DE2156083A1 - Verfahren und vorrichtung zur dosierung bzw. abteilung und umsetzung bzw. inkubation von reagenzien und entnahme von proben der reaktionsmischung - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Dosierung bzw. Abteilung und Umsetzung bzw. Inkubation von Reagenzien und Entnahme von Proben der Reaktionsmischung vie vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dosierung bzw. Abteilung und Umsetzung bzw. Inkubation von Reagenzien und Entnahme von Proben der Reaktionsmischung.
• Gemäß der Erfindung sollen insbesondere Serienuntersuchungen an einer großen Anzahl von Proben erleichtert werden, bei denen die Umsetzung oder Inkubation bei einer gewünschten Temperatur durchgefUhrt und aus dem Reaktionssystem zu uonicrbestimmten Zeitpunkten Proben entnommen werden können; es ist aber auch möglich, die Reaktionen insgesamt zu unterbrechen und die ganze Materialmenge auf einmal zu analysieren.
• Die Erfindung eignet sich besonders für MakromolekUluntersuchungen mit radioaktiven Ausgangsstoffen, bei denen die Probe (anschließend) von einem porösen Medium absorbiert und automatisch gewaschen bzw. einer Gelpermeation unterworten wird; siehe Patentanmeldung P 21 46 593.3).
• Bislang wurden entsprechende Reaktionen bei Schrienuntersuchungen gewöhnlich in Reagenzgläsern durchgeführt, in welche die einzelnen Reagenzien nacheinander einpipettiert wurden (zwar gibt es auch automatische Pipettiermaschinen, aber mit diesen kann zu gleicher Zeit nul ein Reagens zudosiert werden); während der Umsetzung bzw. Inkubation wurden dann aus den einzelnen Reagenzglässern Proben abpipettiert oder aber der gesamte Inhalt der Gler gefällt, gewaschen und im ganzen analysiert. Besonders sciiwierig ist es dabei, in kurzen Abständen Proben aus eine großen Anzahl von Prüfgläsern zu entnehmen, wobei leicht Verwechslungen vorkommen. Auch ist es schwierig, die Proben quantitativ aus den Gläsern in die rorerwähnte Absorptionsanordnung zu überführen. Die bislang bekannten Verfahren erforderten für die Probenahme Anwesenheit und Tätigwerden von Bedienungspersonen, wegegen gemäß der Erfindung alles automatisch ablaufen kann.
• Ziel der Erfindung ist die weitgehende Behebung der vorstehend genannten Mängel.
• Das zu diesem Zweck entwickelte erfindungsgemäße Verfahren zum Dosieren und Inkubieren von Reagenzien sowie zum Entnehmen von Proben des Reaktionsgemisches ist dadurch gekennzeichnet, daß die Reagenzien aus ihren jeweiligen Gefäßen in injktionsspritzenähnliche Reaktionsbehälter eingeführt bzw. aufgezogen werden, in denen die Umsetzung bzw. Inkubation der Reagenzien insbesondere unter Bewegung der Reaktionsmischung erfolgt, von der zu berechneten Zeitpunkten durch Betätigung des Spritzenkolbens in einer oder mehreren Portionen Reaktionsproben entnommen werden; und daß die entnommenen Proben (der fleaktionsmischung ) mit einer die Reaktion unterbrechenden Lösung in Berührung gebracht wird, wobei Probe und Unterbrechungslösung entweder getcnnt zu demselben Punkt in eine Absorptionsanordnung gegeben werden oder eine Vtschung von Probe und Unterbrechungslösung der genannten Absorptionsanordnung zugeführt wird oder aber daß die Probe zu der genannten Abseiptionsanordnung geleitet wird, in der die Unterbrechungslösung bereits im voraus absorbiert worden ist.
• Dabei bewährt sich insbesondere eine reihenweise Anordnung der Spritzen, die vorzugsweise zu einem Block zusammengefaßt gemeinsam oder koordiniert betätigt werden können, etwa wie weiter unter geschtldert ist. Dieser Spritzenblock ist insbesondere als Ganzes von der Apparatur lösbar und auszutauschen. Für aufzuziehende Reagenzein eignet sich dann insbesondere ein trogförmrges Vorratsgefäß. Für die Durchmischung der Reaktionspartner ist insbesondere innerhalb den Spritze ein kleiner a' Magnetrührer voigesehen.
• der auf und ab bewegt werden kann. (Weitere Besonderheiten werden im übrigen aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen).
• Durch die Erfindung können Arbeit und Personal eingespart und die Verwechselungsfahr erheblich reduziert werden.
• Die Zusammensetzung der Reaktionsmischung läßt sich durch eine kontinuierliche homogene Vermischung sorgfältiger kontrollieren. Ferner ist es möglich, spezielle Gesatmosphären vorzusehen und z. B. in einem sauerstoffarmen Raum zu arbeiten oder auch einen völlig automatischen Betrieb mit Fernbedienung voizusehen. Außerdem ist eine sehr gleichmäßige (weitere) Behandlung der Proben möglich. Die automatische Dosierung der Flüssigkeitsmengen ist im übrigen auch genauer als beim Pipettieren.
• Die erfindungsgemäße Anordnung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Spritzenteil mit einer gewünschten Anzahl von mit Kolben versehenen Reaktionsspritzen, in denen die Umsetzung bzw. Inkubation der Reagenzien stattfindet; die Reaktionsunterbrechungsflüssigkeit enthaltende Spritzen nebst ihren Kolben; Gefäße für die velschiedenen Reagenzien und einen Behälter für die Unterbrechungsflüssigkeit: Mittel zum Einführen der Reagenzien aus den Gefäßen in die Spritzen und Mittel zum Einführen der Unterbrechungslösung aus dem Behälter in die Spritzen; Mittel zum Zuführen der in den beiden Spritztypen enthaltenen Lösung entweder direkt in das Absorptionsgefäß oder zum Zuführen der in der Spritze enthaltenen Unterbrechungslösung zunachst in die Reaktionsspritze; Mittel zur automatischen, insbesondere koordinierten Betätigung der Kolben beider Spritztypen; einen Thermostaten zur Regelung der Temperatur der Reaktionsspritzen während der Umsetzung bzw. Inkubation; sowie eine Steuereinheit zum Steuern des gesamten Systems.
• Die Vorrichtung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben der beiden Spritztypen einen gemeinsamen Bewegungsmechanismus haben, der einen Stufenmoto umfaßt. der durch eine Programmscheibe oder Steuereinheit automatisch funktioniert.
• die die sich bewegende Platte, an der dte Kolben der Spritzen befestigt sind, in festgesetztem Maße verschiebt.
• Weitere Merkmale und Einzelheiten der Vorrichtung werden aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgehen, die sich auf die beigefügten Zeichnungen bezieht; es zeigen: Fig. 1 ein Schema rUr eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Gesamtansicht von oben her gesehen; Fig. 2 eine entsprechende Seitenansicht partiell im Schnitt und Fig. 5 den Querschnitt der Anoidnung, wobei die linke Seite auf die Schraube 13 und die rechte Seite auf die Spritze 48 bezogen sind.
• Im folgenden wird die Anwendung der Erfindung auf eine Eiwei3-synthese vorausgesetzt, Jedoch eignet sich die Anordnung für verschiedenartige Umsetzungen bzw. Inkubationen sowie auch für die Dosierung von Reagenzien. Zwecks weiterer Analyse können die Proben auch in Prüfgläser überführt werden.
• Die Vorrichtung kann entweder von Hand mittels einer Kurbel betätigt oder automatisch mittels eines Notors betrieben werden.
• Die Vorrichtung besteht aus einem Spritzenteil 1, einem Thermostaten 2 zur Regelung der Temperatur des Spritzenteiles, einem Absorptionsgefäß bzw. einer Absorptionsanordnung 3 zum Absorbieren des Reaktionsgemisches und der Unterbrechungslösung, einem Behälter 4 für die Unterbrechurgslösung, einem Transporteur 5 zur Verschiebung des Absorptionsgefäßes unter den Spitzenteil und davon weg, einem Spritz-oder Sprühapparat 8 mit Flüssigkeitsbehältern 7 sowie einem Kühlraum (bei 6). Das gesamte System wl d durch eine Steuerungseinheit 9 geregelt. Der Spritzenteil 1 weist Reaktionsspritzen 18 sowie Spritzen lt8 fUr die llnterbrechungslösung auf. Vom Thermostaten 2 führt für einen entsprechenden Wasserumlauf ein Schlauch 51 zum Spritzenrazim und ein anderer Schlauch 52 vom Spritzenraum weg.
• Die Reaktionsspr-itzen 18 sind durch Abdichtungen 20 versperrt in einem abtrennbaren Rahmen 36 angeordnet, der mit Endriegeln 19 an einem äußeren Rahmen 35 befestigt wird, wobei das Ende 50 der Spritzen 18 dicht nach unten gedrückt wird. Die Kolben 17 der Spritzen 18 gehen durch die Decke des festen Rahmens 55, und dit Erweiterungen bzw "Griffe" an den Enden der Spritzenkolben 17 werden durch Endriegel 15 unter Vermittlung eines Balkens 16 auf ein bewegliches Oberteil gestützt, in dem zwischen den Platten 29 und 50 vorgesehene Zahnräder 12, die mittels eines Zentralrads 11 synchron rotieren können, für eine entsprechende Aufwärts- und Abwärtsbewegung der Kolben 17 in den Spritzen durch entsprechende Bewegung der Schrauben bzw. Spindeln 13 in den Gegenstücken 14 von Hand oder mittels eines Motors 10 sorgen. Die Spritzen 48, die die Unterbrechungslösung enthalten, sind auf den äußeren Rahmen 35 und ihr-e Kolben mittels eines Balkens 49 auf die mittels Schrauben drehbare Platte 30 gestützt. Unter den Unterbrechungsspritzen ist ein Ventilteil 42 vorgesehen, dessen eine Lage das Aufnehmen der Lösung längs eines Schlauches 41 und einer Nute (längsläufig) 39 aus dem Behälter 4 in die Spritzen 48 und desseri andere Lage das Uberleiten der Flüssigkeit längs einer Nute (querläufig) 40 aus Jeder fJpritze getrennt in die Probe hinein zuläßt. Iri den Reaktionsspritzen 18 sind mit Kunststoff überzogene leichte Magnete 25 angeordnet, die durch ein Solenoid 26 in Bewegung gesetzt werden, wobei der Inhalt in der Weise vermischt wird, daß die Einheit 9 einen pulsierenden Strom abgibt, der für eine Aufwärts-und Abwärtsbewegung des Eisenkerns 27 sorgt, der einen Permanentmagneten 28 mitnimmt, dem die Mischmagnete 25 nachfolgen.
• Die Anordnung wird mit den Reagenzien und der' Unterbrechungslösung wie folgt gefüllt: Die Platten 25 und 24, die die Schläuche 21 und 22 nach außen drücken, werden nach unten gepreßt, so daß sich die Schläuche auf den Reagenstrog 37 richten (siehe linke Seite von Fig. 3).
• Gleichzeitig wird ein Hahn 45 in eine Lage gedreht, die das Strömen von Flüssigkeit aus dem Gefäß 4 in die Spritzen 48 zuläßt. Wenn durch Betätigung eines Knopfes 47 der Steuerungseinheit 9 ein Impuls erteilt wird, dreht sich der Stufenmotor 10 und die Flüssigkeit wird in die Spritzen 18 und 48 aufgezogen (die Flüssigkeit bzw. das Unterbrechungsreagens, dem bei einer Eiweißsyntheseuntersuchung zwecks inneren Kontrolle eine Aminosäure zugesetzt werden kann, die unterscheidbar radioaktiv markiert ist, wobei man nach Waschen bzw. Elution durch Verbrennungsanalyse der Probe und Auszählen des (in verschiedenen Flaschen) jeweils gesammelten Tritiums und Kohlenstoff-14 die Wirkung der Wasehphase feststellen kann.
• In dieser Weise wird jedes Reagens eines nach dem anderen in die Spritzen aufgezogen. Da das (magnetische) Vermischen ununterbrochen erfolgt und (ier radioaktive Ausgangsstoff, die Aminosäure, als letzter durch die Schläuche 21 und 22 (die Kapillarrohre sind geleitet sind, ist es möglich, den genauen Anfangsmoment der Reaktion sowie eine quantitative Dosierung der Reagenzien zu erhalten.
• Die Reaktion kann auch in den Spritzen selbst unterbrochen werden, hauptsächlich wird Jedoch in folgender Weise gearbeitet: Der Motor 10 wird zum gewünschten Zeitpunkt entweder durch Drücken eines Knopfes 44 oder völlig automatisch mittels einer Programmacheibe zum Verschieben der Kolben der Spritzen 18 und 48 gebracht, wobei die Probe und die Unterbrechungslösung entleert werden. Die Unterbrechungslögung fließt dabei durch das Endloch einet Konsole 46, wenn die Hähne 45 in eine Lage gedreht worden sind, in der die Nute 40 die Flüssigkeit aus der Spritze 48 in die Konsole 46 und die Reaktionslösung längs einer hier angeordneten Nute 47 zu demselben Punkt leitet, wenn die Schläuche 21 und 22 mittels der Platten 25 und 24 in die entsprechenden Nuten bzw. Rinnen gebogen sind. Das Gemisch wird dann (pneumatisch) in das aufwärtsbewegte Gefäß 5 in durch Platten 51 getrennte Absorptionsplatten 54 eingesaugt, die sich in ihren jeweiligen Absorptionsaushöhlungen bzw. -rinnen 55 befinden und in denen dichte Schichten 32 lockeres Material 55 enthalten, in das die Probe eingesaugt wird. Das Material 55 kann aus einem Gel (z. B. Sephadex) bestehen, wobei die kleinen Moleküle (z. B. die radioaktive Aminosäure) in das Gel eindringen und die großen Moleküle (z. B. das Eiweiß) auf der Oberfläche bleiben, auf dei- sie gefällt werden können. Die lösliche Aminosäure kann durch Spülen entfernt werden. Der Vorteil des Gels liegt darin, daß das Eiweiß nicht als große tasse ausfällt, welche die Aminosäure vom Zugiiff des Waschmittels fernhalten würde.
• Nach Ausfließen der Probe sind die Schläuche 21 und 22 wieder entleert und die folgende Probe wird in cben besch ichener Weise aufgenommen.
• Die Reaktion kann auch dadurch unterbrochen werden, daß die Unterbrechungslösung irr, voraus innerhalb der' wischenplatten absorbiert wird, wobei die Anordnung einfacher wird, aber die genaue Anwendung des inneren Standards nicht möglich ist.
• Nachdem die Probe in den Platten absorbiert ist, entfernt der Transporteur 5 das Absorptionsgefäß 3 von den Spritzen. Die Platten werden dann z. B. mit Trichloressigsäure gewaschen (aus dem Sprit-z- bzw. Sprühapparat 8, der durch Vermittlung der Steuerungseinheit 9 im richtigen Moment in Funktion tritt). Von hier aus gelangen die Proben in den kühlen Raum (6), wo sie abgekühlt werden und zum Waschen entfernt werden können.
• Nach der Behandlung kann der mit den Spritzen 18 versehene, annehmbare innere Rahmen 56 durch einen anderen entsprechenden Rahmen ersetzt werden wobei die paarweise ge-Stellten Endriegel 15 und 19 geöffnet werden; Jedoch besteht auch die Möglichkeit, die gleichen Spritzen zu verwenden, wobei sie auf ihren Plätzen so gewaschen werden, daß die Waschlösungen mehrmals in sie hineingesogen und aus ihnen wieder entfernt werden.

Claims (2)

1. Patentansprüche

   Verfahren zur Dosierung bzw. Abteilung und Umsetzung bzw. Inkubation von Reagenzien und Entnahme von Proben der Reaktionsmischung, d a d u r e h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Reagenzien aus ihren Jeweiligen Gefäßen in inUektionsspritzenähnliche Reaktionsbehalter eingeführt bzw. aufgezogen werden, in denen die Umsetzung bzw. Inkubation der Reagenzien insbesondere unter Bewegung der. Reaktionsmischung eifolgt, von der zu berechneten Zeitpunkten durch Betätigung des Spritzenkolbens in einer oder mehreren Portionen Reaktionsproben entnommen werden; und dpß die entnommenen Proben (der Reaktionsmischung) mit einer die Reaktion unterbrechenden Lösung in Berührung gebracht wi'd, wobei Probe und Unterbrechungslösung entweder getrennt zu demselben Punkt in eine Absorptionsanordnung gegeben werden oder eine Mischung von Probe und Unterbrechungslösung der Genannten Absorptionsanordnung zugeführt wild oder aber daß die Probe zu der genannten Absorptionsanordnung geleitet wird, in der die Unterbrechungslösung bereits im voraus absorbiert wolden ist.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß der Inhalt der Reaktionsspritzen mit einem Magnetrührer vermischt wird, der insbesondere durch einer äußeren Magneten innerhalb der Spritze aut und ab bewegt werden kann.

   3. Verfahren nach Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reagenzien aus auswechselbaren bzw. auszutauschenden zweckmäßig trogförmigen Gefäßen in insbesondere reihenweise angeordneten Reaktionsspritzen eingeleitet werden, wobei die Reagensmenge durch die vorzugsweise gemeinsame oder koordinierte Betätigung der Spritzenkolben geregelt wird.

   4. Verfahren nach Anspr*ichen 1, 2 und 3, d a d u r c h g e k e n n z e i eh n e t , daß zu der gleichen Zeit, in der die Proben aus den Reaktionsspritzen entnommen werden, Reaktionsunterbrechungslösung aus entsprechend angeordneten Spritzen synchron zu demselben Punkt einer Absorptionsplatte geleitet werden, wobei insbesondere Reaktionsspritzenreihen trogförmig angeordneten Absorptionsplattenreihen entapreehen.

   5. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß eine mischung von Unterbrechungslösung und Probe zur Absorptionsplatte geleitet wird.

   6. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 2 und 3, d a d u i c h g e k e n n z e i c h n e t , dcB die Absorptionsplatten bei Vakromolektil synthesenuntersuchungen na ch der Absorption mit Säure bespritzt und die Proben einem kühlen Raum zugeführt werden.

   7. Verfahren nach den Ansprüchen 4, 5 und 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Proben in die Absorptionsplatten absorbiert werden, in welche die Unterbrechungslösung der Reaktion im voraus absorbiert worden ist.

   8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 7, g e k e n n z e i e h n e t d u 1 e h einen Spritzenteil (1) mit einer gewünschten Anzahl von mit Kolben (17) versehenen Reaktionsspritzen (18), in denen Umsetzung bzw. Inkubation der Reagenzien stattfindet; die Reaktionsunterbrechungsflüssigkeit enthaltende Spritzen (48) nebst ihren Kolben; Gefäße(57) für die verschiedenen Reagenzien und einen Behälter (4) für die Unterbrechungsflüssigkeit; Mittel zum Einführen der Reagenzien aus den Gefäßen (37) in die Spritzen (18) und Mittel zum Einführen der Unterbrechungslösung aus dem Behälter (4 in die Spritzen (48); Mittel zum Zuführen der in den beiden Spritztypen (18, 48) enthaltenen Lösung entweder direkt in das Absorptionsgefäß ()) oder zum Zuführen der in der Spritze (48) enthaltenen Unterbrechungslösung zunächst in die Reaktionsspritze (18); Mittel zur automatischen insbesondere koordinierten Betätigung der Kolben beider Spritztypen (18, 48); einen Thermostaten (2) zur Regelung der Temperatur der Reaktionsspritzen (18) während der Umsetzung bzw. Inkubation; sowie eine Steuereinheit (9) zum Steuern des gesamten Systems.

   9. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r C h g e k e ri n -z e i c h n e t , daß die Reaktionsspritzen (18) an einem gemeinsamen Rahmen (36) befestigt sind, der im ganzen austauschbar ist.

   10. Vorrichtung nach Anspiuch 8, g e k e n n z e i c h n e d u r c h einen Transporteur (5) zur Verlagerung des Absorptionsgefäßes (3) unter den Spritzenteil (1) und davon weg.

   11. Vorrichtung nach Ansprüchen 8, 9 und 10, d a d u r c h g e k E n n z e i c h n e t , daß die Reaktionsspritzen (18) Plischmagnete (25) aufweisen, die durch einen außer-halb der Spritzen angeordneten Permanentmagneten (28) bewegt werden, der seinerseits durch ein Solenoid (26) mittels eines am Permanentmagneten (28) befestigten Eisnkerns (27) bewegt wird.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Kolben der' beiden Spritztypen (18, 48) einen gemeinsamen Bewegungsmechanismus haben, der einen Stufenmotor (10) umfaßt.

   der automatisch durch eine Programmscheibe oder Steuereinheit (9) funktioniert in Tätigkeit versetzt bzw. gesteuert wird und der eine bewegliche Platte (30), an der- die Spritzenkolben befestigt sind, in festgesetztem Maße verschiebt;.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Reagenzien aus den wechselweise auszutauschenden, zweckmäßig tr-ogförmigen Gefäßen (37) in die Spritzen (18) einführbar sind, wobei die Reagerismerige durch die Bewegung derl Kolben (17) der' Spritzen (18) geregelt wird.

   14. Vorrichtung nach Anspruch 13, d a d u r- c h g e k e n n zeichnet, daß die Reaktionsspritzen (18) austauschbare Einweg-Spritzen, sind.

   15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß sie zum Einleiten der Unterbrechungslösung aus dem gemeinsamen Gefäß (4) in die entsprechenden Spritzen (48) und zum hntfernen derselben aus jeder Spritze (48; getrennt mit einem Hahn (45) versehen Ist.

   16. Vorrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß das Abso ptionsgefäß (3) aus Absor'ptionsplatten (54) besteht, die durch Zwischenplatten (31) getrennt In ihren Jeweiliger, Absorptionsrinnen (53) angeordnet sind.

   17. Vorrichtung nach Anspruch 16, d a d u # c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Absorptionsplatte (54) aus dichten Flächenschichten (32) und dazwischen liegendem lockeren Material (33) besteht, das bei Makromolekülsynthesenuntersuchungen durch ein Ge gebildet wird.