DE69636571T2

DE69636571T2 - Testkarte für Analysen

Info

Publication number: DE69636571T2
Application number: DE69636571T
Authority: DE
Inventors: Raymond E. Granite City O'Bear; Garry R. Hazelwood Tegeler; Bruno Colin; John Florissant Staples
Original assignee: Biomerieux Vitek Inc
Current assignee: Biomerieux Inc
Priority date: 1995-05-31
Filing date: 1996-05-15
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2016-05-16
Also published as: ES2273342T3; EP1696238A3; DE69638156D1; US6045758A; AU695716B2; IL118275A0; CA2176672C; US5932177A; EP0745856B1; US5609828A; DE69636571D1; KR0171258B1; US5843380A; CA2176672A1; EP0745856A2; JPH09119928A; ES2340790T3; US5951952A; EP1696238B1; AU5459196A

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Probenkarte; genauer gesagt betrifft sie eine verbesserte Probenkarte zum Analysieren biologischer und anderer Proben.
Biokarten werden benutzt, um Blutproben oder andere biologische Proben in einem spektroskopischen oder einem anderen Leseautomaten zu analysieren. Solche Automaten nehmen eine kleine Biokarte von der ungefähren Größe einer Spielkarte entgegen, in welcher vor der Injektion von Patientenproben biologische Reagenzien, Nährstoffe oder andere Materialien deponiert und versiegelt werden.
In einer Reihe kleiner Kuhlen enthält die Biokarte die Reagenzien und nimmt die Patientenproben auf, wobei die Kuhlen in der Karte in Zeilen und Spalten ausgebildet und, typischerweise mit Band auf beiden Seiten, versiegelt werden. Das Patientenprobenmaterial wird durch in der Karte ausgebildete, feine hydraulische Kanäle in die Biokarten eingefüllt. Die Mikroorganismen in den Proben können dann wachsen gelassen oder Reaktionen ablaufen gelassen werden, und zwar im Allgemeinen über einen Zeitraum von bis zu einigen Stunden, der allerdings mit der Art der analysierten Bakterien oder der anderen analysierten Substanzen sowie mit der benutzten Probe variiert.
Nach der Inkubation werden die in den Kuhlen enthaltenen Proben vor einer Laserquelle, einer Fluoreszenzlichtquelle oder einer anderen Beleuchtungsquelle platziert. Der Inhalt der Probe in einer gegebenen Kuhle lässt sich dann gemäß den Ablesungen der Spektrums-, Intensitäts- oder anderen Kennlinien der transmittierten oder reflektierten Strahlung ableiten, da die Kulturen unterschiedlicher Bakterien oder anderer Agenzien charakteristische Signaturen in Bezug auf die Trübung, Dichte, Nebenprodukte, Färbung, Fluoreszenz und so weiter zurücklassen. Biokarten und Automaten für deren Auslesen von einem solchen allgemeinen Typ zur Verwendung in diesen biochemischen Anwendungen lassen sich zum Beispiel in den US-Patenten Nr. 4,318,994; 4,118,280; 4,116,775; 4,038,151; 4,018,652 und 3,957,583 finden.
Es kann zum Beispiel auch auf die WO 94/11489 verwiesen werden, welche eine Testeinrichtung für flüssige und in Flüssigkeit suspendierte Proben betrifft, sowie auf die EP-A 0 282 840, welche eine Einweg-Vorrichtung zur Verwendung bei chemischen, immunchemischen und mikrobiologischen Analysen betrifft.
Trotz des allgemeinen Erfolgs von Biokarten auf diesem Gebiet besteht der anhaltende Wunsch, die Leistungsfähigkeit der Karten und der Ablesungen für deren Proben zu verbessern. Beispielsweise ist es von Vorteil, in eine gegebene Karte mehr Reaktionskuhlen einzuprägen, damit vielfältigere Reaktionen und somit eine bessere Diskriminierung der Proben realisiert werden können. An einem gegebenen Standort kann nur ein solcher Automat verfügbar sein, er kann aber auch unter dem Druck stehen, kontinuierlich Proben von vielen Patienten analysieren zu müssen, wie etwa in einem großen Krankenhaus. Es ist häufig wünschenswert, an jeder Probe so viele Nachweisreaktionen wie möglich durchzuführen und so einen höheren Gesamtdurchsatz zu erzielen.
Biokarten, die bis dato gewerblich eingesetzt werden, sind jedoch oft auf insgesamt 30 Probenkuhlen (oder bei einigen Konstruktionen auf 45 Kuhlen) beschränkt. Um die Kompatibilität mit bestehenden Ausleseautomaten zu gewährleisten, können die Karten im Allgemeinen nicht über ein bestimmtes Standardprofil (ungefähr 3½'' auf 2¼'' (8,9 cm mal 5,7 cm)) hinaus vergrößert werden. Dementsprechend ist die Gesamtkapazität an Kuhlen nicht über die genannten Zahlen hinaus angestiegen und begrenzt den auf den Automaten erzielbaren Durchsatz.
Auch ist es vorgekommen, dass die Gesamtzahl der Reaktionskuhlen auf einer gegebenen Karte erhöht wurde, die Kartengröße dabei aber konstant geblieben ist, so dass die Kuhlen notwendigerweise zunehmend nahe beieinander ausgebildet worden sind. In dem Maße, wie die Probenkuhlen auf der Karte zusammengedrängt werden, wird es wahrscheinlicher, dass sich die in einer Kuhle enthaltene Probe bis in die nächste Kuhle ausbreiten und diese kontaminieren kann. Die Gefahr verstärkter Kontaminierung kommt besonders zum Tragen, wenn die Kapazität an Kuhlen auf einer Karte 30 Kuhlen überschreitet.
Der Erfindung liegt dementsprechend als Aufgabe zugrunde, eine Biokarte mit einer höheren Anzahl von Probenkuhlen zu schaffen.
Der Erfindung liegt als weitere Aufgabe zugrunde, eine Biokarte mit höherer Kapazität zu schaffen, dabei jedoch insgesamt die Standard-Kartenabmessungen beizubehalten.
Der Erfindung liegt als weitere Aufgabe zugrunde, eine Biokarte zu schaffen, die schnell, einfach und unter minimaler Verfälschung der Proben mit Proben beschickt werden kann.
Der Erfindung liegt als weitere Aufgabe zugrunde, eine Biokarte mit verbesserter Beseitigung der beim Beschicken mit den Proben auftretenden Injektionsblasen zu schaffen.
Der Erfindung liegt als weitere Aufgabe zugrunde, eine Biokarte zu schaffen, die den effektiven Flüssigkeitsströmungsabstand zwischen benachbarten Kuhlen vergrößert und so die Kontaminierung von Kuhle zu Kuhle reduziert.
Der Erfindung liegt als weitere Aufgabe zugrunde, eine Biokarte mit einer besseren, gleichmäßigeren und zuverlässigeren Fluidströmung im Bereich der Karte zu schaffen.
Bei der Erfindung, die diese und weitere Aufgaben löst, handelt es sich um eine verbesserte Biokarte mit signifikant verbesserter Kapazität an Probenkuhlen, die mit Leichtigkeit 45 Kuhlen bereitstellt, 64 Kuhlen erreicht und noch mehr möglich macht. Ebenso sieht die Biokarte der Erfindung sorgfältig strukturierte Flüssigkeitskanäle vor, welche die Flüssigkeitsströmung verbessern und die Blasenbildung verringern, jedoch auch durch speziell gestaltete Blasenfallen die Beseitigung von sich dennoch bildenden Blasen verbessern.
Die Biokarte der Erfindung verbessert außerdem den Schutz vor Kontaminierungen von Kuhle zu Kuhle, was zum Teil durch Vergrößern des effektiven Abstands erreicht wird, über den sich die Proben in benachbarten Probenkuhlen ausbreiten müssen, um benachbarte Orte verfälschen zu können.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Probenkarte gemäß Anspruch 1.
Bevorzugt weist bei einer solchen Probenkarte jede der Probenkuhlen eine Blasenfalle auf, die mit dieser über eine Verbindungsleitung verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung in der ersten vorderseitigen Oberfläche der Karte, jedoch nicht in der zweiten rückseitigen Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Blasenfallen eine oder mehrere Vertiefungen in der ersten vorderseitigen Oberfläche der Karte aufweisen, die sich ein Stück weit durch die Karte erstrecken, wobei die dadurch ausgebildeten Blasenfallen bezüglich der Probenkuhlen in einer angehobenen Position angeordnet sind.
Die Probenkarte gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner Sensoranlagelöcher umfassen, die zum Ausrichten der Karte beim Auslesen dienen und dazu konfiguriert sein können, photoelektrische Detektoren auszulösen.
Die vorliegende Probenkarte kann auf einer oder mehreren Oberflächen der Karte mit einem selbstklebenden Dichtungsmittel versiegelt werden. Darüber hinaus kann eine solche Probenkarte weiterhin Folgendes umfassen:
eine vordere Überkragung an einer vorderen Kante;
und
eine hintere Verkürzungsabkantung an einer hinteren Kante;
wobei die vordere Überkragung und die hintere Verkürzungsabkantung das Zusammenhaften des selbstklebenden Dichtungsmittels auf aneinander stoßenden Karten verhindert.
Im Allgemeinen sind bei der vorliegenden Probenkarte die erste vorderseitige Oberfläche und die zweite rückseitige Oberfläche planparallele Oberflächen des Kartenkörpers.
Bei einer solchen Probenkarte sind die Kanäle in der Regel mindestens auf einem Abschnitt ihrer Länge mit vollem Radius ausgebildet.
Nachdem der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung angedeutet wurde, wird sie nun eingehender beschrieben und allgemeiner dargestellt.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen tragen. Nachstehend werden die Zeichnungen kurz beschrieben. Es zeigen:
1 eine Draufsicht auf die Vorderseite einer erfindungsgemäßen verbesserten Biokarte;
2 eine Draufsicht auf die Rückseite der erfindungsgemäßen verbesserten Biokarte;
3 eine seitliche Ansicht auf die Oberkante der erfindungsgemäßen verbesserten Biokarte;
4 eine seitliche Ansicht auf die Unterkante der erfindungsgemäßen verbesserten Biokarte;
5 eine seitliche Ansicht auf eine Seitenkante der erfindungsgemäßen verbesserten Biokarte;
6 eine seitliche Ansicht auf die gegenüberliegende Seitenkante der erfindungsgemäßen verbesserten Biokarte;
7 eine Probenkuhle mit dem zugehörigen Füllkanal und der zugehörigen Blasenfalle gemäß der verbesserten Biokarte der Erfindung.
In den 1 bis 7 wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Diese Ausführungsform schafft eine verbesserte Biokarte 100 mit im Allgemeinen rechteckiger Gestalt und Standard-Abmessungen. Die Biokarte 100 in der dargestellten Ausführungsform enthält insgesamt 64 separate Probenkuhlen 110, von denen jede eine Probe aufnimmt, zum Beispiel eine aus Blut, anderen Flüssigkeiten, Gewebe oder anderem Material eines Patienten extrahierte biologische Probe für die spektroskopische oder eine andere automatische Analyse. Bei der biologischen Probe kann es sich um eine direkte Probe des Patienten handeln oder um eine Patientenprobe, die extrahiert, verdünnt, suspendiert oder anderweitig behandelt worden ist und in Lösung oder anderweitig vorliegt. Es können auch andere Arten von Proben, darunter antibiotische Dosierungen oder anderes Material, zur Analyse eingebracht werden. Es versteht sich, dass andere Kuhlenkapazitäten als 64 benutzt werden können. Die Biokarte 100 wird im Allgemeinen in Querlage benutzt.
Was die Materialien angeht, so kann die Biokarte 100 aus Polystyren, PET oder einem beliebigen anderen geeigneten Plastik oder anderen Material hergestellt werden. Die Biokarte 100 kann während ihrer Herstellung mit einem Weichmacher getempert werden, um die Kristallhärte und die sich aus ihr ergebende Neigung zu Rissen oder Splittern zu vermindern. Die Biokarte 100 kann zum Beispiel aus einer Mischung aus ungefähr 90% oder mehr Polystyren hergestellt werden, welcher Butylkautschuk zugesetzt wird, um die Karte ein wenig flexibler und beschädigungsbeständiger zu machen. Die Biokarte 100 kann auch mit Färbemitteln dotiert werden, zum Beispiel mit Titanoxid, um eine weiße Farbe herzustellen, falls dies erwünscht ist.
Die Biokarte 100 der Erfindung kann beim Nachweisen und/oder Zählen einer beliebigen Anzahl von Mikroorganismen, wie etwa bakterieller oder anderer biologischer Agenzien, von Nutzen sein. Wie auf dem Fachgebiet bekannt ist, bieten sich viele Bakterien nach der Inkubation für automatische Fluoreszenzanalysen, spektroskopische und ähnliche Analysen an. Die Lichttransmission und -absorption wird von der Trübung, der Dichte und den kolorimetrischen Eigenschaften der Probe beeinflusst. Ebenso können, unabhängig von oder zusammen mit spektroskopischen oder anderen Messungen, Fluoreszenzreaktionen durchgeführt werden. Wenn Fluoreszenzdaten gesammelt werden, wird in der Biokarte 100 bevorzugt ein Färbemittel benutzt, da eine undurchsichtige Karte Streuungen von Fluoreszenzemissionen im Bereich der Karte, wie sie bei einem lichtdurchlässigen Material auftreten, reduziert oder eliminiert. Auf der Biokarte 100 können auch andere Arten von Nachweisen und Analysen erfolgen, darunter das Testen der Empfindlichkeit von Mikroorganismen gegen Antibiotika verschiedener Typen; es handelt sich bei der Biokarte 100 somit um ein Allzweck-Instrument.
Zur Aufnahme von Probenflüssigkeit weist die Biokarte 100 in einer oberen rechten Ecke, angeordnet auf einer Umfangskante der Karte 100, eine Verteilerkammer bzw. einen Anschluss zur Probenaufnahme 120 auf. Die Probenkuhlen der Karte 100 enthalten trockene biologische Reagenzien, die im Voraus mittels Verdampfungs-, Gefriertrocknungs- oder anderen Mitteln in den Kuhlen platziert werden, bevor sie zur Analyse mit der injizierten Patientenprobe in Lösung gehen. Falls dies gewünscht ist, kann jede Kuhle ein Depot eines unterschiedlichen Reagens aufnehmen, um unterschiedliche biologische Agenzien zu identifizieren.
Der Aufnahme-Anschluss 120 nimmt eine Flüssigkeitsinjektionsspitze und zugehörige Baugruppen (schematisch als 130 dargestellt) auf, durch welche die ankommende Probenflüssigkeit oder die andere Lösung, die das biologische Reagens auflösen soll, unter einem auf der Biokarte 100 gezogenen Vakuum (typischerweise 0,7 bis 0,9 PSIA (4830 bis 6210 Pa)), das anschließend auf Atmosphäre ausgeglichenen wird, injiziert wird. Der Aufnahme-Anschluss 120 weist ein kleines, als annährend rechteckiges Loch durch die Karte 100 ausgebildetes Aufnahme-Reservoir 140 auf, welches ankommende Flüssigkeit aufnimmt und als Flüssigkeitspuffer agiert.
Die Flüssigkeit (Patientenprobe oder eine andere Lösung) tritt in den Aufnahme-Anschluss 120 ein, sammelt sich im Aufnahme-Reservoir 140 und breitet sich entlang dem ersten Verteilerkanal 150 aus, der auf der Vorderseite oder zugewandten Seite der Karte 100 angeordnet ist. Der erste Verteilerkanal 150 besteht aus einem in der Oberfläche der Karte 100 ausgebildeten, relativ langen Kanal, der sich im Wesentlichen quer über die Breite der Karte erstreckt und einen Querschnitt von ungefähr 0,1 bis 0,2 mm² aufweisen kann. Von dem ersten Verteilerkanal 150 zweigen entlang seiner Länge in Intervallen Verteilerarme oder Füllkanäle 160 ab, die im Allgemeinen von dem Kanal 150 aus zu den Probenkuhlen 110 in jeder der acht dargestellten Spalten hin abfallen. Wenn die Probe in die Karte injiziert wird, kann ein kurzes Segment der Probenspitze abgeschnürt oder heißversiegelt werden und im Aufnahme-Anschluss 120 verbleiben, wo es als Abdichtstöpsel agiert.
Bei den Füllkanälen 160 handelt es sich um relativ kurze Kanäle (die geknickt sein können), die sich von dem ersten Verteilerkanal 150 aus nach unten zu den jeweiligen, in der ersten Zeile der Karte 100 angeordneten Probenkuhlen 110 erstrecken und einen Querschnitt von ungefähr 0,1 bis 0,2 mm² aufweisen.
Es versteht sich, dass jeder der Füllkanäle 160 unter einem Winkel zu den Probenkuhlen 110 hin abfällt und in diese eintritt, was eine durch Gravitation bedingte, natürliche Strömung der Probenflüssigkeit durch die Füllkanäle 160 nach unten zur Folge hat und kleinen Stücken nicht gelösten Materials beim Zurückströmen nach oben in den Flüssigkeitskreislauf Widerstand entgegensetzt. Beim eigentlichen Eintreten der Probenflüssigkeit in die Kuhle 110 füllt die Flüssigkeit die Kuhle durch Einwirkung sowohl der Schwerkraft als auch eines Effekts einer wirbelartigen Strömung in die Kuhle. Außerdem können, wie in 7 schematisch dargestellt, die einzelnen Füllkanäle 160 sowie andere Flüssigkeits-Verbindungskanäle in der Erfindung bevorzugt mit vollem Radius ausgebildet werden, das heißt, als halbkreisförmige Leitung statt, wie bei einigen älteren Konstruktionen, als rechtwinkliger Kanal. Die Erfinder haben entdeckt, dass das Ausbilden mit vollem Radius die Reibung sowie Turbulenzen der Flüssigkeit reduziert, was die Leistungsfähigkeit der Biokarte 100 weiter verbessert.
Jede der Probenkuhlen 110 in der ersten und den weiteren Reihen weist eine zugehörige Blasenfalle 170 auf, die an einer oberen Ecke der Probenkuhle 110 mit dieser verbunden und in einer geringfügig oberhalb der Kuhle liegenden Höhe auf der Oberfläche der Karte angeordnet ist. Wie in 7 dargestellt ist, wird jede Blasenfalle 170 mit ihrer jeweiligen Kuhle über eine kurze Fallen-Verbindungsleitung 180 verbunden, die als hohler Durchgang teilweise in die Oberfläche der Karte eingelassen ist und einen kurzen Leitungsweg für eingefangene Gasblasen ausbildet, die sich während des Injektionsvorgangs durch bakterielle oder andere biologische Reaktionen oder anderweitig in der Kuhle 110 gebildet haben oder in diese eingeleitet wurden. Die Blasenfalle 170 durchschneidet die Karte nicht vollständig, sondern besteht vielmehr aus einer Vertiefung oder Kuhle von annährend zylindrischer Gestalt, wobei die unterseitige Kontur abgerundet ist, und weist in der dargestellten Ausführungsform ein Volumen von ungefähr 4,2 mm³ auf.
Da die Blasenfalle 170 über jeder betreffenden Kuhle 110 an einer angehobenen Position angeordnet ist, werden etwaige Gasblasen dazu neigen, aufzusteigen und in der Vertiefung der Falle 170 eingefangen zu werden. Wenn Gasreste in die Blasenfalle 170 abgeführt werden, können die analytischen Ablesungen an der biologischen Probe zuverlässiger erfolgen, da Streuungen und andere Verfälschungen der mikrobiellen Strahlungsablesung durch Gas verringert oder eliminiert werden.
Aus dem Nachstehenden geht außerdem deutlich hervor, dass die zweiseitige Natur der Biokarte 100 die Ausbildung von Flüssigkeitskanälen ermöglicht, die auf der anderen Seite der Karte den die Karte nicht durchdringenden Blasenfallen 170 gegenüberliegen. Bei einigen älteren Kartenkonstruktionen kamen Blasenfallen zum Einsatz, welche die Karte durchdringen, was es unmöglich machte, in ihrer Umgebung Oberflächenkanäle zu führen.
Zusätzlich dazu, dass Flüssigkeit über den Weg des ersten Verteilerkanals 150 eingebracht wird, breitet sich die Flüssigkeit auf anderen Wegen auch bis zu Kuhlen aus, die sich unterhalb der ersten Kuhlenzeile befinden. Genauer gesagt, ist der Aufnahme-Anschluss 120 auch mit einem zweiten Verteilerkanal 190 verbunden, der auf der entgegengesetzten Seite oder Rückseite der Biokarte 100 ausgebildet ist, und der zweite Verteilerkanal 190 führt ebenfalls von dem Aufnahme-Reservoir 140 fort. Der zweite Verteilerkanal 190 erstreckt sich ebenfalls im Wesentlichen entlang der Breite der Karte 100, verläuft jedoch auf der rückseitigen Oberfläche der Karte. Der zweite Verteilerkanal 190 weist eine Querschnittsfläche von ungefähr 0,2 bis 0,3 mm² auf.
Von dem zweiten Verteilerkanal 190 zweigen über jeder der acht dargestellten Probenkuhlenspalten zusätzliche dreifache Verteilerarme oder -kanäle 200 ab. Jeder der Dreifacharme 200 besteht aus drei relativ kurzen Verbindungskanälen, die von dem zweiten Verteilerkanal aus nach unten zu einem Satz aus drei jeweiligen, durch den Körper der Karte 100 hindurch ausgebildeten Durchgangskanälen 210 führen.
Bei den Durchgangskanälen 210 handelt es sich um kleine Öffnungen mit einem Durchmesser von ungefähr 1 mm, die sauber durch den Körper der Biokarte 100 hindurch ausgebildet sind und Leitungen oder Kontaktlöcher von einer Oberfläche der Karte zu der anderen ausbilden. Die Kanäle der Dreifacharme 200 sind mit den jeweiligen Durchgangskanälen 210 verbunden, welche wiederum mit zusätzlichen Kuhlen-Füllkanälen 220 verbunden sind, wodurch eine kurze Verbindung zu den jeweils drei zusätzlichen Probenkuhlen 110 ausgebildet wird.
Allerdings führen die Füllkanäle 220 die Flüssigkeit von der entgegengesetzten Seite der Karte 100, d.h. der Rückseite, zu und erzeugen somit einen anderen, vom Aufnahme-Anschluss 120 ausgehenden Flüssigkeitsströmungskreislauf. D.h., dieser Weg verläuft entlang dem zweiten Verteilerkanal auf der rückseitigen Oberfläche der Karte, über die Durchgangskanäle 210 durch den Körper der Karte hindurch, dann nach außen zu den Verbindungs-Füllkanälen 220, welche die Probe in die Kuhle 110 liefern (wieder unter einem geneigten Winkel, wodurch ein gravitationsbedingter Widerstand gegen das Aufsteigen von Kleinteilen geschaffen wird).
Den Probenkuhlen, die die Flüssigkeit von dem zweiten Verteiler-Durchgangskanal-Kreislauf aufnehmen, sind wie den Probenkuhlen, die die Flüssigkeit durch den (vorderseitigen) ersten Verteilerkanal aufnehmen, ebenfalls Blasenfallen 170 zugeordnet, die auf gleiche Weise oberhalb der jeweiligen Kuhlen angeordnet sind.
Die Biokarte 100 weist also vier Zeilen mal acht Spalten aus Probenkuhlen auf, die von Verbindungskanälen durch den ersten und den zweiten Verteilerkanal aufgebaut werden. Somit wird ein Satz aus 32 Probenkuhlen geschaffen. Außerdem ist entlang der Unterseite der Karte unter Verwendung von Durchgangskanälen ein weiterer zusammenhängender Satz aus Probenkuhlen ausgebreitet, der die verbleibenden 32 der insgesamt 64 Kuhlen bildet.
Genauer gesagt steht ein dritter Verteilerkanal 230 in Flüssigkeitsverbindung mit dem Aufnahme-Anschluss 120, folgt aber einem im Allgemeinen vertikal von dem Anschluss nach unten verlaufenden Weg zu einem dritten Verteiler-Durchgangskanal 240, der in einem Abschnitt unten rechts auf der Karte 100 angeordnet ist. Der dritte Verteilerkanal 230 und sein entsprechender dritter Verteiler-Durchgangskanal 240 weisen einen etwas größeren Durchmesser als die ersten beiden Verteilerkanäle und ihre Durchgangskanäle 210 auf, damit sie eine stärkere Flüssigkeitsströmung zu einer größeren Anzahl von angestrebten Kuhlen (32 gegenüber 8 bzw. 24 Kuhlen) aufnehmen können.
Die Flüssigkeit strömt durch den dritten Verteilerkanal 230 nach unten in den dritten Verteiler-Durchgangskanal 240 und teilt sich dann in zwei Unterkanäle auf. Der erste Unterkanal 250 am dritten Verteilerkanal 230 ist auf der Rückseite der Karte 100 angeordnet, und es handelt sich bei ihm um einen quer entlang der unteren Grundlinie der Karte verlaufenden Kanal mit einem Querschnitt von ungefähr 0,2 bis 0,3 mm². Von dem ersten Unterkanal 250 ausgehend steigt ein weiterer Satz von Dreifacharmen 260 auf, die im Allgemeinen den ersten Dreifacharmen 200 ähneln, aber von dem ersten Unterkanal 230 aus nach oben verlaufen statt nach unten.
Dennoch erfüllen die Dreifacharme 260 dieselbe grundlegende Funktion, nämlich, die Flüssigkeit zu einem weiteren Satz von Durchgangskanälen 270 zu liefern, der mit den Durchgangskanälen 210 identisch ist. Die Durchgangskanäle 270 ihrerseits führen durch den Kartenkörper hindurch, also an die Vorderseite der Karte, zu Verbindungs-Füllkanälen 280, bei denen es sich im Allgemeinen um kurze konkave Verbindungen (die geknickt sein können) zu den jeweiligen zusätzlichen Probenkuhlen 110 handelt. Die Füllkanäle 280 treten ebenso unter einem geneigten Winkel von oben in die Probenkuhlen 110 ein.
Der letzte Flüssigkeitsströmungsweg ist der zweite Unterkanal 290, der ausgehend von dem dritten Verteiler-Durchgangskanal 240 im Allgemeinen horizontal bzw. quer entlang der Vorderseite der Karte 100 verläuft. Der zweite Unterkanal 290 wird von einem weiteren Satz von vertikalen Verbindungsleitungen 300 – einzelnen Leitungen, welche die Verbindung zu den einzelnen Kuhlen herstellen – mit der letzten (achten), untersten Zeile von acht Probenkuhlen 110 verbunden. Die Leitungen 300 weisen im Allgemeinen eine Struktur mit scharfen Krümmungen auf, treten unter einem etwas geneigten Winkel in die Kuhle ein, und die zugehörigen Kuhlen weisen auch jeweils eine zugehörige Blasenfalle 170 auf.
Es ist somit ersichtlich, dass durch Verwendung von Durchgangskanälen, die den Kartenkörper 110 durchdringen, zusammen mit sorgfältig verteilten Verbindungen über eine Mehrzahl von Verteilerkanälen, in der Erfindung wertvolle Oberfläche auf der Karte freigemacht wird, indem die notwendigen Verbindungskanäle zwischen der vorderseitigen und der rückseitigen Oberfläche der Karte aufgeteilt werden können.
Die sorgfältig über die Karte 100 einschließlich deren vorder- und rückseitiger Oberfläche verteilten Flüssigkeitsströmungswege haben außerdem eine längere lineare Gesamtausbreitung der strömenden Flüssigkeit als bei herkömmlichen Karten zur Folge. Dies ergibt den wesentlichen Vorteil, dass die Möglichkeit von Kontaminierungen zwischen den Kuhlen reduziert wird. Der Abstand von Kuhle zu Kuhle kommt bei der dargestellten Ausführungsform tatsächlich auf ungefähr 35 mm, was wesentlich mehr ist als die 12 mm o.Ä. bei vielen älteren Kartenkonstruktionen.
Die Erfinder haben außerdem beobachtet, dass die Kontaminierungsrate zwischen den Kuhlen mit dem Quadrat des linearen Abstands variiert, so dass die verlängerten Flüssigkeitswege die Integrität der Ablesungen auf der Karte signifikant verbessern. Die Kontaminierung selbst ist eine Funktion der Probenmischung (Dichte von Lösung, die aus den Kuhlen ausfällt) und der molekularen Flüssigkeitsdiffusion; beides wird durch die relativ feinen Kanaldurchmesser in vielen Abschnitten des Gesamt-Flüssigkeitskreislaufes sowie durch die Gesamtweglänge gehemmt.
Die Kontaminierungsrate wird außerdem dadurch reduziert, dass das Volumen der Kanäle im Flüssigkeitskreislauf entlang dem von einer gegebenen Probe zurückgelegten Gesamtkreislaufweg geringfügig schwankt. Das heißt, die Durchgangskanäle, die drei Hauptverteilerkanäle und andere Segmente der Wege haben Querschnittsflächen, die zwar alle relativ fein sind, aber geringfügig voneinander abweichen können. Die Volumenänderung entlang des Weges weist die Tendenz auf, die Ausbreitung von Kontaminierungen zu hemmen; die gleiche Wirkung haben auch Verbindungsleitungsabschnitte mit scharfen Krümmungen oder Knicken.
Alle diese strukturellen Anpassungen wirken dabei zusammen, die Rate von Kontaminierungen zwischen den Kuhlen in der Biokarte 100 zu reduzieren. Als einen Indikator für den Umgang mit Kontaminierungen haben die Erfinder an herkömmlichen Biokarten und an der Karte der Erfindung jeweils die Zeit gemessen, die ein Testfarbstoff benötigt, um eine benachbarte Kuhle zu infiltrieren. Bei einer herkömmlichen Karte mit geringer Kapazität und ohne Durchgänge durch ihren Körper wurde nach ungefähr 2 bis 4 Stunden Kontaminierung festgestellt. Im Gegensatz dazu beträgt die beobachtete Kontaminierungszeit bei der Biokarte der Erfindung unter gleichen Bedingungen 16 bis 18 Stunden.
Neben der Kontaminierungskinematik machen außerdem die höher angeordneten Blasenfallen 170 die Probenkuhlen 110 auf effizientere Weise frei von Gasblasen, die sich nach der Injektion der Probe bilden. Wie bereits angemerkt wurde, werden Proben typischerweise injiziert, indem die Karte evakuiert, Flüssigkeit am Aufnahme-Anschluss eingebracht und anschließend der Vakuumzug gelöst wird, so dass der gesamte Flüssigkeitskreislauf auf Atmosphärendruck zurückkehrt. Die Vakuumbefüllung der Karte kann typischerweise innerhalb einer Zeitspanne von 3 bis 60 Sekunden erfolgen, wobei langsamere Raten zu einer Reduktion der Tendenz zur Blasenbildung beitragen. Diese Blasen können die Probenablesungen ruinieren, so dass die Reduktion der Blasenbildung zu einer reibungsloseren und effizienteren Biokarte führt, die eine höhere Kapazität aufweist, aber dennoch zuverlässiger ist.
Außerdem hat der verbesserte Flüssigkeitskreislauf der Biokarte 100, der mit vollem Radius ausgebildete Füll- und andere Kanäle, im Allgemeinen engere Kanäle als ältere Kartenkonstruktionen, variierende Breiten und weitere Merkmale aufweist, einen höheren prozentuellen Anteil von Erfassungen – aufgenommene Probe erreicht tatsächlich die Probenkuhlen 110 – zur Folge, den die Erfinder zu 90 bis 95% berechnet haben. Dem steht für ältere Kartenkonstruktionen ein prozentualer Anteil von Erfassungen im 80er-Bereich gegenüber.
Für die mechanische Interaktion mit dem Leseautomaten können auf der Biokarte 100 außerdem eine Reihe von Sensoranlagelöchern 310 vorgesehen sein, die entlang der untersten Kante der Karte angeordnet sind. Die als rechteckige Durchgangslöcher in regelmäßigen Abständen dargestellten Sensoranlagelöcher 310 ermöglichen es zugehörigen Photodetektoren, zu erkennen, wenn eine in einen Leseautomaten eingebaute Biokarte 100 die korrekte Ausrichtung für das optische Auslesen erreicht hat. Die Sensoranlagelöcher 310 sind in vertikalem Register mit den vertikalen Spalten aus Kuhlen 110 angeordnet, so dass die optische Detektion des Anlageloches 310 exakt der Positionierung der Probenkuhlen 110 vor den optischen Ausleseeinrichtungen entspricht. Ältere Biokarten werden durch Sensorlöcher ausgerichtet, die nicht einstückig mit der Karte selbst, sondern in Schlitten oder anderen Trägern ausgebildet sind, die zu einem bestimmten Punkt während des Auslesevorgangs an der Karte befestigt werden, wie zum Beispiel im US-Patent Nr. 4,118,280 offenbart wird. Diese Strukturen haben sich jedoch als anfällig für zeitaufwendige Wartungsarbeiten erwiesen und erfordern insbesondere die mechanische Kalibrierung und Ausrichtung des Schlittens an den Karten und Photodetektoren. Die einstückig ausgebildeten Sensoranlagelöcher 310 eliminieren diese Art von Schwierigkeit.
Die Biokarte 100 der Erfindung wird in der dargestellten Ausführungsform, wie in 7 gezeigt, mit einer Press naht 320 ausgebildet, welche fast ganz unten in einer Probenkuhle 110, gegen die Unterseite der Karte hin, ausgebildet wird, wenn während der Herstellung gegenüberliegende Pressformen aufeinander treffen. Bei älteren Kartenkonstruktionen befand sich die Pressnaht, die eine dünne Lippe in einer Flüssigkeitskammer ausbildet, an einem höheren Punkt (ungefähr in der Mitte) der Karte. Die höher liegende Pressnaht kann beim Befüllen dazu neigen, die Ausbildung ringförmiger Blasenringe zu induzieren und außerdem die Effizienz des Trocknens von Antibiotika oder anderem Material während der Herstellung herabsetzen. Durch Einsatz einer nach unten verschobenen Pressnaht 320 werden diese Schwierigkeiten vermieden, und gleichzeitig wird die Effizienz der chemischen oder antibiotischen Dehydratation während der Inkubation erhöht, und sie kann bei Licht- und Fluoreszenz-Auslesevorgängen als kleine Öffnung dienen. Wie in 7 dargestellt ist, werden die Wände der Probenkuhle sowie weitere Merkmale in der Regel unter einem geringfügigen Winkel bzw. einer Neigung (typischerweise 1 bis 4°) ausgebildet; es handelt sich hierbei um ein Überbleibsel herkömmlicher Formvorgänge, bei welchen die Trennung des geformten Teils von gegenüberliegenden Formstücken durch geringfügig geneigte Oberflächen erleichtert wird. Durch die in den unteren Bereich der Biokarte 100 verschobene Pressnaht 320 ergibt sich ebenso eine Verkleinerung des geneigten (grob gesagt, trapezförmigen) Bereiches am Boden der Probenkuhle, der dazu neigen kann, in geringem Maße Material einzufangen.
Ein weiterer Vorteil der Biokarte 100 der Erfindung besteht darin, dass die Markierungen für die Patientenprobe u.a. nicht in vorgeformten Segmenten direkt auf die Karte selbst aufgebracht werden, wie dies zum Beispiel in dem bereits erwähnten US-Patent Nr. 4,116,775 u.a. gezeigt wird. Diese Tüpfelungen und Markierungen auf der Karte können zu Verunreinigungen, falscher Handhabung und weiteren Problemen beitragen. Erfindungsgemäß kann die Karte stattdessen durch ein selbstklebendes Medium mit Barcodes oder anderen Datenmarkierungen versehen werden; Markierungen oder vorgeformte Informationssegmente sind nicht erforderlich (einige können aber, falls erwünscht, aufgedruckt werden), und Verschmutzungen, falsche Handhabung, Verlust von Oberfläche und weitere Probleme können vermieden werden.
Darüber hinaus weist die Biokarte 100, wie in 1 gezeigt, in ihrer unteren linken Ecke eine konische, abgeschrägte Kante 330 auf. Die konische, abgeschrägte Kante 330 schafft eine geneigte Oberfläche zum einfacheren Einführen der Biokarte 100 in Karusselle oder Kassetten, in Schlitze oder Schächte zum Auslesen der Karte und in andere Beschickungspunkte im Laufe der Verarbeitung der Karte. Die konische, abgeschrägte Kante 330 schafft eine sanft geneigte Oberfläche, was die Notwendigkeit enger Toleranzen während Beschickungsvorgängen abschwächt.
Die Biokarte 100 weist außerdem eine untere Schiene 360 und eine obere Schiene 370 auf, bei welchen es sich um kleine strukturelle „Ausbuchtungen" entlang dem oberen und dem unteren Bereich der Karte handelt, die dazu dienen, die Festigkeit zu verstärken und die Handhabung und das Beschicken der Biokarte 100 zu verbessern. Die zusätzliche Breite der unteren und der oberen Schiene 360 und 370 übersteigt außerdem die Dicke von Dichtungsmaterial wie etwa Klebeband, das während der Herstellung und Imprägnierung mit Reagenzien auf die vorderseitige und die rückseitige Oberfläche der Biokarte 100 aufgeklebt wird, um diese zu ver siegeln. Die erhabenen Schienen schützen daher das Band und insbesondere dessen Ränder während der Herstellung der Biokarte 100 sowie während der Handhabung der Karte, insbesondere auch während Auslesevorgängen, davor, sich abzulösen.
Entlang der oberen Kante der oberen Schiene 370 kann ein gezackter Rand 390 ausgebildet sein, um eine größere Reibung zu schaffen, wenn die Biokarte 100 in Kartenausleseautomaten oder anderweitig unter Verwendung von Riemenantriebsmechanismen transportiert wird. In der unteren Schiene 360 der Karte können außerdem Reduzierungshohlräume 380 ausgebildet sein, wobei es sich um kleine längliche Vertiefungen handelt, welche die Materialmenge, das Gewicht und die Kosten der Karte reduzieren, indem Bereiche, in denen in der Verstärkungsschiene 360 kein zusätzliches Material benötigt wird, ausgeschnitten werden.
Was das Versiegeln der Biokarte 100, damit diese Reagenzien und anderes Material enthalten kann, betrifft, wurde beobachtet, dass typischerweise Dichtungsbänder benutzt werden, um die Biokarte 100 unter dem Schutz der Schienen von beiden Seiten bündig zu versiegeln. Die Biokarte 100 weist außerdem an der unteren Schiene 360 der Karte und an der oberen Schiene 370 der Karte eine vordere Überkragung 340 auf, welche leicht über die Vorderkante der Karte hervorsteht. Umgekehrt befindet sich am gegenüberliegenden Ende der Biokarte 100 in beiden Schienen eine hintere Verkürzung 350. Diese Struktur ermöglicht es, während des Kartenvorbereitungsprozesses Dichtungsband auf kontinuierliche Weise anzubringen, wobei das Band auf eine Karte nach der anderen angebracht und anschließend zwischen aufeinander folgenden Karten durchtrennt wird, ohne dass Band von aufeinanderfolgenden Karten zusammenklebt. Die vordere Überkragung 340 und die hintere Verkürzung 350 schaffen einen Spielraum, der die Karten wie auch das auf diese aufgebrachte Band trennt, wobei das Band an der hinteren Verkürzung 350 durchtrennt und, für zusätzlichen Schutz gegen Interferenzen zwischen aneinander stoßenden Karten, um den Rand der Karte zurückgeschlagen werden kann.

Claims

Probenkarte (100) mit: einem Kartenkörper, welcher eine erste vorderseitige Oberfläche und eine zweite rückseitige Oberfläche, einen Flüssigkeitsaufnahme-Anschluß (120) sowie eine Mehrzahl von Probenkuhlen (110), die zwischen einem ersten und einem zweiten Endbereich und einem ersten und einem zweiten Seitenbereich angeordnet sind, definiert; und einem Netzwerk von Flüssigkeitskanälen mit einem ersten Verteilerkanal (150), welcher mit dem Flüssigkeitsaufnahme-Anschluß (120) verbunden ist, sowie einem zweiten Verteilerfüllkanal (160), welcher den ersten Verteilerkanal (150) mit mindestens zwei der Mehrzahl von Probenkuhlen (110) verbindet, wobei der erste und der zweite Verteilerkanal in einer ersten vorderseitigen Oberfläche der Karte (100) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk von Flüssigkeitskanälen ferner einen dritten Verteilerkanal (190), welcher mit dem Flüssigkeitsaufnahme-Anschluß (120) verbunden ist, einen vierten Verteiler-Dreifachkanal (200), welcher mit dem dritten Verteilerkanal (190) verbunden ist, und einen durch die Karte verlaufenden Flüssigkeitskanal (210), welcher mit dem vierten Verteilerkanal (200) verbunden ist und den vierten Verteilerkanal mit einer der Mehrzahl von Probenkuhlen (110) vernetzt, aufweist; und dass die dritten und vierten Verteilerkanäle (190, 200) in einer zweiten rückseitigen Oberfläche der Karte (100) vorgesehen sind, so dass der erste und der zweite Verteilerkanal (150, 160) in der ersten vorderseitigen Oberfläche der Karte und der dritte und der vierte Verteilerkanal (190, 200) in der zweiten rückseitigen Oberfläche der Karte den effektiven Abstand zwischen den Kuhlen in der Karte vergrößern, wodurch das Risiko der Kontaminierung zwischen den Kuhlen verringerbar ist.
Probenkarte nach Anspruch 1, wobei jede der Probenkuhlen eine Blasenfalle (170) aufweist, die durch eine Verbindungsleitung (180) mit der Probenkuhle verbunden ist, wobei die Verbindungsleitung in der ersten vorderseitigen Oberfläche der Karte jedoch nicht in der zweiten rückseitigen Oberfläche ausgebildet ist, wobei die Blasenfallen eine oder mehrere Vertiefungen in der ersten vorderseitigen Oberfläche der Karte aufweisen, die sich ein Stück weit durch die Karte erstrecken, wodurch die somit ausgebildeten Blasenfallen bezüglich den Probenkuhlen in einer angehobenen Position angeordnet sind.
Probenkarte nach Anspruch 1 oder 2, welche ferner Sensoranlagelöcher (310) zum Ausrichten der Karte zum Auslesen aufweist.
Probenkarte nach Anspruch 3, wobei die Löcher zum Auslösen von photoelektrischen Detektoren angeordnet sind.
Probenkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welche mit einem selbstklebenden Dichtungsmittel auf einer oder mehreren Oberflächen der Karte versiegelt ist.
Probenkarte nach Anspruch 5, welche ferner aufweist: eine vordere Überkragung (340) an einer vorderen Kante; und eine hintere Verkürzungsabkantung (350) an einer hinteren Kante; wobei die vordere Überkragung und die hintere Verkürzungsabkantung das Zusammenhaften des selbstklebenden Dichtungsmittels auf aneinander stoßenden Karten verhindert.
Probenkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste vorderseitige Oberfläche und die zweite rückseitige Oberfläche planparallele Oberflächen des Kartenkörpers sind.
Probenkarte nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Verteilerkanäle (150, 160, 190, 200) über zumindest einen Teil ihrer Länge mit vollem Radius ausgebildet sind.