine ringförmige Abfallrinne, die den
mittigen kegelförmigen
Abschnitt umgibt.
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Die
Anordnung kann eine Vielzahl von an ihr befestigten Magneten zum
Zusammenwirken mit ihr und eine Vielzahl von am Flüssigkeitsbehandlungssystem
befestigten Magneten mit entgegengesetzter Polarität zur Befestigung
und genauen Positionierung der Einspritzanordnung in bezug auf das
Flüssigkeitsbehandlungssystem
aufweisen. Die Anordnung ist in dieser Ausführungsform vom Flüssigkeitsbehandlungssystem
durch Drehen der Einspritzanordnung zur Trennung der Magneten voneinander und
durch Abheben der Einspritzanordnung vom Flüssigkeitsbehandlungssystem
lösbar.
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Die
Anordnung kann eine elastische Röhre
in Flüssigkeitskommunikation
mit der mittigen Bohrung der Einspritzanordnung aufweisen, wobei
die Röhre einen
Innendurchmesser hat, der so bemessen ist, daß ein Preßsitz hergestellt wird, wenn
die Probennadel in die elastische Röhre eingefügt wird.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung des Flüssigkeitskreislaufs eines erfindungsgemäß ausgeführten automatisierten
Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das für
eine Behandlung von Proben aus einer Mikrotiter-Muldenplatte konfiguriert
ist.
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2 ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das für
eine Behandlung von Proben aus einer Mikrotiter-Muldenplatte konfiguriert
ist und das in Stellung A gezeigt ist.
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3 ist
eine schematische Darstellung des durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems aus 2,
das in Stellung B gezeigt ist.
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4A ist
ein Zeitdiagramm für
das durchsatzstarke Flüssigkeitsbehandlungssystem
aus 1.
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4B ist
ein Zeitdiagramm für
das durchsatzstarke Flüssigkeitsbehandlungssystem
aus 2 und 3.
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5 ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das dafür
konfiguriert ist, wechselweise Proben aus einer Mikrotiter-Muldenplatte, einem
Reagenzglaskarussell oder einer Reagenzglasanordnung und/oder einer
Hilfsreagensquelle zu behandeln.
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6 ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems
mit einem Dreiwegeventil, das dafür konfiguriert ist, wechselweise
Proben aus einer Mikrotiter-Muldenplatte, einem einzelnen Reagenzglas
oder einem Reagenzglaskarussell oder einer Reagenzglasanordnung
zu behandeln.
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7 ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das mit einem Probenspeicher-Kreislauf konfiguriert ist.
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7A ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das wie in 7 konfiguriert ist, aber ferner
einen zusätzlichen
Flüssigkeitskreislauf
aufweist.
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8 ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das mit einem Sechswege-Zweistellungsventil konfiguriert ist, das
in Stellung A gezeigt ist.
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9 ist
eine schematische Darstellung des durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems aus 8,
das in Stellung B gezeigt ist.
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10 ist
ein Querschnitt, der die über
der Einspritzanordnung des Flüssigkeitsbehandlungssystems
positionierte Probennadel zeigt.
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11 ist
ein Querschnitt, der die in die Einspritzanordnung des Flüssigkeitsbehandlungssystems
eingefügte
Probennadel zeigt.
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12 ist
ein Querschnitt einer alternativen Ausführungsform der Einspritzanordnung.
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13 ist
ein Querschnitt einer zweiten alternativen Ausführungsform der Einspritzanordnung.
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14 ist
eine Draufsicht des Einspritzanordnungshalters des Flüssigkeitsbehandlungssystems.
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15 ist
eine Seitenansicht des Einspritzanordnungshalters.
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16 ist
ein Querschnitt des Einspritzanordnungshalters, bezogen auf Linie
A-A in 12.
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17 ist
eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehandlungssystems.
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18 ist
eine Endansicht des unteren Abschnitts des Flüssigkeitsbehandlungssystems.
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19 ist
eine Seitenansicht des oberen Abschnitts des Flüssigkeitsbehandlungssystems.
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20 ist
eine Endansicht des oberen Abschnitts des Flüssigkeitsbehandlungssystems.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Es
gibt einen beträchtlichen
und wachsenden Bedarf an schneller und genauer Analyse von biologischen
und chemischen Proben sowohl im Krankenhaus-/Klinikbereich als auch
im Labor-/Forschungsbereich.
Automatisierte Vorbereitung und Behandlung biologischer und chemischer
Proben kann eine effiziente und kostengünstige Antwort auf diesen wachsenden
Bedarf liefern. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform hat die Form eines
programmierbaren automatisierten Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das dafür
konfiguriert ist, Flüssigkeitsproben
vorzubereiten und diese in ein Analyseninstrument einzuführen. Das
Flüssigkeitsbehandlungssystem
kann dafür
konfiguriert sein, mit einem Partikelanalysengerät, einem Durchflußzytometer
und vielen anderen Analyseninstrumenten gekoppelt zu werden.
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1 ist
eine schematische Darstellung des Flüssigkeitskreislaufs einer Ausführungsform
eines automatisierten Flüssigkeitsbehandlungssystems, das
gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung ausgeführt
ist. Das Flüssigkeitsbehandlungssystem
ist sehr vielseitig und kann zu einer Reihe verschiedener Konfigurationen
zusammengefügt werden.
Das Flüssig keitsbehandlungssystem
weist üblicherweise
eine Probenhaltestation zum Halten einer Vielzahl von zu analysierenden
Proben auf. In der in 1 gezeigten Ausführungsform
ist das Flüssigkeitsbehandlungssystem
für das
Behandeln von Proben aus einer Mikrotiter-Muldenplatte 100 konfiguriert.
Die Muldenplatte 100 hat üblicherweise eine Anordnung
von Probenmulden 102, die in einem zweidimensionalen Muster
angeordnet sind. Gängige
Muldenplattentypen weisen 96 Probenmulden in einer 8-x-12-Anordnung oder 384
Probenmulden in einer 16-x-24-Anordnung auf. Andere Typen von Probenmulden 100 mit
anderen Mustern von Probenmulden 102 können ebenfalls mit dem Flüssigkeitsbehandlungssystem
verwendet werden und sind dem Fachmann bekannt. In einer Ausführungsform
weist die Probenhaltestation einen bewegungsgesteuerten Tisch zum
Halten einer Mikrotiter-Muldenplatte und zum selektiven Positionieren
der Mikrotiter-Muldenplatte in bezug auf eine Probennadel auf, um
eine ausgewählte
Probenmulde innerhalb der Mikrotiter-Muldenplatte wie unten beschrieben
anzusteuern.
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Das
Flüssigkeitsbehandlungssystem
weist eine Probennadel 104 auf, die sich zwischen jeder ausgewählten Probe
in der Station und einer Einspritzanordnung bewegen läßt, zum Überführen der ausgewählten Probe
in die Einspritzanordnung 120. Bei den in 1 gezeigten
Nadeln 104A und 104B handelt es sich um dieselbe
Nadel. Nadel 104A veranschaulicht die Nadel in einer Stellung
zum Zusammenwirken mit der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120.
Die mit 104B bezeichnete Nadel stellt die Nadel in einer
Stellung zum Zusammenwirken mit einer Probe in Probenmulde 102 dar.
Da es sich bei den Nadeln 104A und 104B um dieselbe
Nadel handelt, erfolgen nachfolgende Verweise auf dieses Merkmal
im Text und in den Zeichnungen nur mittels des Bezugszeichens 104.
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In
einer Ausführungsform
weist die Probennadel ein röhrenförmiges Teil 92 mit
hinreichender Länge,
die bis zum Boden jeder Probenmulde 102 reicht, und ein
Gehäuse 94 oder
andere bekannte Strukturen auf, die zum Halten des röhrenförmigen Teils 92 dienen.
Die Probennadel 104 kann am Ende eines beweglichen Nadelarms 106 angebracht
sein. In der hier beschriebenen Ausführungsform kann der Nadelarm 106 horizontal
zwischen einer Stellung A zum Eingriff mit der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 und
einer Stellung B zum Eingriff mit den Probenmulden 102 bewegt
werden. In dieser Ausführungsform
ist das Flüssigkeitsbehandlungssystem ferner
so aufgebaut, daß die
Probennadel 104 jede einzelne Probenmulde 102 durch
Bewegen des Nadelarms 106 in der vertikalen Achse und durch
horizontales Bewegen der Muldenplatte 100 entlang der X- und Y-Achse selektiv
ansteuern kann. In alternativen Ausführungsformen ist jedoch der
Nadelarm 106 entlang dreier Achsen, nämlich einer vertikalen oder Z-Achse
und horizontaler X- und Y-Achsen, beweglich, um mit den Probenmulden 102 selektiv
in Eingriff zu treten. In anderen alternativen Ausführungsformen
kann der Nadelarm 106 auf null oder zwei Bewegungsachsen
beschränkt
sein, und statt dessen kann die Platte 100 entlang jeder
Achse, auf der die Bewegung des Nadelarms 106 beschränkt ist,
bewegt werden.
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In
der Probeneinspritzstellung tritt die Probennadel 104 dichtend
mit der Einspritzröhre 126 in Eingriff,
die mit der mittigen Bohrung 122 der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 verbunden ist.
Die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120, die unten
in Verbindung mit 8 bis 11 ausführlicher
beschrieben wird, hat eine mittige Bohrung 122, die von
einer ringförmigen
Abfallrinne 124 umgeben ist. In einer Ausführungsform
ist die Einspritzanordnung dafür
angepaßt,
betriebsfähig
mit einem Analyseninstrument gekoppelt zu werden, und durch sie
kann dem Instrument Probenmaterial zugeführt werden. Die mittige Bohrung 122 ist über eine
Kunststoffeinspritzröhre
mit kleinem Durchmesser 126 und eine Kunststoffröhre oder
-leitung mit kleinem Durchmesser 127 mit einer zytometrischen
Durchflußzelle 130 oder
anderen Analyseninstrumenten verbunden. Die ringförmige Abfallrinne 124 ist
mit einer Abflußröhre 132 verbunden,
die ihrerseits über
eine Kunststoffröhre
mit kleinem Durchmesser 128 mit einer Abfallentsorgungspumpe
und/oder einem Abfallreservoir verbunden ist.
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In
dieser Basiskonfiguration weist das Flüssigkeitsbehandlungssystem
eine elektronisch steuerbare Primärspritzenpumpe 112 mit
einem integrierten Pumpenmotor auf. Alle in 1 bis 20 offenbarten
Pumpen sind Spritzenpumpen, und viele ak zeptable Spritzenpumpenarten
sind auf dem Markt erhältlich.
In alternativen Ausführungsformen
können jedoch
andere Pumpenarten verwenden werden, wie unten beschrieben. Die
Pumpe ist mit einer Probennadel verbunden. Die Pumpe ist betriebsfähig, um
einen oder mehrere der folgenden Schritte auszuführen: (i) Überführen eines Volumens einer ausgewählten Probe
in die Nadel, (ii) Überführen eines
Probenvolumens aus der Nadel durch die Einspritzanordnung und in
das Instrument mit einer Fließgeschwindigkeit
und (iii) Überführen der
Probe durch das Instrument mit einer zweiten Fließgeschwindigkeit.
In der in 1 gezeigten Ausführungsform
ist die Primärspritzenpumpe 112 mit
einer motorbetriebenen Spritze 111 konfiguriert, die mit
einem Dreiwegeventil 110 verbunden ist. Das Wegeventil 110 ist
seinerseits mit der Probennadel 104, einem Systemflüssigkeitsreservoir 114 und
einer Hilfsreagensflasche oder einem Hilfsreagensreservoir 116 über eine
biegsame Kunststoffröhrenleitung
mit kleinem Durchmesser 108, 134 und 136 verbunden.
Die flexible Kunststoffröhrenleitung
mit kleinem Durchmesser 108, 134 und 136 kann
eine TEFLON-(Polytetrafluorethylen-)Röhrenleitung oder Polyolefinröhrenleitung
mit Innendurchmessern von ungefähr
0,076–0,102
cm (0,030–0,040
Zoll), 0,102–0,152
cm (0,040–0,060 Zoll)
bzw. 0,051–0,076
cm (0,020–0,030
Zoll) sein. Andere Röhrenleitungsarten
und -größen können auch
brauchbar sein. Bei Verwendung einer Polyolefinröhrenleitung sind verbesserte
Ergebnisse erzielt worden durch Behandlung der Röhrenleitung mit Chromsäure (Fischer
Cleaning Solution (Chromschwefelsäure) Katalognr. SC88-1), um die Benetzbarkeit
der Röhrenleitung
zu erhöhen,
was hilft, die Unversehrtheit der Trennblase zu erhalten.
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In
einer Ausführungsform,
z. B. zur Verwendung mit einem Durchflußzytometer-Analyseninstrument,
ist die Pumpe betriebsfähig,
eine Probe in die Einspritzanordnung mit einer Geschwindigkeit einzuspritzen,
die wirksam ist, Probenmaterial mit einer relativ hohen Fließgeschwindigkeit
in das Instrument hineinzubewegen, und ist anschließend betriebsfähig, Probenmaterial
mit einer relativ geringen Geschwindigkeit durch das Instrument
hindurchzubewegen.
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Wie
hier verwendet, bezeichnet "Pumpe" jede Vorrichtung,
die Flüssigkeit
oder Gas bewegen kann. Geeignete Pumpen sind u.a. Druckquellen,
z. B. Spritzenpumpen, Druckluftquellen, Vakuumquellen, pneumatische
Pumpen, Membranpumpen, peristaltische Pumpen oder Verbindungen mit
externen Druckquellen. Es ist auch denkbar, daß eine relativ kleine Pumpe
verwendet werden kann, einschließlich z. B. einer elektrostatisch
betätigten
Mesopumpe. Eine solche Mesopumpe ist z. B. in
US-Patent 5 836 750 beschrieben. Demzufolge
kann die Pumpe Bauelemente wie etwa Ventile, Verteiler, Röhrenleitung und ähnliches
aufweisen. Die Pumpe kann auch Steuereinrichtungen wie etwa jede
geeignete mikroprozessorbasierte, programmierbare Logiksteuereinrichtung,
Personalcomputer-Steuereinrichtung oder ähnliches zur Prozeßsteuerung
aufweisen. Eine geeignete Steuereinrichtung weist Merkmale auf wie etwa
Programmierbarkeit, Zuverlässigkeit,
Flexibilität und/oder
Dauerhaftigkeit. Die geeignete Steuereinrichtung kann unter anderem
verschiedene Eingangs/Ausgangsanschlüsse aufweisen, die verwendet
werden, um Verbindungen bereitzustellen, um Ventile zu öffnen und
zu schließen
und/oder Flüssigkeiten
zu regulieren und zu dosieren. Die Steuereinrichtung kann auch einen
hinreichenden Speicher aufweisen, um Prozeßanweisungen für gewünschte Anwendungen
zu speichern.
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Eine
exemplarische Pumpe zur erfindungsgemäßen Verwendung ist Modell XP3000
mit einer 500-Mikroliter-Spritze von Cavro Instruments Corp.
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Vorzugsweise
hat Röhrenleitung 108 ein
Volumen, das mit dem Volumen der Probenmulde 102 übereinstimmt
oder größer als
dieses ist, so daß die Probe
nicht zu jeder beliebigen Zeit während
des Systembetriebs in die Spritze hineingezogen wird. Einleiten
von Probenmaterial in die Spritze könnte zur gegenseitigen Verunreinigung
zwischen Proben beitragen. Das Wegeventil 110 ist selektiv
steuerbar, um die Primärspritzenpumpe 112 wechselweise
mit der Probennadel 104, einem Systemflüssigkeitsreservoir 114 und
einer Hilfsreagensflasche oder einem Hilfsreagensreservoir 116 zu
verbinden. Als Wahlmöglichkeit
kann das Systemflüssigkeitsreservoir 114 unter
Druck gesetzt werden, zum Beispiel mit Druckluft von einer Druckquelle 118.
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In
alternativen Ausführungsformen
kann Druckquelle 118 weggelassen werden. Die Flüssigkeit
in dem Systemflüssigkeitsreservoir 114 kann nach
Bedarf für
bestimmte Analysezwecke variiert werden. Zum Beispiel kann die Systemflüssigkeit eine
Trägerflüssigkeit
sein, wenn das Flüssigkeitssteuereinrichtungssystem
zur Durchflußzytometrie verwendet
wird.
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Das
Probenvolumen, das analysiert werden kann, kann von einer sehr kleinen
Probe bis zu einer sehr großen
Probe variieren, indem einfach die Länge der Röhrenleitung 108 verändert wird.
Die Fähigkeit,
große
Volumengrößen zu analysieren,
ist für
bestimmte Arten von Analysen seltener Ereignisse hilfreich. Selbst
wenn die Röhrenleitung 108 nicht
verändert
wird, kann die Probengröße einfach
verändert werden,
indem weniger als das gesamte Volumen der Röhrenleitung 108 angesaugt
wird.
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Im
Standardbetriebsmodus arbeitet das Flüssigkeitsbehandlungssystem
in 1 im allgemeinen wie folgt:
- (1)
Systemflüssigkeit
wird aus dem Systemflüssigkeitsreservoir 114 in
die Primärspritzenpumpe 112 gezogen.
- (2) Das Wegeventil 110 wird aktiviert, so daß die Primärspritzenpumpe 112 mit
der Probennadel 104 kommuniziert.
- (3) Üblicherweise
saugt die Primärspritzenpumpe 112 eine
kleine Luftmenge in die Spitze des röhrenförmigen Teils 92 der
Probennadel 104, um eine Trennblase zu bilden, wobei jedoch
die Erzeugung einer Trennblase möglicherweise
für einige
Analysenprozesse nicht erforderlich ist.
- (4) Mit der Probennadel 104 in der angehobenen Stellung
bewegt das Flüssigkeitsbehandlungssystem
die Muldenplatte 100 entlang der X- und Y-Achse, bis die
gewählte
Probenmulde 102 unter der Probennadel 104 positioniert
ist, dann wird der Nadelarm 106 abgesenkt, um die Probennadel 104 in
eine Probennahmestellung (104B) zu bewegen, wobei die Spitze
der Nadel in die Probe in der gewählten Probenmulde 102 eintaucht.
In alternativen Ausführungsformen
kann der Nadelarm 106 anstelle von oder zu sätzlich zu
der Bewegung der Muldenplatte 100 bewegt werden.
- (5) Als Wahlmöglichkeit
kann die Probe mittels der Nadel durch den folgenden Vorgang gemischt werden:
Die Primärspritzenpumpe 112 saugt
ein kleines erstes Probenvolumen an, dann saugt sie abwechselnd
ein zweites größeres Probenvolumen
an und stößt es aus.
Das erste Probenvolumen wird nicht ausgestoßen und wird verwendet, um
ein Ausstoßen
der Trennblase aus der Nadel zu verhindern. Als Alternative kann
der Vorgang wie folgt ausgeführt
werden: Die Primärspritzenpumpe 112 saugt
ein erstes Probenvolumen an, dann wird die Primärspritzenpumpe 112 hin-
und herbewegt, um abwechselnd ein zweites geringfügig kleineres
Probenvolumen anzusaugen und auszustoßen. Wenn Proben nicht gemischt
werden müssen
oder schon vorgemischt sind, kann dieser Schritt weggelassen werden.
- (6) Eine Probenteilmenge wird in die Probennadel 104 eingesaugt
(die Blase trennt die Probe von der Systemflüssigkeit).
- (7) Der Nadelarm 106 wird angehoben, um die Probennadel 104 aus
der Probenmulde 102 herauszuheben, der Nadelarm 106 wird
horizontal bewegt, bis er sich über
der Einspritzanordnung 120 befindet, dann wird der Nadelarm 106 abgesenkt,
um die Probennadel 104 in die Probeneinspritzstellung (104A)
zu bewegen, wobei das röhrenförmige Teil 92 dichtend
mit der Röhrenleitung 126,
die mit der mittigen Bohrung 122 der Einspritzvorrichtung 120 verbunden
ist, in Eingriff tritt.
- (8) Als Wahlmöglichkeit
kann eine zusätzliche Luftblase
in die Spitze der Probennadel 104 eingesaugt werden, bevor
die Probennadel 104 in die Einspritzanordnung 120 abgesenkt
wird, um ein Einspülen
der Probe zu erleichtern.
- (9) Die Primärspritzenpumpe 112 verdrängt die Probe
vorzugsweise mit einer im Verhältnis
zur optimalen Analysenfließgeschwindigkeit
hohen Fließgeschwindigkeit,
um die durch das Analyseninstrument 130 führende Leitung 127 schnell zu
füllen.
- (10) Die Geschwindigkeit der Primärspritzenpumpe 112 wird
auf die Analysengeschwindigkeit herabgesetzt, und die Probenanalyse
kann unverzüglich
mit der optimalen Fließgeschwindigkeit weitergehen.
- (11) Nachdem eine geeignete Probenmenge analysiert ist, kann
der Probenrest zusammen mit der Trennblase mit hoher Fließgeschwindigkeit
durch die Leitung 127 und Durchflußzelle 130 entfernt werden,
um ein schnelles Ausspülen
zu erleichtern.
- (12) Die Probennadel 104 wird von der Einspritzröhrenleitung 126 getrennt
und in den kegelförmigen
Abschnitt 123 der Einspritzanordnung 120 angehoben.
- (13) Ein zusätzliches
Systemflüssigkeitsvolumen wird
durch die Spritzenpumpe 112 ausgestoßen, was den Probenrest aus
der Röhre 108 und
der Probennadel 104 sorgfältig ausspült und auch einen Außenabschnitt
der Probennadel 104 durch Spülen in den kegelförmigen Abschnitt 123 der Einspritzanordnung 120 reinigt.
- (14) Eine Systemflüssigkeitsüberlaufmenge
vom kegelförmigen
Abschnitt 123 der Einspritzanordnung 120 wird
in der Abfallrinne 124 der Einspritzanordnung 120 aufgenommen
und wird durch die Abfallröhre 128 zum
Abfall befördert.
- (15) Die Probennadel 104 wird vollständig angehoben,
um zur nächsten
Probenmulde 102 überzugehen,
und der Ablauf wird wiederholt.
-
Verdrängen der
Probe in das Analyseninstrument durch schnelles Vorschieben der
Primärspritzenpumpe 112,
um die Probe schnell durch die Einspritzröhrenleitung 126 und
die Leitung 127 zur Durchflußzelle 130 zu bewegen,
und anschließendes Verlangsamen
der Primärspritzenpumpe 112 auf eine
Datenerfassungsgeschwindigkeit, die dafür geeignet ist, Meßdaten von
der Probe mittels der Durchflußzelle 130 zu
sammeln, erhöht
den Gesamtdurchsatz des Flüssigkeitsbehandlungssystems
und Analy seninstruments, ohne die Genauigkeit des Analyseninstruments
zu beeinträchtigen.
Im Normaldurchsatzmodus können
exemplarische Prototyp-Vorrichtungen des Flüssigkeitsbehandlungssystems
Proben mit einer Geschwindigkeit von etwa 6,6 pro Minute vorbereiten
und analysieren. Eine weitere Optimierung des oben erläuterten
Vorgangs kann weitere Geschwindigkeitserhöhungen ergeben. Das mittels Durchflußzytometer
von Becton Dickinson, Modell FACSCan, geprüfte Verschleppungsverhalten
gemäß einer
exemplarischen Ausführungsform
der Erfindung ergab weniger als 0,05 % Verschleppung, wobei Nilrot-Kügelchen
mit einem Durchmesser von 2,49 μm
und ein angefärbtes,
in Lösung
befindliches menschliches Lymphozytpräparat als Probe verwendet wurden.
-
In
einer Variante dieses Verfahrens kann ein Hilfsreagens wie folgt
eingeführt
und mit der Probe gemischt werden:
- (1) Ein
Hilfsreagens wird aus dem Hilfsreagensvorratsbehälter 116 in die Spritzenpumpe 112 gezogen.
- (2) Die Spitze der Probennadel 104 wird über der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 positioniert,
und das Reagens wird durch das Pumpensystem bewegt.
- (3) Eine Hilfsreagensüberlaufmenge
aus dem kegelförmigen
Abschnitt 123 der Einspritzanordnung 120 wird
in die Abfallrinne 124 der Einspritzanordnung aufgenommen
und zum Abfall befördert.
- (4) Die Probennadel 104 pumpt dann nach Bedarf eine
vorbestimmte Reagensteilmenge in jede Mulde 102.
- (5) Mischen des Reagens mit der Probe in der Mulde 102 kann
mittels Turbulenzen, die von dem sich ausbreitenden Reagensstrahl
erzeugt werden, nichtinvasiv ausgeführt werden.
- (6) Als Alternative kann zusätzlich
zum Reagensdosiermischvorgang eine Trennblase in das röhrenförmige Teil 92 eingesaugt
werden, und die Probennadel 104 kann abgesenkt werden,
um eine Saug/Stoß-Mischung
auszuführen,
wie bereits beschrieben.
-
Zusätzlich kann
das Flüssigkeitsbehandlungssystem
wie folgt zur Pipettierung innerhalb der Platte verwendet werden:
- (1) Die Probennadel 104 wird zunächst mit
Systemflüssigkeit
gefüllt.
- (2) Als Wahlmöglichkeit
wird eine Trennblase in das röhrenförmige Teil 92 der
Nadel 104 eingesaugt.
- (3) Reagenzien, die sich in bestimmten Mulden 102 innerhalb
der Platte 100 befinden, können in die Spitze der Probennadel 104 eingesaugt
und in andere Mulden 102 übergeführt werden.
- (4) Die Probennadel 104 kann in der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 gereinigt
werden, wie oben erläutert.
- (5) Ein Reagens kann mit einer zwischengeschalteten Trennblase
angesaugt, abgegeben, mit der Probe gemischt und zur weiteren Analyse
in die Probennadel 104 eingesaugt werden.
- (6) Die Fähigkeit,
eine Probe kurz nach Hinzusetzen eines Reagens zu analysieren, erlaubt
die unmittelbare Durchführung
einer Analyse kurzlebiger Ereignisse, wie etwa bestimmte Arten kinetischer
Analysen.
-
Ein
durchsatzstarkes, automatisiertes Behandlungssystem zur Verwendung
mit einem Analyseninstrument zur Analyse von Proben weist eine Probenhaltestation
zum Halten einer Vielzahl von zu analysierenden Proben auf. Eine
Einspritzanordnung, die dafür
angepaßt
ist, betriebsfähig
mit dem Analyseninstrument gekoppelt zu werden, und durch die Probenmaterial
an das Instrument geliefert werden kann, ist ebenfalls vorhanden.
Eine gewählte Probe
kann in die Einspritzanordnung mit einer Probennadel übergeführt werden,
die zwischen jeder der gewählten
Proben in der Station und der Einspritzanordnung bewegt werden kann.
Eine erste Pumpe kann, wie oben beschrieben, mit der Probennadel verbunden
sein. Die erste Pumpe ist betriebsfähig, um die Überführung eines
gewählten
Probenvolumens in die Nadel auszuführen und um das Probenvolumen
durch die Einspritzanordnung mit einer ersten Fließgeschwindigkeit
auszustoßen.
Eine zweite Pumpe kann dafür
angepaßt
sein, betriebsfähig
zwischen der Einspritzanordnung und dem Instrument angeordnet zu
werden, und ist betriebsfähig,
die Bewegungsgeschwindigkeit des Probenvolumens durch das Analyseninstrument
mit einer zweiten Fließgeschwindigkeit
zu steuern.
-
2 und 3 sind
schematische Darstellungen eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das dafür
konfiguriert ist, Proben aus einer Mikrotiter-Muldenplatte 100 zu
behandeln. Das durchsatzstarke Flüssigkeitsbehandlungssystem
ist ähnlich
aufgebaut wie das Flüssigkeitsbehandlungssystem
aus 1, mit dem Zusatz einer elektronisch steuerbaren
Sekundärspritzenpumpe 164 mit
einem integrierten Pumpenmotor. Die Sekundärspritzenpumpe 164 ist
mit einer motorbetriebenen Spritze 163 konfiguriert, die
mit einem Vierwege-Umschaltventil 162 verbunden ist. Das
Vierwege-Umschaltventil 162 ist seinerseits mit der mittigen
Bohrung 122 der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120,
der Leitung 127, die zur Durchflußzelle 130 führt, und über Zweiwegeventil 166 mit
dem Systemflüssigkeitsreservoir 114 verbunden. 2 zeigt
das Flüssigkeitsbehandlungssystem
mit dem Vierwege-Umschaltventil 162 in Stellung A, wodurch
die mittige Bohrung 122 mit der Leitung 127, die
zur Durchflußzelle 130 führt, verbunden
wird, und die motorbetriebene Spritze 163 der Sekundärspritzenpumpe 164 durch
das Zweiwegeventil 166 mit dem Systemflüssigkeitsreservoir 114 verbunden
wird. 3 zeigt das Flüssigkeitsbehandlungssystem
mit dem Vierwege-Umschaltventil 162 in Stellung B, wodurch
die mittige Bohrung 122 durch das Zweiwegeventil 166 mit dem
Systemflüssigkeitsreservoir 114 verbunden
wird und die motorbetriebene Spritze 163 der Sekundärspritzenpumpe 164 mit
der Röhrenleitung 127,
die zur Durchflußzelle 130 führt, verbunden
wird. Vierwegeventile können
von einer Vielfalt handelsüblicher Quellen
bezogen werden, z. B. der Kloehn Company (Las Vegas, Nevada).
-
Im
Modus für
hohen Durchsatz kann das in 2 und 3 gezeigte
Flüssigkeitsbehandlungssystem
wie folgt betrieben werden:
- (1) Systemflüssigkeit
wird aus dem Systemflüssigkeitsreservoir 114 in
die Primärspritzenpumpe 112 gezogen.
- (2) Das Wegeventil 110 wird aktiviert, so daß die Primärspritzenpumpe 112 mit
der Probennadel 104 kommuniziert.
- (3) Üblicherweise
saugt die Primärspritzenpumpe 112 eine
geringe Luftmenge in die Spitze des röhrenförmigen Teils 92 der
Probennadel 104, um eine Trennblase zu bilden, wobei jedoch
die Erzeugung einer Trennblase für
einige Analysenvorgänge
möglicherweise
nicht erforderlich ist.
- (4) Mit der Probennadel 104 in der angehobenen Stellung
bewegt das Flüssigkeitsbehandlungssystem
die Muldenplatte 100 entlang der X- und Y-Achse, bis die
gewählte
Probenmulde 102 unter der Probennadel 104 positioniert
ist, dann wird der Nadelarm 106 abgesenkt, um die Probennadel 104 in
die Probennahmestellung (104) zu bewegen, wobei die Spitze
der Nadel in die Probe in der gewählten Probenmulde 102 eintaucht.
In alternativen Ausführungsformen
kann der Nadelarm 106 anstelle von oder zusätzlich zur
Bewegung der Muldenplatte 100 bewegt werden.
- (5) Als Wahlmöglichkeit
kann die Probe mittels der Nadel durch den folgenden Vorgang gemischt werden:
Die Primärspritzenpumpe 112 saugt
ein erstes Probenvolumen an, dann wird die Primärspritzenpumpe 112 hin-
und herbewegt, um wechselweise ein zweites geringfügig kleineres
Probenvolumen anzusaugen und auszustoßen. Der Grund für die Aufnahme
eines zweiten kleineren Probenvolumens während des Mischvorgangs ist, die
Trennblase zu schützen.
- (6) Eine Probenteilmenge wird in die Probennadel 104 eingesaugt
(die Blase trennt die Probe von der Systemflüssigkeit).
- (7) Der Nadelarm 106 wird angehoben, um die Probennadel 104 aus
der Probenmulde 102 herauszuheben, der Nadelarm 106 wird
horizontal bewegt, bis er sich über
der Einspritzanordnung 120 befindet, dann wird der Nadelarm 106 abgesenkt,
um die Probenna del 104 in die Probeneinspritzstellung zu
bewegen, wobei das röhrenförmige Teil 92 dichtend
mit der Röhrenleitung 126, die
mit der mittigen Bohrung 122 der Einspritzanordnung 120 verbunden
ist, in Eingriff tritt.
- (8) Als Wahlmöglichkeit
kann eine zusätzliche Luftblase
in die Spitze der Probennadel 104 eingesaugt werden, bevor
die Probennadel 104 in die Einspritzanordnung 120 abgesenkt
wird, um ein Einspülen
der Probe zu erleichtern.
- (9) Die Primärspritzenpumpe 112 verdrängt die Probe
vorzugsweise mit einer im Verhältnis
zur optimalen Analysenfließgeschwindigkeit
hohen Fließgeschwindigkeit,
um die durch das Analyseninstrument 130 führende Leitung 127 schnell zu
füllen.
- (10) Gleichzeitig wird mit einem oder mehreren obigen Schritten,
während
sich das Vierwege-Umschaltventil in Stellung A befindet, das Zweiwegeventil 166 geöffnet, und
die Sekundärspritzenpumpe 164 saugt
Systemflüssigkeit
in die motorbetriebene Spritze 163.
- (11) Nachdem die Probe durch die zur Durchflußzelle 130 führende Leitung 127 hindurch
verdrängt
worden ist, wird das Vierwege-Umschaltventil 162 in Stellung
B versetzt, und die motorbetriebene Spritze 163 der Sekundärspritzenpumpe 164 wird
vorgeschoben, um die Probe durch die Durchflußzelle 130 mit einer
bevorzugten Datenerfassungsgeschwindigkeit zu bewegen, deren bevorzugte
Geschwindigkeit unter bestimmten Umständen eine Geschwindigkeit von
0 aufweisen kann.
- (12) Während
sich das Vierwege-Umschaltventil 162 in Stellung B befindet,
wird die Nadel 104 in den kegelförmigen Abschnitt 123 der
Einspritzanordnung 120 angehoben, und die Primärspritzenpumpe 112 stößt ein Systemflüssigkeitsvolumen aus,
um einen Probenrest aus der Leitung 108 und der Nadel 104 wie
oben beschrieben zu entfernen. Gleichzeitig wird das Zweiwegeventil 166 geöffnet, um
Systemflüssigkeit
aus dem unter Druck gesetzten Trägerflüssigkeitsreservoir 114 durch
die Einspritzröhrenleitung 126 und
die mittige Bohrung 122 zurückzuspülen, um diese Komponenten der
Einspritzanordnung/Reinigungsstation zu reinigen. Die Systemflüssigkeit
spült auch den
kegelförmigen
Abschnitt 123 der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 aus
und strömt beim Überlaufen
in die ringförmige
Abfallrinne 124 und wird durch die Abflußröhre 132 und
durch die Kunststoffröhre 128 mittels
der Abfallentsorgungspumpe 218 herausgezogen.
- (13) Während
die Sekundärpumpe 164 die
Probe zur Analyse durch das Analyseninstrument 130 strömen läßt, bewegt
der Nadelarm 106 die Probennadel 104 in die angehobene
Stellung, und Schritte 1 bis 9 werden mit einer Probe aus einer anderen
Probenmulde 102 in der Muldenplatte 100 wiederholt.
- (14) Nachdem eine geeignete Probenmenge analysiert worden ist,
kann der Probenrest mittels Pumpe 164 mit hoher Fließgeschwindigkeit
durch die Leitung 127 und das Analyseninstrument 130 entfernt
werden, um ein schnelles Ausspülen
zu erleichtern.
-
In
alternativen Varianten des oben beschriebenen durchsatzstarken Modus
oder Verfahrens, kann das Flüssigkeitsbehandlungssystem
auch ein Hilfsreagens einführen,
wie bereits unter dem Normaldurchsatz-Verfahren beschrieben, und/oder
zur Pipettierung innerhalb der Platte verwendet werden, wie ebenfalls
bereits beschrieben.
-
Das
oben beschriebene durchsatzstarke Verfahren erhöht den Gesamtdurchsatz des
Flüssigkeitsbehandlungssystems
und des Analyseninstruments, da die Probennadel 104 und
die Primärspritzenpumpe 112 verwendet
werden können,
um eine andere Probe aus der Muldenplatte 100 vorzubereiten,
während
die Sekundärspritzenpumpe 164 die Proben
durch die Durchflußzelle 130 bewegt.
Im durchsatzstarken Modus haben Prototypen von Flüssigkeitsbehandlungssystemen
Proben mit einer Geschwindigkeit von etwa 12 Mulden pro Minute behandelt,
einschließlich
3,8 Sekunden Datenerfassungszeit und einschließlich zwei Saug-/Stoßmischzyklen pro
Mulde. Weitere Optimierung des oben beschriebenen durchsatzstarken
Verfahrens kann weitere Geschwindigkeitserhöhungen ergeben.
-
Als
Alternative kann das durchsatzstarke Flüssigkeitsbehandlungssystem
aus 2 und 3 im Standardbetriebsmodus betrieben
werden, indem das Vierwege-Umschaltventil 162 in Stellung A
belassen wird und die Schritte 1 bis 14 wie oben in Verbindung mit 1 beschrieben
durchgeführt
werden. Im Standardbetriebsmodus kann das Flüssigkeitsbehandlungssystem
größere Probenvolumen analysieren,
lediglich begrenzt durch das Volumen der Röhre 108, die die Probennadel 104 mit
der Primärspritzenpumpe 112 verbindet,
während
im durchsatzstarken Betriebsmodus die Größe der zu analysierenden Proben
durch das Volumen der Leitung 127, die zum Analyseninstrument 130 führt, beschränkt ist.
-
4A und 4B zeigen
ein ausführliches bevorzugtes
Zeitdiagramm sowohl für
das Normaldurchsatz-Verfahren als auch die oben beschriebenen durchsatzstarken
Verfahren, die mit einem Flüssigkeitsbehandlungssystem,
das wie in 1, 2 und 3 gezeigt
konfiguriert ist, durchgeführt
werden. 4A offenbart einen Zeitablauf
für ein
Normaldurchsatz-Verfahren. Die linke Spalte in 4A führt aktive
Elemente auf. Die nächste
Spalte rechts führt
die Funktionen auf, die von jedem aktiven Element durchzuführen sind.
Die nach rechts hin aufsteigenden Zahlen stellen eine Zeitlinie
dar, wobei die Zahlen jeweils einer Zeiteinheit entsprechen, wobei die
Zeiteinheit vorzugsweise etwa eine Sekunde ist. Die Linien zeigen
an, welche Aktivität
von welchem Element und für
wie lange durchgeführt
wird. Pfeile, die zwischen Ereignissen auf einer Linie und Ereignissen
auf einer anderen Linie verlaufen, sollen die Identifikation von
Zeiten unterstützen,
bei denen das Ende eines Ereignisses den Beginn eines anderen signalisiert.
Bezogen auf die Nadel 104 in der linken Spalte, beginnt
zum Beispiel die Nadel zunächst
bei Zeitpunkt 0 in der Einspritzstellung. Die Steigung bis zur Spülstellung
zeigt an, daß die
Stellungsänderung von
der Einspritzstellung zur Spülstellung über eine diskrete
Zeitdauer stattfindet. Die horizontale Linie am oberen Ende der
Steigung zeigt an, daß die
Nadel 104 für
diese Zeitdauer in der Spülstellung
bleibt. Die Nadel 104 geht dann mit der Zeit (angezeigt durch
die ansteigende Linie) in eine angehobene oder Überführungsstellung über. Was
nunmehr das Element Pumpe 111 in der linken Spalte betrifft,
so beginnt die Pumpe zunächst
in einem Aus-Zustand. Die Pumpe wechselt dann zu einem Spülzustand,
in dem die Pumpe Systemflüssigkeit
pumpt. Der Zustandswechsel erfolgt relativ plötzlich, wie durch die vertikale
Linie zwischen dem Aus-Zustand und dem Spülzustand angezeigt. Der erste
Pfeil, der sich von der Nadellinie, wo die Nadellinie die Spülstellung
erreicht hat, bis zur Pumpe, wo die Pumpenlinie den Spülzustand
erreicht hat, erstreckt, zeigt an, daß das Auftreten des ersten
Ereignisses den Beginn des zweiten signalisiert.
-
Der
Probengewinnungsvorgang, der annähernd
den Verfahrensschritten 1 bis 8 des zuvor erläuterten Normaldurchsatz-Verfahrens entspricht, beginnt
bei 0 und läuft
bis annähernd
4,5 ab. Die Analysenschritte, die annähernd den Schritten 9 bis 15
entsprechen, beginnen ungefähr
bei Zeitpunkt 4,5 und erstrecken sich bis zum Zeitpunkt 9, wie in
dem Diagramm im oberen Teil der Figur dargestellt, wobei die Ereignisgeschwindigkeit
in bezug auf den Zeitablauf der oben beschriebenen Verfahrensschritte
gezeigt wird. Wie in der Figur gezeigt, erhöht sich die Ereignisgeschwindigkeit
nach dem Verdrängungsschritt
bei ungefähr
4,5 schnell, fällt
und bleibt bis ungefähr
8,5 stabil und steigt und fällt
schnell während des
Entleerungsschritts. Der Zyklus könnte dann so oft wie erforderlich
wiederholt werden. Die Punkt-Linien von Zeitpunkt 9 bis Zeitpunkt
11,5 zeigen einen abschließenden
Reinigungszyklus, der durch die Flüssigkeitssteuervorrichtung
durchgeführt
werden kann, nachdem die letzte Probe verarbeitet worden ist.
-
4B offenbart
einen bevorzugten Zeitablauf für
ein durchsatzstarkes Verfahren. Das in dieser Figur gezeigte Diagramm
wird durch Bezugnahme auf die obige, für 4A gegebene
Erklärung
verständlich,
jedoch sind die Verfahrensschritte etwas anders. Insbesondere der
Probengewinnungsvorgang, der annähernd
den Verfahrensschritten 1 bis 9 des zuvor erläuterten durchsatzstarken Verfahrens entspricht,
beginnt bei Zeit- Punkt
0 und läuft
ungefähr
bis Zeitpunkt 5 ab. Der Vorgang der Probengewinnung wird dann wiederholt,
während
gleichzeitig der Vorgang der Probenanalyse, der annähernd den Schritten
10 bis 14 des oben erläuterten
durchsatzstarken Verfahrens entspricht, ungefähr bei Zeitpunkt 5 beginnt
und bis Zeitpunkt 10 abläuft.
Die Analyse kann durch Bezugnahme auf den oberen Teil des Diagramms
verstanden werden, das die Ereignisgeschwindigkeit in bezug auf
den Zeitablauf der oben beschriebenen Verfahrensschritte zeigt.
Die gleichzeitigen Verfahrensschritte, die zwischen Zeitpunkt 5 und
Zeitpunkt 10 zu sehen sind, können
bei Bedarf wiederholt werden. Die Verfahrensschritte, die nach Zeitpunkt
10 dargestellt sind, offenbaren einen abschließenden Reinigungszyklus, der
durch die Flüssigkeitssteuervorrichtung
durchgeführt
werden kann, nachdem die letzte Probe behandelt worden ist.
-
5 ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das dafür
konfiguriert ist, wechselweise Proben aus einer Mikrotiter-Muldenplatte 100,
einem Reagenzglaskarussell oder einer Reagenzglasanordnung 170 und/oder
einer Hilfsreagensquelle 172 zu behandeln. Das Flüssigkeitsbehandlungssystem
entspricht dem durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystem
in 2 und 3, außer daß der Nadelarm 106 und
die Probennadel 104 mit zusätzlichen Stellungen zum programmierbaren
Einsammeln von Proben und/oder Reagenzien und Verdünnungsmitteln
aus einem oder mehreren von folgendem konfiguriert sind, nämlich aus
der Mikrotiter-Muldenplatte 100, dem Reagenzglaskarussell
oder der Reagenzglasanordnung 170 und/oder einer Hilfsreagensquelle 172.
In dieser Ausführungsform
sollte die für
das röhrenförmige Teil 92 gewählte Länge ausreichen,
um Proben aus dem Reagenzglaskarussell oder der Reagenzglasanordnung 170 und
der Hilfsreagensquelle 172 zu entnehmen, was üblicherweise einen
längeren
Zugriff erfordert, als es bei den Mulden 102 der Platte 100 erforderlich
ist. Der mittige kegelförmige
Abschnitt 123 hat verlängerte
vertikale Wände,
um ein Reinigen einer größeren Eintauchstrecke
des röhrenförmigen Teils 92 zu
erlauben.
-
6 ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das dafür
konfiguriert ist, wechselweise Proben aus einer Mikrotiter-Muldenplatte, einem
einzelnen Reagenzglas oder einem Reagenzglaskarussell oder einer
Reagenzglasanordnung 170 zu behandeln. Das Flüssigkeitsbehandlungssystem
entspricht dem durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystem
in 2 und 3 mit dem Zusatz eines Dreiwege-Schaltventils 180,
das schnelle Umschaltung zur wechselweisen Behandlung von Proben
aus der Mikrotiter-Muldenplatte 100 und dem Reagenzglas 160 oder
einem Reagenzglaskarussell oder einer Reagenzglasanordnung erlaubt.
Die Probe aus dem Reagenzglas 160 kann mittels Druckluft,
die dem Raum über
der Probe zugeführt
wird, durch die Analysenvorrichtung 130 gedrückt werden.
Als Alternative kann die Probe durch die Analysenvorrichtung 130 hindurch
angesaugt werden, indem ein Vakuum in Strömungsrichtung hinter der Analysenvorrichtung 130 angelegt
wird. Alternativ ist es auch möglich,
das Ventil 180 so umzuschalten, daß die Spritzenpumpe 164 die
Probe durch die Analysenvorrichtung 130 pumpen kann.
-
7 ist
eine schematische Darstellung eines Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das dem in 2 und 3 gezeigten
entspricht, das aber mit einer Tröpfcheneinschlußnadel 142 und
einem Probenspeicher-Kreislauf 140 zur Behandlung von Flüssigkeitsproben
aus einem Reagenzglas 143 konfiguriert ist. Ein Sechswege-Schaltventil 148 ist
so konfiguriert, daß eine
Probe aus einem Reagenzglas 143 durch das Analyseninstrument 130 zur
Analyse gepumpt werden kann. Ein Zweiwegeventil 146 verbindet
das Systemflüssigkeitsreservoir 114 selektiv
mit dem Schaltventil 148 zum Rückspülen des Probenstromungswegs
bis zur Einspritzanordnung 120. Ein weiteres Zweiwegeventil 144 verbindet
die Tröpfcheneinschlußnadel 142 selektiv
mit einer Abfallentsorgungspumpe oder einem Abfallreservoir 218.
Ein zweites Ende des Probenspeicher-Kreislaufs 140 ist selektiv
mit einer Sekundärspritzenpumpe 150 mit
integriertem Dreiwegeventil 152 verbunden. Ventil 152 verbindet
die Sekundärspritzenpumpe 150 selektiv mit
dem Probenspeicher-Kreislauf 140 oder dem Trägerflüssigkeitsvorrat 114.
Diese Konfiguration erlaubt es, Proben, die sich nicht in einer
Muldenplatte befinden, in das Flüssigkeitsbehandlungssystem
durch die separate Nadel 142 einzuführen. Die Probe wird aus dem
Reagenzglas 143 über
die Tröpfcheneinschlußnadel 142 in
den Probenspeicher-Kreislauf 140 mittels der Sekundärspritzenpumpe 150 angesaugt.
Das Schaltventil 148 wird dann umgeschaltet, so daß die Probe
mit Systemflüssigkeit
von der Sekundärspritzenpumpe 150 durch
das Analyseninstrument 130 gepumpt wird. Der Probenspeicher-Kreislauf 140 und
die Tröpfcheneinschlußnadel 142 können nach
der Analyse gereinigt werden, indem Trägerlösung durch die Nadel 142 zurückgeleitet
wird, wenn das Schaltventil 142 in die in 7 gezeigte Stellung
zurückgeschaltet
wird. Der Rückfluß wird durch
Ansaugen zum Abfall befördert,
und zwar durch den ringförmigen
Raum in der Tröpfcheneinschlußnadel 142 und
durch das Zweiwegeventil 142 zum Abfall 218.
-
Als
Alternative kann zur Arbeit mit einer Mikrotiter-Muldenplatte 100 das Flüssigkeitsbehandlungssystem
aus 7 im Standardbetriebsmodus oder im durchsatzstarken
Modus betrieben werden, wie oben in Verbindung mit 1 bis 4 beschrieben.
-
7A ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das wie in 7 konfiguriert ist, aber ferner eine
zusätzliche
Flüssigkeitsleitung
aufweist, die vom Ventil 146A gesteuert wird und durch
Ventil 148 verbunden werden kann, um die Probenröhre 142 rückzuspülen.
-
8 ist
eine schematische Darstellung eines durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das mit einem Sechswege-Zweistellungsventil konfiguriert ist, das
in Stellung A gezeigt ist. 9 ist eine
schematische Darstellung des durchsatzstarken Flüssigkeitsbehandlungssystems
aus 8, das in Stellung B gezeigt ist. Diese Ausführungsform
des Flüssigkeitsbehandlungssystems
arbeitet ähnlich
wie die in 2 und 3 beschriebene
Ausführungsform.
Mit dem Sechswege-Zweistellungsventil 165 in Stellung
A verdrängt
die Primärspritzenpumpe 112 die
Probe mit einer hohen Fließgeschwindigkeit
in die Durchflußzelle 130.
Dann wird das Sechswege-Zweistellungsventil 165 in
Stellung B umgeschaltet und die Sekundärspritzenpumpe 164 befördert die
Probe zur Datenerfassung mit einer geringeren Fließgeschwindigkeit
durch das Analyseninstrument. Dadurch werden die Probennadel 104 und
die Primärspritzenpumpe 112 frei,
um den Zyklus des Reinigens und Gewinnens einer weiteren Probe zu
wiederholen, während
die erste Probe analysiert wird. Ein exemplarisches Sechswegeventil
ist das Sechswegeventil von Valco Instruments Co., Inc. (Houston, Texas),
Modellbezeichnung C2 oder C22, mit einem mikroelektronischen Zweipunktregler.
-
10 und 11 veranschaulichen
eine Probennadel 104 und eine Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 zur
Verwendung mit dem erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehandlungssystem. 10 ist
ein Querschnitt, der die Probennadel 104 zeigt, wie sie über der
Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 des Flüssigkeitsbehandlungssystems
in der Spül-
oder Durchspülstellung
positioniert ist. 11 ist ein Querschnitt, der
die Probennadel 104 in der Einspritzstellung zeigt, wobei
die Probennadel 104 dichtend mit der Einspritzröhrenleitung 126,
die mit der mittigen Bohrung 122 der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 verbunden
ist, in Eingriff ist. Üblicherweise
besteht das röhrenförmige Teil 92 aus
Injektionsröhrenmaterial
aus nichtrostendem Stahl 316 mit einem stumpfen Ende. In
einer bevorzugten Ausführungsform
hat das röhrenförmige Teil 92 einen
Außendurchmesser
von ungefähr
0,028 Zoll. Die Länge
des röhrenförmigen Teils 92 sollte ausreichen,
um den Boden der Probenmulden 102 in der Muldenplatte 100 oder,
als Alternative, der Reagensgläser
oder anderer Behälter,
die verwendet werden können,
zu erreichen.
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Bezugnehmend
auf 10 hat die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 einen
mittigen kegelförmigen
Abschnitt 123, der mit einer mittigen Bohrung 122 verbunden
und von einer ringförmigen Abfallrinne 124 umgeben
ist. In dieser bevorzugten Ausführungsform
ist die mittige Bohrung über
eine Einspritzröhre 126 mit
einer Kunststoffröhre
oder -leitung mit kleinem Durchmesser 127 verbunden, die
zu einem Analyseninstrument, das als Analyseninstrument 130 bezeichnet
ist, oder zum Ventil einer Sekundärpumpe 164 in durchsatzstarken
Ausführungsformen
führt.
Die Einspritzröhre 126 ist
vorzugsweise eine TEFLON-(Polytetrafluorethylen-) oder Polyolefinröhre mit einem
Innendurchmesser von ungefähr 0,025
Zoll, um einen Preßsitz
und eine Dichtung mit der Probennadel 104 herzustellen,
wenn sie in der Einspritzstellung ist, wie in 9 gezeigt.
Die Einspritzröhre 126 ist
vorzugsweise mit der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 und
der Kunststoffröhre 127 durch
ein Paar Rohrverschraubungselemente 184 und 186 zusammengefügt, um ein
schnelles Auswechseln der Einspritzröhre 126 zu erlauben. Die
Kunststoffröhre
mit kleinem Durchmesser 127, die zum Analyseninstrument 130 führt, ist
vorzugsweise eine TEFLON-(Polytetrafluorethylen-) oder Polyolefinröhre mit
einem Innendurchmesser von ungefähr
0,010 Zoll.
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Die
ringförmige
Abfallrinne 124 ist mit einer Abflußröhre 132 verbunden,
die aus nichtrostendem Stahl bestehen kann und die ihrerseits über eine Kunststoffröhre mit
kleinem Durchmesser 128 mit einer Abfallentsorgungspumpe
und/oder einem Abfallreservoir 218 verbunden ist. Die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 kann
mechanisch bearbeitet oder aus Kunststoff, wie etwa Acryl oder Polycarbonat,
spritzgegossen sein, jedoch können
auch andere Materialen verwendbar sein. Die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 ist
in einer bevorzugten Ausführungsform
von oben gesehen rund, was die mechanische Bearbeitung des Teils
und/oder des Formwerkzeugs vereinfacht. Jedoch können auch andere Formen verwendet
werden. Die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 hat
einen vorspringenden Rand 188, in den sechs kleine Magnete 190 eingebettet
sind. Die Magnete 190 ermöglichen eine einfache Befestigung
und genaue Positionierung der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 mit
dem Einspritzanordnungshalter 200 des in 14 gezeigten
Flüssigkeitsbehandlungssystems,
das sechs entsprechende Magnete 202 mit entgegengesetzter
Polarität
hat. In alternativen Ausführungsformen
kann eine andere Anzahl oder Konfiguration der Magnete 190, 202 verwendet
werden. Um die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 vom
Einspritzanordnungshalter 200 zu entfernen, wird die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 leicht
gedreht, um die Magnete 190 und 202 voneinander
zu trennen, dann kann die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 einfach
vom Einspritzanordnungshalter 200 abgehoben werden. Ein
exemplarischer Magnet zur erfindungsgemäßen Verwendung ist ein 1/16
Zoll dicker Neodym-Eisen-Bor-Magnet mit einem Durchmesser von 3/16
Zoll.
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12 ist
ein Querschnitt einer weiteren Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120.
Ein röhrenförmiges Teil 92 mit
einem Außendurchmesser
von ungefähr
0,028 Zoll wird in die mittige Bohrung 122 und die zum
Analyseninstrument 130 führende Kunststoffröhre 126 eingefügt. Die
Kunststoffröhre 126 weist
einen anfänglichen
Innendurchmesser von ungefähr
0,025 Zoll auf, um das röhrenförmige Teil 92 aufzunehmen,
der sich dann auf einen kleineren Durchmesser von ungefähr 0,010
Zoll verringert. Die Einspritzröhre 126 ist
vorzugsweise mit der Einspritzanordnung/Reinigungsstation mittels
einer Rohrverschraubung 184 verbunden, um ein schnelles
Auswechseln der Einspritzröhre 126 zu
erlauben. Es gibt vorzugsweise sechs Magnete 190, die in
den vorspringenden Rand 188 der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 eingebettet
sind, und sechs entsprechende Magnete 202 mit entgegengesetzter
Polarität
im Einspritzanordnungshalter 200, wie in 14 gezeigt.
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13 ist
ein Querschnitt einer weiteren Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120.
Die Einspritzanordnung 194 und die Reinigungsstation 196 sind
getrennt geformte oder mechanisch bearbeitete Bauteile, die dann
zusammengefügt
werden. Vorzugsweise ist mindestens die Einspritzanordnung 194 als
kostengünstiges
Einweg-Spritzgußteil
ausgeführt.
Es gibt mindestens sechs Magnete 190, die in dem vorspringenden
Rand 188 der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 eingebettet
sind, und sechs entsprechende Magnete 202 mit entgegengesetzter
Polarität
im Einspritzanordnungshalter 200.
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14 ist
eine Draufsicht eines Einspritzanordnungshalters 200 für das Flüssigkeitsbehandlungssystem. 15 ist
eine Seitenansicht des Einspritzanordnungshalters 200. 16 ist
ein Querschnitt des Einspritzanordnungshalters 200, bezogen auf
Linie A-A in 12. Der Einspritzanordnungshalter 200 ist
im allgemeinen rechteckig mit einer erhöhten, um den Umfang verlaufenden
Wand 208, um jeglichen ungewollten Füllverlust von Probenflüssigkeit, Systemflüssigkeit
oder anderen Reagenzien aufzufangen. Ein rundes Durchgangsloch 204 ist
dafür bemessen,
die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 aufzunehmen.
In einer Ausführungsform
ist das runde Durchgangsloch 204 etwas größer als
der Abschnitt der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120,
der innerhalb des Durchgangslochs 204 aufgenommen wird.
Dadurch kann die Einspritzanordnung verschoben werden, wenn sie
außermittig
vom röhrenförmigen Teil 92 berührt wird,
wodurch eine Selbstzentrierung der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 ermöglicht wird.
Als Wahlmöglichkeit
erstreckt sich ein Schlitz 206 zur zusätzlichen Entleerung vom runden
Durchgangsloch 204 aus in Querrichtung. Sechs Magnete 202 (fünf Magnete 202,
wenn der wahlfreie Schlitz 206 vorhanden ist) mit zu den
Magneten 190 in der Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 entgegengesetzter
Polarität,
wie in 10 und 12 gezeigt,
sind um den Umfang des Einspritzanordnungshalters 200 angeordnet.
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17 bis 20 zeigen
die physische Gestaltung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flüssigkeitsbehandlungssystems.
Viele weitere Anordnungen des Flüssigkeitsbehandlungssystems
sind ebenfalls möglich,
und die Ausführungsformen,
die in 17 bis 20 zu
sehen sind, stellen lediglich Beispiele aktueller Ausführungsformen
dar. 17 ist eine Draufsicht des Flüssigkeitsbehandlungssystems
und 18 ist eine Endansicht des unteren Abschnitts
des Flüssigkeitsbehandlungssystems.
Die meisten der mechanischen und elektrischen Hauptkomponenten des
Flüssigkeitsbehandlungssystems
sind in ein Gehäuse 210 eingeschlossen,
einschließlich
einer Stromversorgung, einer programmierbaren elektronischen Bewegungssteuereinrichtung 214 und
anderen mechanischen und elektromechanischen Komponenten. Diese
Anordnung ermöglicht
ein sehr kompaktes Flüssigkeitsbehandlungssystem
mit geringem Platzbedarf von nur 9 × 12 Zoll in der gezeigten
Ausführungsform.
Die Abfallentsorgungspumpe kann zum Beispiel eine Pumpe von KNF
Neuberger, Modell NF30, mit integriertem Motor sein. Die programmierbare elektronische
Bewegungssteuereinrichtung 214 kann eine 4-Achsen-Gleichstrom-Motortreiber/Steuerungsplatine
von Logosol mit integrierten Verstärkern sein, mit einer Leistungsaufnahme
von 24 Volt Gleichspannung und einer RS-232-Kommunikationsschnittstelle zur
Verbindung mit einem Hauptrechner. Komponenten, die anstelle der
aufgeführten
verwendbar sind, sind im Handel erhältlich und leicht zu finden.
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Das
Dreiwegeventil 110 und die Primärspritzenpumpe 112 (und
auch das zweite Ventil 162 und die Pumpe 164 (2 oder 3),
falls verwendet), die eine Spritzenpumpe Cavro XP3000 mit 24 000 Mikroschritten
pro Vollhub sein kann, mit einer Leistungsaufnahme von 24 Volt Gleichspannung
und einer RS-232-Kommunikationsschnittstelle
zur Verbindung mit einem Hauptrechner, ist in das Innere des Gehäuses 210 eingebaut,
jedoch mit sichtbaren Abschnitten, um eine optische Bestätigung des
Betriebs des Flüssigkeitsbehandlungssystems
zu liefern und um einen Spritzen- und Ventilaustausch zu vereinfachen.
Andere Arten und Ausführungen
von Pumpen und Ventilen können
verwendbar sein.
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19 ist
eine Seitenansicht des oberen Abschnitts des Flüssigkeitsbehandlungssystems,
und 20 ist eine Endansicht des oberen Abschnitts des
Flüssigkeitsbehandlungssystems.
Der Einspritzanordnungshalter 200 (17), in
den die Einspritzanordnung/Reinigungsstation 120 eingefügt ist,
ist direkt auf der Grundplatte 220 des Gehäuses 210 (18)
angebracht. Über
die Grundplatte 220 des Gehäuses 210 hinaus erstrecken
sich ein X-Tisch 222, an dem die Muldenplatte 100 entfernbar
angebracht ist, und der Nadelarm 106 und die Probennadel 104.
Der X-Tisch 222 ist mittels eines ersten Linearlagers 224,
das entlang der Y-Achse ausgerichtet ist, bis zu einem Y-Tisch 226 gleitfähig angebracht. Der
Y-Tisch 226 ist seinerseits mittels eines zweiten Linearlagers 228,
das entlang der X-Achse ausgerichtet ist, bis zur Grundplatte 220 des
Gehäuses 210 gleitfähig angebracht.
Ein erstes Linearstellglied 230, das in dieser bevorzugten
Ausführungsform
ein erstes Zahnstangengetriebe 232 aufweist, das durch
einen ersten Getriebemotor 234 angetrieben wird, ermöglicht die
Bewegung des X-Tisches 222 in bezug auf den Y-Tisch 226 entlang
der Y-Achse. Ein
zweites Linearstellglied 240, das in dieser bevorzugten
Ausführungsform
ein zweites Zahnstangengetriebe 242 aufweist, das durch
einen zweiten Getriebemotor 244 angetrieben wird, ermöglicht die
Bewegung des Y-Tisches 226 und folglich des X-Tisches in
bezug auf die Grundplatte 220 des Gehäu ses 210 entlang der X-Achse.
Die Getriebemotoren 234 und 244 erstrecken sich
unterhalb der Grundplatte 220 in das Gehäuse 210,
um die Konfiguration kompakt zu halten. Das erste Linearstellglied 230 und
das zweite Linearstellglied 240 erlauben dem Flüssigkeitsbehandlungssystem,
jede beliebige Probenmulde 102 in der Muldenplatte 100 selektiv
anzusteuern, indem der X-Tisch 222 und
der Y-Tisch 226 bewegt werden, um die gewählte Probenmulde 102 mit
der Probennahmestellung der Probennadel 104 auszurichten.
In alternativen Ausführungsformen
können
andere Bautypen von Linearstellgliedern anstelle dieser Zahnstangengetriebe/Getriebemotor-Anordnung
verwendet werden.
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Der
Nadelarm 106 und die Probennadel 104 sind an einer
vertikalen Schiene 246 angeordnet, die mittels eines vertikal
ausgerichteten dritten Linearlagers 256n einem Wagen 258 gleitfähig angeordnet ist.
Der Wagen 258 ist seinerseits mittels eines horizontal
ausgerichteten vierten Linearlagers 266 an der Grundplatte 220 des
Gehäuses 210 (18)
gleitfähig
angeordnet. Vertikale Bewegung der Schiene 246 und folglich
des Nadelarms 106 und der Probennadel 104 in bezug
auf den Wagen 258 erfolgt mittels eines dritten Linearstellglieds 250,
das in dieser bevorzugten Ausführungsform
ein drittes Zahnstangengetriebe 252 aufweist, das durch
einen dritten Getriebemotor 254 angetrieben wird. Horizontale
Bewegung des Wagens 258 und folglich des Nadelarms 106 und
der Probennadel 104 in bezug auf die Grundplatte 220 des
Gehäuses 210 erfolgt
mittels eines vierten Linearstellglieds 260, das in dieser
bevorzugten Ausführungsform
ein viertes Zahnstangengetriebe 262 aufweist, das durch
einen vierten Getriebemotor 264 angetrieben wird. Die dritte
Linearstellglied 250 und das vierte Linearstellglied 260 erlauben
dem Flüssigkeitsbehandlungssystem
die Probennadel 104, sich selektiv zur Probennahmestellung,
angehobenen Stellung, Durchspülstellung,
Mischstellung und zur Einspritzstellung zu entsprechenden Zeiten
während des
Misch-/Probennahme-/Einspritz-/Reinigungsablaufs
des oben beschriebenen Verfahrens zu bewegen. In alternativen Ausführungsformen
können
anstelle dieser Zahnstangengetriebe/Getriebemotor-Anordnungen andere
Typen von Linearstellgliedern verwendet werden.
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Vorzugsweise
sind die elektrischen und mechanischen Komponenten des Flüssigkeitsbehandlungssystems
standardisiert, um Kostenersparnisse durch Großeinkauf von Komponenten zu
ermöglichen
und Montage und Reparatur des Systems zu vereinfachen. Jedes der
Linearlager 224, 228, 256 und 266 kann
zum Beispiel ein Linearlager mit Kugelumlauf von THK, Modell RSR9ZMUUC1,
sein. Jeder der Getriebemotoren 234, 244, 254 und 264 kann ein
A-max-Gleichstrommotor von Maxon mit einem eisenlosen 2-Watt-Kern
von 16 mm, Edelmetallbürsten,
einem 19:1-Planetengetriebekopf und einem integrierten Drehgeber
mit 64 Schritten pro Umdrehung sein. Jedes der Zahnstangengetriebe 232, 242, 252 und 262 kann
ein 0,4-Stahlzahnstangenmodul von 5 mm Zahnbreite und einem Stahlritzel
mit 12 Zähnen
von 5 mm Zahnbreite und einer 3-mm-Bohrung sein.
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Wie
aus den Figuren und der vorherigen Beschreibung ersichtlich, können die
Vorteile der beschriebenen Ausführungsformen
des Flüssigkeitsbehandlungssystems
folgendes umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein: die Fähigkeit,
Proben für
chemische und/oder biologische Analysen vorzubereiten und die Proben
in ein Analyseninstrument einzuführen,
Konfigurierbarkeit, um Proben und Reagenzien aus Mikrotiter-Muldenplatten-,
Reagenzglas- oder Reagensflaschen- und/oder Reagenzglaskarussellformaten
zu behandeln, schneller Wechsel zwischen verschiedenen Proben- und
Reagensformaten, die Fähigkeit,
Proben nach einem automatisierten Programm schnell und effizient
zu behandeln, einfache Konfigurierbarkeit, um einen Normaldurchsatzmodus und
einen durchsatzstarken Modus bereitzustellen, genaue Reagenspipettierung
innerhalb der Platte und Massenreagenszugabe, die flexible, automatisierte
integrierte Probenvorbereitung erlaubt, geringe Verschleppung zwischen
Proben, um Probenverunreinigungen zu vermeiden, Präzision und
Genauigkeit, die in einigen Ausführungsformen
durch spritzenpumpengesteuerte Zuführung von Reagenzien und Proben
erzielt wird, gute Probenkonservierung und -verwertung (weniger
als 10 μm
Probentotvolumen pro Mulde), anpaßbar zum Koppeln mit einer
automatischen Schalenbeschickungsvorrichtung, konfigurierbar mit
einem Strichcodeleser zur Identifizierung und Positionierung von
Muldenplatten, und eine kompakte Größe. Vom Anwender wähl bare Parameter
sind u.a.: Normalmodus und Modus für hohen Durchsatz, Saug-/Stoßmischen
mit wählbarer
Geschwindigkeit, wählbarem
Erfassungsvolumen, wählbarer
Anzahl der Ereignisse und Anzahl der Mischzyklen, wählbares
Erfassungsvolumen, wählbares
Hinzusetzen von Hilfsreagenzien, wählbare Probenfließgeschwindigkeiten
und die Fähigkeit,
viele Arten von Platten- und
Muldenformaten anzusteuern.