DE2719234C2 - Mehrkanalsystem zur Handhabung von immobilisierten, biologisch-aktiven Substanzen - Google Patents

Description

a) eine horizontal angeordnete Aufnahmeplatte, weiche an beiden Enden offene, die immobilisierten, biologisch-aktiven Substanzen enthaltenden Probenröhrchen (30) in regelmäßiger Ordnung trägt,

bj eine über der Aufnahmeplatte angeordnete Adapterplatte (10) mit Fassungen (12). in welchen die Probenröhrchen (30) durch Klemmanschluß festgehalten werden, wenn Aufnahmeplatte und Adapterplatte (10) bis auf eine entsprechende Distanz gegeneinander gefahren werden,

c) eine Vielzahl von Kanälen (18), die enger sind als die Fassungen (12) und über die jede der Fassungen (12) mit einer einzigen Mehrkanalverdrängerpumpe verbunden ist, die wahlweise als Saug- oder Druckpumpe arbeitet,

d) eine Trägerplatte (22), auf der sich Aufnahmen (28) für die zu analysierenden flüssigen Proben in einer den Probenröhrchen (30) entsprechenden Ordnung befinden und

e) einer Vorrichtung, in der die Aufnahmeplatte so angeordnet ist. daß sie gegjn die Trägerplatte (22) ausgewechselt wurden kann.

2. Mehrkanalsystem nach Ansp. jch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte (22) mit Bohrungen (24) versehen ist und auf die Trägerplatte (22) eine Folie (26) aufgelegt ist. die an den Stellen der Bohrungen (24) Vertiefungen (28) zur Aufnahme der flüssigen Proben aufweist, wobei die Vertiefungen (28) auf dem Boden der Bohrungen (24) nicht aufliegen.

3. Mehrkanalsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenröhrchen (30) aus einem flexiblen Material bestehen und sich nach oben konisch erweitern und die Fassungen (12) einen trichterförmigen Einführbereich (14) und einen zylindrischen Haltebereich (16) besitzen, dessen Durchmesser kleiner als der größte Außendurchmesser der Probenröhrchen (30) ist.

4. Mehrkanalsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenröhrchen (30) eine solche Länge aufweisen, daß sie nach Entfernung der Trägerplatte (22) durch Schrägstellen aus den Fassungen (12) lösbar sind.

5. Mehrkanalsystem nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenröhrchen (30) mit einer am Außenumfang angeformten Schulter (32) auf dem Rand von in der Aufnahmeplatte angeordneten Bohrungen aufsitzen.

6. Mehrkanalsystem nach einem der Ansprüche I bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrkanalverdrängerpumpe eine vorwärts und rückwärts laufende Schlauchpumpe ist.

7. Mehrkanalsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrkanalverdrängerpumpe aus einer Reihe gemeinsam betätigter Kolben-Zylindereinheiten besteht, die über Schläuche milden Fassungen (12) der Adapterplatte

(10) verbunden sind.

8. Mehrkanalsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Kolben einerseits und Zylinder andererseits auf parallel gegeneinander verschiebbaren Platten montiert sind.

9. Mehrkanalsystem nach Anspruch 7 oder 8. dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben-Zyündereinheiten luftdichte Präzisionsspritzen sind.

10. Mehrkanalsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in jede der Fassungen (12) e'iR zweiter Kanal mündet, der mit einer zweiten Mehrkanalverdrängerpumpe verbunden ist.

Die Erfindung betrifft ein Mehrkanalsystem zur Handhabung von immobilisierten, biologisch-aktiven Substanzen, bei dem mehrere Probenröhrchen mit wenigstens einer Reaktionsflüssigkeit beaufschlagt werden.

Mit Vorrichtungen der eingangs bezeichneten Art kann beispielsweise der Hormongehalt von menschlichem Serum bestimmt werden. In Krankenhäusern muß eine große Zahl solcher oder ähnlicher Bestimmungen in möglichst kurzer Zek durchgeführt werden. Eine Automatisierung derartiger Vorrichtungen bietet sich somit an.
Die bisher bekannten Vorrichtungen, wie Pipettierautomaten oder auch automatisierte Durchflußsysteme weisen jedoch alle den großen Nachteil auf. daß sie nur seriell arbeiten. Da jede zu analysierende Probe einer Reihe von Verfahrensschritten unterzogen werden muß, wie Pipettieren. Zentrifugieren. Inkoniaktbringcn mit einer Reaktionsflüssigkeit etc. ist es bisher nicht gelungen, eine Vorrichtung zu schaffen, welche eine größere Anzahl Proben gleichzeitig zueinander den benötigten Behandlungsschritten unterwirft.

Die Einführung der sogenannten »solid-phasew-Technik, bei der die zu untersuchende flüssige Probe mit einem festen teilchenförmigen Stoff, einer immobilisierten, biologisch-aktiven Substanz in Kontakt gebracht wird, ermöglichte zwar die Anwendung eines Durchflußsystems, wodurch das Analyseverfahren stark vcreinfacht und seine Handhabung erleichtert wurde. Die Geschwindigkeit bzw. Kapazität dieser Technik wird aber letztlich auch wieder dadurch begrenzt, daß die einzelnen Proben nacheinander behandelt werden müssen.

so Zur Durchführung des sogenannten Radioimmunoassay ist es aus »Applied Microbiology«, Band 25. Nr. 4. 1973, Seite 567—573 bekannt, die Antigenproben in den Mulden einer Titerplatte aus Kunststoff zu immobilisieren und nach Zugabe des radioaktiv markierten Antikörpers und Spülen die Platte in die einzelnen Mulden zu zerschneiden und deren Radioaktivität zu bestimmen. Das Spülen und Zerschneiden der Platte ist umständlich und führt darüber hinaus leicht zu Kontaminationen.

Um für chemische Anlagen zahlreiche kleine Flüssigkeitsmengen von verschiedenen Gefäßen in andere Gefäße überzuführen, ist es weiterhin aus der DE-OS 21 14 108 bekannt, eine Vielzahl von Spritzen durch Stege miteinander zu verbinden und die Kolben aller Sprnzen mit einer einzigen Vorrichtung zu betätigen.

Der Erfindung, wie sie im Anspruch ! gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung /ti schaffen, mit der gleichzeitig und parallel zueinander

eine größere Anzahl von Proben mittels immobilisierter, biologisch-aktiver Substanzen weitgehend automatisch und insbesondere ohne Kontamination analysiert werden können.

Durch die Erfindung wird ein echtes Mehrkanalsystem geschaffen, bei dem ein auf einer Aufnahmeplatte etwa matrixförmig angeordnetes Feld von Probenröhrchen gleichzeitig und in einem Schritt mit einer Adapterplatte verbunden wird und durch Auswechseln der Aufnahmeplatte gegen eine Trägerplatte jedes der Probenröhrchen mit einer zu analysierenden Probe in Kontakt gebracht wird. Durch entsprechende Schaltschritte der vorwärts und rückwärts laufenden Verdrängerpumpe wird die Probe zunächst in das Probenröbrchen eingesaugt und kann dann mit verschiedenen Reaktionsflüssigkeiten behandelt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Trägerplatte mit Bohrungen versehen und auf die Trägerplaue ist eine Folie aufgelegt, die an den Stellen der Bohrungen Vertiefungen zur Aufnahme der flüssigen Proben aufweist wobei die Vertiefungen auf dem Böden der Bohrungen nicht aufliegen. Durch die Verwendung einer »Wegwerf-Folie« zur Aufnahme der Proben wird das Analyseverfahren weiter beschleunigt, da ein umständliches Reinigen von Probegefäßen entfällt

Vorzugsweise bestehen die Probenröhrchen aus einem flexiblen Material und erweitern sich nach oben konisch und besitzen die Fassungen einen trichterförmigen Einführbereich und einen zylindrischen Haltebereich, dessen Durchmesser kleiner als der größte Außendurchmesser der Proben ist Mit diesen Merkmalen wird eine zuverlässige Verbindung der Probenröhrchen mit der Adapterplatte erreicht. Beim Durchströmen der Probenröhrchen kann infolge des hohen Strömungswiderstandes der Probe in den Röhrchen ein erheblicher Druck auftreten, der eine absolut feste Verbindung zwischen Röhrchen und Adapterplatte erforderlich macht.

Vorteilhaft weisen die Probenröhrchen eine solche Länge auf, daß sie nach der Entfernung der Trägerplatte durch Schrägstellen aus den Fassungen lösbar sind. Diese Merkmale ermöglichen ein gemeinsames Erfassen aller in einer geraden Linie angeordneten Probenröhrchen durch ein geeignetes Gestell, wobei durch ein Verschwenken des Gestells aus der senkrechten Ebene ein Schrägstellen der Probenröhrchen erfolgt, wodurch der Klemmschluß gelöst und die Röhrchen in das Gestell fallen. Eine Berührung der Probenröhrchen von Hand wird ebenso wie eine Verwuchslungsgefahr vermieden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Probenröhrchen an ihrem Außenumfang eine angeformie Schulter auf, die auf dem Rand von in der Aufnahmeplatit angeordneten Bohrungen aufsitzt. Das Einführen der Röhrchen in die Adapterplatte muß mit einer bestimmten Kraft erfolgen, um den Klemmschluß zuverlässig herzustellen. Durch die Schulter am Außenumfang des Röhrchens wird verhindert, daß sich das Röhrchen unter Einwirkung der genannten Kraft in der Aufnahmepialte verklemmt.

Die Verdrängungspumpe kann eine vorwärts und rückwäris laufende Schlauchpumpe sein, vorzugsweise besteht sie jedoch aus einer Reihe gemeinsam betätigter Kolben-Zylindereinheiten, die über Schläuche mit den Fassungen der Adapterplatte verbunden sind. Vorteilhaft sind die Kolben einerseits und die Zylinder andererseits auf parallel gegeneinander verschiebbaren Platten montiert. Dadurch wird eine absolut synchrone und genaue Führung der Kolben Zylindereinheiten gewährleistet. Eine besonders einfache Konstruktion ergibt sich, wenn die Kolben-Zylindereinheiten luftdichte Präzisionsspritzen sind.

Für bestimmte Analysen kann es erforderlich sein, die Probe mit zwei Reaktionsflüssigkeiten getrennt zu beaufschlagen. Dafür mündet in jede der Fassungen ein zweiter enger Kanal, der mit einer zweiten Mehrkanalverdrängerpumpe verbunden ist. Durch diesen zusätzlichen Kanal kann eine zweite Reaktionsflüssigkeit unabhängig von der ersten zugegeben werden.

ίο Nachfolgend ist eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen schematischen Querschnitt durch zwei wesentliche Teile der Vorrichtung.

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer stationären und horizontal angeordneten Adapterplatte 10. Auf der Unterseite der Adapterplatte 10 sind mehrere Fassungen 12 in bestimmter geometrischer Anordnung ausgebildet Die Fassungen 12 sind in der Regel mit geeignetem Abstand zueinander in den Kreuzungspunkten eines sich senkrecht überschuridendcn Liniennetzes angeordnet.

Die Fassungen 12 bestehen aus einem trichterförmigen Einführbereich 14 und einem zylindrischen Haltebereich 16. An den Haltebereich 16 schließt sich nach oben ein engp<- Kanal 18 an, der in eine mit Innengewinde versehene Bohrung 20 führt. In die Bohrung 20 kann ein entsprechend ausgebildeter Adapterpfropfen eingeschraubt werden, in dessen Mittelachse sich ein Schlauch befindet, dessen Durchmesser etwa dem des Kanals 18 entspricht. Wenn der Adapterpfropfen in die Bohrung 20 eingeschraubt ist, schließt Kanal 18 unmittelbar an den in der Mitte des Pfropfens angeordneten Schlauch (nicht gezeigt) an. Die Schläuche, die einerseits mit den Adapterpfrcpfen verbunden sind, sind mit ihrem anderen Ende mit je einem Zylinderraum einer nicht gezeigten Kolben-Zylindereinheit verbunden. Die Zahl der separaten Kolben-Zylindereinheiten entspricht somit genau der Zahl der Bohrungen 20 bz>v. de-· der Fassungen 12.

Die Kolben einerseits und die Zylinder andererseits sind jeweils auf getrennten parallel zueinander ausgerichteten Platten montiert, wobei die eine Platte gegen die andere parallel verschiebbar geführt ist. Die Verschiebung wird beispielsweise über einen Spindcltrieb vorgenommen und von einer entsprechenden Steuereinrichtung überwacht. Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung wurden luftdichte Präzisionsspritzen mit bestem Erfolg als Kolben-Zylindereinheiten eingesetzt. Das Volumen der Zylinder ist so bemessen, daß es für mehrere Analysen ausreicht.

Unterhalb der Adapierplatte 10 ist ebenfalls horizontal eine Trägerplatte 22 angeordnet. Die Trägerplatte 22 kann, v.ie durch einen Doppelpfeil angedeutet, in vertikaler Richtung verstellt werden. Die Verstellung erfolgt beispielsweise hydraulisch und wird von einer geeigneten Steuereinrichtung hinsichtlich Hub, Takt und Zustellgeschwindigkeit überwacht. In der Trägerplatte 22 sind Bohrungen 24 angeordnet, deren Mittelachsen mit den Mittelachsen der Fassungen 12 übereinstimmen. Jeder Fassung 12 ist somit in ausgefluchteter Lage eine Bohrung 24 zugeordnet. Auf der Oberfläche der Trägerplatte 22 liegt eine Folie 26 mit schlüsselförmigen Vertiefungen 28, welche zunächst die Probenflüssigkeit aufnehmen. Es ist dabei von Bedeutung, daß die Verticfungen 28 frei in den Bohrungen 24 hängen und da die Folie aus einem flexiblen Kunststoff besteht, bei Druckbeaufschlagung etwas ausweichen können.

In die Fassungen 12 bzw. deren zylindrischen Halte-

bereich 16 sind Probenröhrchen 30 eingeschoben und werden dort durch Klernmschluß festgehalten. Der obere Außendurchmesser der Probenröhrchen ist geringfügig größer als der lichte Durchmesser des Haltebereichs 16. Bei einem Einschieben der Probenröhrchen 30 in die Fassungen kommt es daher zu einer Verformung des oberen Teils der Probenröhrchen 30, wodurch eine solche Haltekraft erzeugt wird, daß die Röhrchen auch bei Druckbeaufschlagung sicher in ihren Fassungen 12 gehalten werden.

Die Trägerplatte 22 kann gegen eine nicht gezeigte Aufnahmeplatte ausgewechselt werden. In der Aufnahmeplatte befindet sich eine Reihe von Bohrungen, deren Mittelachsen ebenfalls mit den Mittelachsen der Fassungen 12 zusammenfallen. Der Durchmesser der Boh- rungcn ist so gewählt, daß der untere Teil der Probenröhrchen 30 mit Spiel in die Bohrungen eingeführt werden kann. An den Probenröhrchen 30 ist im unteren Bereich eine Schulter 32 angeformt, die auf dem Rand der Bohrungen der Aufnahmeplatte aufliegt und verhinden. daß bei einem axial von oben auf die Probenröhrchen einwirkenden Druck diese sich in den Bohrungen der Aufnahmeplatte verkeilen.

Das Einbringen der vorbereiteten, d. h. mit einer festen biologisch-aktiven Substanz gefüllten Probenröhr- 2s chen in die Adapterplatte 10 geschieht folgendermaßen. Die Probenröhrchen 30 werden zunächst in die Bohrungen der nicht gezeigten Aufnahmeplatte gesteckt. Die Aufnahmeplatte wird dann auf die ebenfalls nicht gezeigte Führung bzw. Halterung der hydraulischen He- beeinrichtung der Vorrichtung aufgelegt, wobei die Mittelachsen der Bohrung und die Mittelachsen der Fassungen 12 zusammenfallen. Bei einem Hochfahren der Aufnahmeplatte wird der obere Rand der Probenröhrchen 30 vom Einführbereich 14 der Fassungen 12 erfaßt und gelangt schließlich in den zylindrischen Haltebereich 16, in den die Probenröhrchen 30 bis zum oberen Anschlag hineingeschoben werden. Anschließend fährt die Aufnahmcplattc wieder nach unten, wobei die Probenröhrchen 30 in den Fassungen 12 hängen bleiben, da sich Aufnahmeplatte und Probenröhrchen 30 infolge der Funktion von Schulter32 nicht verklemmen konnten.

Nach dem Einführen der Probenröhrchen 30 wird die nicht gezeigte Aufnahmeplatte aus der Vorrichtung herausgenommen und gegen die Trägerplatte 22 ausge- wechselt, auf der Folie 26 aufliegt, wobei sich in den Vertiefungen 28 jeweils die Scrumproben befinden. Die Trägerplatte 22 wird von der nicht gezeigten Hubeinrichtung nach oben gefahren, bis das untere Ende der Probenröhrchen 30 auf dem Boden der Vertiefungen 28 aufsitzt, wobei der Boden leicht verformt wird

Als nächster Schritt erfolgt ein Aufsaugen der Serumproben in die Probenröhrchen 30. Zu diesem Zweck werden die Kolben der Präzisionsspritzen etwas zurückgezogen, was zur Entstehung eines Unterdrucks im Inneren der Röhrchen und damit zu einem Aufsaugen der flüssigen Probe in den Röhrchen führt. Handelt es sich beispielsweise um die Bestimmung des Hormonanteils im Blutserum, wobei die biologisch-aktive Substanz trockenes Antikörperpulver ist. folgt anschließend ein PausenintervalL in welchem das Antikörperpulver mit der Serumprobe zu einem Gel aufquillt und die Reaktion des Antikörpers mit dem zu bestimmenden und markierten Hormon stattfindet.

Nach Abiauf der benötigten Reaktionszeit werden die Kolben der Präzisionsspritzen wieder vorwärts bewegt, was zu einem Durchspülen der Probenröhrchen 30 führt.

Das Durchspülen mit einer Flüssigkeit führi zu einer Eluierung der Probe, d. h. zu einem Ausspülen des nicht antikörpergebundenen, markierten und nicht markierten Hormonanteils.

Die Adapterplatte 10 kann dafür so modifiziert werden, daß statt dem einen Kanal 18 zwei solche Kanäle in die Fassung 12 einmünden. Der zweite Kanal ist mn einer zweiten separaten Verdrängungspumpe verbunden und kann somit völlig unabhängig beschickt werden. In diesem Fall wird zunächst die Tracerlösung in die Probe eingepumpt, eine bestimmte Zeit einwirken gelassen und erst danach über Kanal 18 eine Pufferlösung aufgegeben, mit welcher die Probe eluiert und eine Trennung des gebundenen und nicht gebundenen Tracers bewerkstelligt wird.

Entweder bereits vor oder nach Beendigung der EIution wird die Trägerplatte 22 nach abwärts gefahren, so daß die Probenröhrchen 30 frei unter der Adapterplatte hängen. Die Probenröhrchen 30 werden nun mit einem besonders ausgebildeten Probenröhrchenhalter erfaßt, aus den Fassungen 12 der Adapterplatte 10 gelöst und zur weiteren Analyse in eine Vorrichtung zur Bestimmung der Radioaktivität der Proben verbracht.

Der Probenröhrchenhalter zum Herauslösen der Probenröhrchen 30 ist beispielsweise so beschaffen, daß er Halterungen für die Probenröhrchen vorsieht, die entlang einer Linie angeordnet sind und deren Mittelachsen mit den Mittelachsen der Fassungen 12 die in einer geraden Linie angeordnet sind, übereinstimmen. Der Halter wird dann von unten über die Probenröhrchen 30 geschoben und nach Anschlag an der Adapterplatte 10 soweit aus der Mittelebene herausverschwenkt, daß sich die Probenröhrchen aus den Fassungen 12 lösen. Dies wird einerseits durch das flexible Material ermöglicht, aus dem die Probenröhrchen 30 bestehen und andererseits durch die ausreichende Länge der Probenröhrchen 30, die eine entsprechende Hcbeiwirkung ermöglich!.

Diese Art der Entnahme der Probenröhrchen 30 aus der Adapterplatte 10 verhindert einer Verwechslung oder Vertauschung der Probenröhrchen 30 wie auch eine Kontamination.

Die beschriebene Funktionsweise der Vorrichtung kann im Hinblick auf die jeweils benötigte Analyse selbstverständlich abgewandelt werden. Auch die Anzahl der in einer Adapterplatte 10 angeordneten Röhrchen kann beliebig variiert werden. Es wurden bereits Mehrkanalpumpen mit bis zu 92 Kanälen entwickelt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Mehrkanalsystem zur Handhabung von immobilisierten biologisch-aktiven Substanzen, bei dem mehrere Probenröhrchen mit wenigstens einer Reaktionsflüssigkeit beaufschlagt werden, gekennzeichnet durch