DE3129185A1

DE3129185A1 - Verfahren und vorrichtung zum gesteuerten vermischen von substanzen ohne in das mischgut eindringende mechanische mittel

Info

Publication number: DE3129185A1
Application number: DE19813129185
Authority: DE
Inventors: Jack M. 10541 Mahopac N.Y. Olich
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1980-08-04
Filing date: 1981-07-24
Publication date: 1982-04-08
Also published as: CA1167437A; GB2081118A; NL8102718A; AU7206781A; FR2487695B1; GB2081118B; SE8104627L; IT8167765A0; FR2487695A1; BE889524A; IT1144592B; JPH0140649B2; JPS5742325A

Description

TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y., VStA

Verfahren und Vorrichtung zum gesteuerten Vermischen von Substanzen ohne in das Mischgut eindringende mechanische Mittel

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum gleichzeitigen, gesteuerten Vermischen mehrerer Substanzen in einzelnen Behältern ohne in das Mischgut eindringende mechanische Mittel und insbesondere das automatisierte Vermischen von Substanzen während des Betriebes von automatisierten analytischen Apparaturen.

Es ist bereits eine große Anzahl verschiedener Mischvorrichtungen und -verfahren bekannt, bei denen mit in das Mischgut eindringenden mechanischen Mitteln gearbeitet wird, beispielsweise durch Eintauchen mechanischer Mittel, wie Blätter oder Rührer, in die zu vermischenden Substanzen. Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen sind beispielsweise in modernen automatisierten Probenanalyseapparaturen oder -systemen, in denen teilchenförmige Reagenzien verwendet werden, weniger als geeignet. Insbesondere können bei der Verwendung derartiger in das Mischgut eindringender Mischhilfsmittel folgende Nachteile entstehen: (a) Es kann eine gegenseitige Verunreinigung zwischen Proben erfolgen, dadurch daß ein Rest von einer vorhergehenden Probe, der auf dem Mischhilfsmittel verblieben ist, in eine nachfolgende Probe gelangt; (b) es kann eine Verdünnung der Proben erfolgen, dadurch daß ein Rest einer Waschflüssigkeit, die auf dem Mischhilfsmittel nach dem Waschen verblieben ist, wie in der US-PS 3 13^· 263 beschrieben, in die Proben eingeführt wird; und bzw. oder (c) die verhältnismäßig empfindliche chemische Umsetzung kann durch mechanische Störung unterbrochen und dadurch die Genauigkeit der Analysenergebnisse beeinträchtigt werden. Außerdem würde die Ver-

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wendung einer Anzahl in das Mischgut eindringender Mischhilfsmittel entschieden unpraktisch sein, zumal ja bestimmte automatisierte analytische Einrichtungen das kontinuierliche Mischen einer Anzahl von Kombinationen aus Probe und Reagenz, die in einzelnen offenen Behältern, gehaltert auf einem auf eine Teilmarke einstellbaren Drehtisch, vorliegen, erfordern.

Obwohl weiter eine Vielzahl von Verfahren und Vorrichtungen bekannt ist, bei denen in das Mischgut keine mechanischen Hilfsmittel eindringen, bei denen also das Vermischen von Substanzen dadurch bewirkt wird, daß eine oder mehrere Bewegungen des Behälters, in dem sich das Mischgut befindet, hervorgerufen werden, eignen sich diese Verfahren und Vorrichtungen nicht zur Verwendung bei automatisierten analytischen Vorrichtungen. Beispielsweise ist die Farbenmischvorrichtung und das dazugehörige Verfahren gemäß US-PS 3 542 344 im Betrieb auf geschlossene Behälter beschränkt, die von Hand auf die Mischvorrichtung -aufgesetzt und davon entfernt werden müssen, weshalb dieses Verfahren bzw. diese Vorrichtung ungeeignet zur Verwendung für das kontinuierliche und gleichzeitige Mischen einer Anzahl offener, unabhängiger Probenbehälter ist, die von einem markierten Drehtisch gehaltert werden. In ähnlicher Weise läßt sich die Probenbehandlungsvorrichtung gemäß US-PS 4 007 011, wenngleich sie sich auf einen auf eine Teilmarke einstellbaren Drehtisch bezieht, der eine Anzahl unabhängiger Probenbehälter haltert, nur zum periodischen Schütteln (Oszillierenlassen) des Drehtisches und damit der Behälter, beispielsweise bei der Beendigung jedes Markierungsarbeitsganges, betreiben. Die erzielte Mischwirkung ist weniger als zufriedenstellend bei einer Verwendung in automatisierten Analysegeräten, bei denen teilchenförmige Reagenzien verwendet werden. Auch die aus der US-PS 3 528 544 bekannte Flüssigkeitsinspektionsmethode umfaßt die Verwendung eines auf eine Teilmarke einstellbaren Dreh-

tisches, auf dem eine Anzahl geschlossener Ampullen drehbar angeordnet ist und diskontinuierlich und nach ausgewählten Gruppen durch eine Anzahl Riemenantriebe in verschiedenen Richtungen und mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten rotierengelassen wird. Die Diskontinuierlichkeit bei der Drehbewegung führt hier wiederum in Verbindung mit der Kompliziertheit der Riemenantriebe und der Strukturen zum Haltern der Ampullen dazu, daß eine derartige Vorrichtung für einen Betrieb in einer automatisierten Analysevorrichtung der oben erörterten Art als wenig zufriedenstellend bezeichnet werden muß.

Ziel der Erfindung ist daher die Schaffung einer neuen, verbesserten Vorrichtung sowie eines entsprechenden Verfahrens zum gesteuerten, kontinuierlichen Vermischen teilchenförmiger Substanzen mit einem flüssigen Medium ohne in das Mischgut eindringende mechanische Mittel, wobei sich Vorrichtung und Verfahren insbesondere für eine Verwendung bzw. Anwendung in Verbindung mit automatisierten Analysevorrichtungen eignen, bei denen das kontinuierliche, gleichzeitige Vermischen einer oder mehrerer teilchenförmiger Substanzen oder Reagenzien mit einem flüssigen Medium mit gesteuerter Mischgeschwindigkeit erforderlich ist.

Ziel der Erfindung ist weiterhin die Schaffung eines Mischverfahrens bzw. einer Mischvorrichtung, die Immunoassays auf der Grundlage von Teilchenagglutinierung gleichzeitig in einer Anzahl von Behältern ablaufen lassen, die auf einem auf eine Teilmarke einstellbaren Drehtisch gehaltert sind.

Schließlich ist Ziel der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung bzw. eines Verfahrens mit verhältnismäßig einfachem Bau bzw. einfacher Arbeitsweise, die lediglich die Verwendung leicht zugänglicher Bestandteile von erwiesener Zuverlässigkeit erfordern, um auf diese Weise bei maximaler Zuverlässigkeit die Kosten auf ein Mindestmaß herabzudrücken.

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Gegenstand der Erfindung ist die in Anspruch 1 gekennzeichnete Vorrichtung sowie das in Anspruch 15 gekennzeichnete Verfahren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen somit das kontinuierliche Vermischen von Substanzen, die in einer Anzahl oben offener, im allgemeinen zylindrischer Behälter enthalten sind, die allgemein kreisförmig auf einem auf eine Teilmarke einstellbaren kreisförmigen Drehtisch angeordnet sind.. Jeder der Behälter wird auf dem Drehtisch zum Rotierenlassen um seine Achse gehaltert. Der Drehtisch bildet einen Bestandteil eines Probenehmers einer automatischen Analysenvorrichtung, die derart betreibbar ist, daß sie Proben, die in den einzelnen Behältern umgesetzt werden, quantitativ analysiert, beispielsweise durch Teilchenagglutinierungsmethoden, wie weiter unten beschrieben. Um das Mischen zu bewirken, wird eine Antriebsscheibe, die jeden der Behälter reibend berührt, kontinuierlich und alternierend in jeweils entgegengesetzten Richtungen, d.h. abwechselnd im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn, angetrieben, um jeden der Behälter gleichzeitig und in alternierend entgegengesetzter Richtung mit vorherbestimmter Drehgeschwindigkeit und während einer vorherbestimmten Zeitdauer um seine Achse zu drehen. Die Umkehrung der Drehrichtung der Behälter erfolgt kontinuierlich - selbst während des Weiterstellens des Drehtisches auf eine Teilmarke - , um die Vervollständigung der Umsetzung unter gleichzeitiger Maximierung der Genauigkeit der Analysenergebnisse zu beschleunigen. Eine derartige Mischmethode findet ihre Anwendung besonders dort, wo teilchenförmige Reagenzien verwendet werden, wie beispielsweise zur Durchführung von Immunoassays durch Teilchenagglutinierung. Es wurde gefunden, daß ein derartiges Vermischen die Wahrscheinlichkeit der Berührung der teilchenförmigen Reagenzien außerordentlich erhöht, so daß die Vervollständigung der Umsetzung beschleunigt wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher beschrieben, worin

F I G , 1 eine Draufsicht einer Vorrichtung, die erfindungsgemäß aufgebaut und betreibbar ist und weggeschnittene Teile sowie eine allgemeine schematische Darstellung der Proben- und Reagenzaufnahme und -beförderungsmittel sowie Analysiereinrichtungen für die Probe aufweist;

F I G . 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 von Fig. 1, der die Antriebsmittel allgemein und schematisch zeigt; und

F I 6 . 3 ein Diagramm, auf dem die Reagenzglasdrehgeschwindigkeit gegen die Zeit aufgetragen ist,

darstellen.

Gemäß Fig. 1 und 2, die eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung darstellen, umfaßt ein allgemein mit 10 bezeichneter, auf eine Teilmarke einstellbarer Probenehmer eine zentrale Achse 12, die nicht drehbar durch eine feste Halterungsplatte 14 und eine daran befestigte Grundplatte 16 gehaltert wird.

Ein auf eine Teilmarke einstellbarer, kreisförmiger Drehtisch 18 ist um die Achse 12 durch auf eine Teilmarke einstellende Antriebsmittel 20 schrittweise drehbar. Die auf eine Teilmarke einstellenden Antriebsmittel 20 umfassen eine Antriebsnabe 22, die zur Drehung um Achse 12 von einem Axialdrucklager 24 gehaltert ist. Auf der Achse 12 ist drehbar eine Antriebsbüchse 26 angeordnet, deren oberes bzw. unteres Ende fest mit der Unterseite des Drehtisches 18 bzw. der Oberseite der Antriebsnabe 22 verbunden ist. Auf dem Umfang der Antriebsnabe 22 ist ein Schraubenzahnkranz 28 vorgesehen, der mit einem die Nabe 22 antreibenden Spindel-

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trieb 30 in Eingriff steht, der seinerseits von einem Schrittmotor 32 angetrieben wird. Auf diese Weise führt eine periodische Einschaltung des Schrittmotors 32 zu einer schrittweise erfolgenden Drehung des Drehtisches 18 cder eine Einstellung des Drehtisches 18 auf eine Teilmarke um die Halterungsachse. 12, wie in Fig. 1 durch den Pfeilck angedeutet ist.

Eine allgemein kreisförmige Anordnung der Öffnungen 34 zum Einsetzen der Reagenzgläser ist, wie dargestellt, im Drehtisch 18 angrenzend an seinen Umfang vorgesehen, und in jeder Öffnung ist ein allgemein zylindrisches, mit einem überstehenden Rand versehenes Lager 36 aus geeignetem, reibungsarmem Material, wie beispielsweise Nylon, angeordnet.

Ein ringförmiger Halterungsboden 38 wird, wie dargestellt, von dem Drehtisch 18 durch am Umfang voneinander im Abstand angeordnete Halterungen 40 getragen. Vorzugsweise wird der Halterungsboden 38 an den Halterungen 40 in leicht abnehmbarer Weise befestigt, damit der Probenehmer 10 bequem auseinandergenommen werden kann.

Jedes Reagenzglas 42 ist in einem Lager 36 angeordnet, damit es sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn um seine Achse gedreht werden kann, wie durch den Pfeil ρ in Fig. 1 angedeutet ist. Der Boden des Reagenzglases ruht in einer "Vertiefung 44, die in die Oberfläche 46 des Halterungsbodens 38 geformt ist. .Vorzugsweise ist der Halterungsboden 38 aus reibungsarmem Material, beispielsweise Nylon, hergestellt, um die Reibung und die damit verbundene Möglichkeit einer unerwünschten Erhitzung des Reagenzglases auf ein Minimum herabzudrücken. Alternativ können in die Vertiefungen 44 tassenförmige Lager eingesetzt werden, die als reibungsarme Halterungen dienen können, wie in bezug auf die Reagenzgläser 42 in jedem Einzelfall beschrieben.

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Mit der Bezugszahl 50 sind allgemein Mittel bezeichnet, die erfindungsgemäß zum Bewirken der genau gesteuerten, in zwei Richtungen geführten Drehung der Reagenzgläser 42 betreibbar sind. Sie umfassen eine angetriebene Scheibe 52 und eine damit verbundene Antriebsnabe 54, die, wie dargestellt, zur Drehung in Form einer Einheit um die Antriebsbüchse 26 herum montiert sind. Die Scheibe 52 ruht auf der oberen Fläche der Antriebsnabe 22, wobei eine relative Drehung zwischen diesen Teilen vollständig ermöglicht ist.

An die Nabe 54 ist durch einen Befestigungsring 58 und im Abstand voneinander angeordnete Befestigungsmittel 60 eine ringförmige Antriebsscheibe 56 befestigt. Die Antriebsscheibe 56 ist aus geeignetem starrem Material mit hoher Oberflächenreibung, beispielsweise Siliconkautschuk, hergestellt. Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, steht der Umfang der Antriebsscheibe 56 in festem Kontakt mit den Seitenwänden jedes Reagenzglases 42, so daß eine Drehung der Antriebsscheibe 56 im Uhrzeigersinn, wie in Fig. 1 dargestellt, zu der gleichzeitigen Drehung sämtlicher Reagenzgläser 42 mit derselben Rotationsgeschwindigkeit entgegen dem Uhrzeigersinn um ihre Achsen führt. Entsprechend führt die Drehung der Antriebsscheibe 56 entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in Fig. 1 dargestellt, zur gleichzeitigen Drehung sämtlicher Reagenzgläser 42 im Uhrzeigersinn. Zufolge des beträchtlich größeren Durchmessers der Antriebsscheibe 56 ist die Rotationsgeschwindigkeit der Reagenzgläser 42 in allen Fällen wesentlich größer als diejenige der Antriebsscheibe, so daß ein gründliches Vermischen der Substanzen in den Reagenzgläsern, wie weiter unten im einzelnen näher beschrieben, erzielt wird, ohne daß es notwendig ist, die angetriebene Scheibe 52, die Antriebsnabe 54 und die Antriebsscheibe 56 in möglicherweise schwerfälliger Weise mit hoher Geschwindigkeit rotieren zu lassen.

Wenngleich mit der Ausnahme des Axialdrucklagers 24 nicht dargestellt, können selbstverständlich alle möglichen geeigneten Lager vorgesehen werden - je nach den Notwendigkeiten, die sich durch die verschiedenen gegeneinander drehbaren Komponenten des Probenehmers 10 ergeben.

Zum Drehen einer Riemenscheibe 64 ist ein umschaltbarer elektrischer Antriebsmotor 62 mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten betreibbar. Die Riemenscheibe 64 wird durch einen Antriebsriemen 66 mit der angetriebenen Scheibe 52 zur Drehung der letzteren gemäß der Einschaltung des Antriebsmotors 62 verbunden. Als Folge davon führt das Einschalten des Antriebsmotors 62 zum Antrieb der Scheibe 52, der Antriebsnabe 54 und der Antriebsscheibe 56 und damit zur gleichzeitigen Drehung jedes der Reagenzgläser 42 um seine Achse, wie beschrieben. Der beträchtliche Unterschied in den Durchmessern der Scheiben 64 und 52 erlaubt es, den Antriebsmotor 68 bei wirksameren, höheren Drehgeschwindigkeiten zu betreiben, ohne daß es zu einer überschnellen Drehung der Antriebsscheibe 56 oder der Reagenzgläser 42 kommt. Die Drehmomentsverstärkung des Antriebsmotors, die aus der Differenz der Scheibendurchmesser resultiert, erlaubt außerordentlich rasche Verzögerungen und Beschleunigungen der Antriebsscheibe 56 und damit der Reagenzgläser 42 zwischen einander entgegengesetzten Drehgeschwindigkeiten, wie weiter unten näher erläutert wird.

Steuerungsmittel für den Antriebsmotor sind schematisch mit der Bezugszahl 68 in Fig. 2 dargestellt und so betreibbar, daß sie die Geschwindigkeit, die Richtung und die Dauer der Drehung bei jeder Bewegungsrichtung des Antriebsmotors 62 einstellbar und genau steuern. Demzufolge können auch die Geschwindigkeiten, Richtung und Dauer der Drehung der Reagenzgläser 42 in jeder Richtung genau und über einen weiten Bereich durch geeignete Einstellung der Steuermittel 68 ge steuert werden.

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Der Probenehmer 10 läßt sich beispielsweise in automatisierten Systemen zur Durchführung von Immunoassays auf der Grundlage von Auszählungen von Teilchenagglutinationen mit großem Vorteil verwenden. Bei derartigen Systemen wird eine Anzahl von Blutserumproben auf ihren Gehalt an freiem Thyroxin quantitativ analysiert, der kennzeichnend für den Thyroidhormonspiegel bei den Patienten ist, von denen die einzelnen Blutserumproben stammen. Eine derartige Analyse kann als "Ein-Teilchen-Methodik" bezeichnet werden^ weil in jedem der Reagenzgläser 42 eine in geeigneter Weise verdünnte Blutserumprobe von genau bestimmtem, verhältnismäßig geringem Volumen enthalten ist. Jede dieser Proben wird gründlich mit einem vorherbestimmten Volumen eines teilchenförmigen Reagenzes vermischt, das ein geeignetes, mit Antikörper überzogenes Agglutinierungsmittel, beispielsweise Latexperlen von etwa 1/um Durchmesser, die mit einem Kaninchen-Antithyroxin-Antikörper für den zu bestimmenden Serumprobenbestandteil überzogen sind, und außerdem ein bestimmtes Volumen eines geeigneten, ebenfalls spezifischen Antigens oder Tracers, beispielsweise eines nicht teilchenförmigen, löslichen Polymerisatmaterials, wie beispielsweise von Dextran, enthält, das, bzw. der als spezifisches Bindemittel fungiert, so daß Vernetzungen zwischen den mit dem spezifischen Antikörper überzogenen Latexperlen ausgebildet werden. Entsprechend ergibt sich eine optisch erfaßbare Agglutinierung des Reagenzes, die umgekehrt proportional zu dem Gehalt an serumfreien Thyroxin in der zu bestimmenden Blutserumprobe ist. D.h., daß das serumfreie Thyroxin mit dem Antigen um die Bindung an die mit Antikörper überzogenen Latexperlen konkurriert, wobei sich ergibt, daß das Gesamtausmaß an Agglutinierung der Latexperlen um so geringer ist, je größer die Thyroxinkonzentration ist.

Um die Genauigkeit der Analysenergebnisse auf ein Höchstmaß zu bringen, müssen teilchenförmiges Reagenz oder Latexperlen durch die spezifischen Antikörper/Antigen-Ver-

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netzungen in maximalem Ausmaß aneinander gebunden werden, das dem Gehalt der Blutserumprobe an Thyroxin entspricht. Daher müssen die Latexperlen, die einen Durchmesser von etwa 1 /um besitzen und sich daher nicht von sich aus rasch durch Diffusion bewegen, innerhalb des Reaktionsgemisches in innigen Kontakt zueinander gebracht werden. Da außerdem die Konzentration an Latexperlen in dem Reaktionsgemisch verhältnismäßig niedrig ist, bestehen verhältnismäßig große Entfernungen zwischen den Latexperlen, und die Anzahl der natürlichen Berührungen zwischen ihnen je Zeiteinheit ist sehr gering. Wenn daher beispielsweise ein typisches Umsetzungsgemisch unvermischt stehengelassen wird, kann die Dauer, bis die Agglutinierungsreaktion bis zu einem repräsentativen Fließgleichgewicht oder Gleichgewichtsbedingung fortgeschritten ist, bis zu 4h betragen. Wenn andererseits die gleiche Lösung durch Rühren konstant vermischt wird, um Zusammenstöße zwischen den Latexperlen zu erzeugen, wird diese Dauer bis auf unter 30 min verringert. Dieses Vermischen muß jedoch auf so milde Weise erfolgen, daß die Latexperlen, wenn sie einmal agglutiniert sind, nicht erneut durch das Vermischen getrennt werden, während das Vermischen nichts desto weniger intensiv genug sein muß, um ein Fließgleichgewicht in der kürzest möglichen praktischen Zeitdauer hervorzurufen. Es wird dadurch klar, daß eine außerordentliche Sorgfalt für die Bestimmung der Art und der Geschwindigkeit des Vermischens aufgewandt werden muß.

Gemäß Fig. 1 und 2 sind eine Blutserumprobenzuführungssonde 70, ferner Abgabesonden für mit Antikörper überzogene Latexperlen (teilchenförmiges Reagenz) 72, Antigen (Tracer) 74 und Puffer 76 sowie eine Sonde zur Wegbeförderung von umgesetzter Probenlösung 78 vor dem Probenehmer 10 angeordnet. Die Abgabeproben 70, 72, 74 und 76 sind derart betreibbar, daß sie sorgfältig bestimmte Volumina der angegebenen Substanzen nacheinander und in einer durch mechanische Mittel nicht gestörten Weise in jedes der Reagenzglä-

ser 42 abgeben, während die Weiterbeförderungssonde 78 derart betreibbar ist, daß sie bestimmte Volumina des Reaktionsgemisches aus den Reagenzgläsern zur nachfolgenden Analyse ansaugt oder abzieht.

Mit der Bezugszahl 82 sind automatisierte Mittel zur Probenlösungsanalyse allgemein bezeichnet, die aus einem optischen Gehäuse 84 bestehen, das ein optisches Erfassungssystem 86, mit gestrichelten Linien dargestellt, enthält, das seinerseits eine Durchflußzelle 88 umfaßt. Eine Pumpe 90 für umgesetzte Probenlösung ist in einer Leitung 94 angeordnet, die sich von der Weiterbeförderungssonde für umgesetzte Probenlösung zur Durchflußzelle 88 erstreckt, wodurch vorherbestimmte Volumina aus umgesetzten Probenlösungen nacheinander aus den entsprechenden Reagenzgläsern 42 durch die Weiterbeförderungssonde 78 und Pumpe 90 durch die Durchflußzelle 88 geführt und damit automatisch durch das optische System 86 analysiert werden können. Aufzeichnungsmittel 92 für die Ergebnisse der Probenlösungsanalyse können beispielsweise die dargestellte Form eines Streifenkartenschreibers besitzen, der derart betreibbar ist, daß er nacheinander die Ergebnisse der entsprechenden Probenlösungsanalysen in graphischer Form aufzeichnet, wie beispielsweise durch die Kurve 96 angegeben.

Im Betrieb werden die Mittel 50 zur Drehung in zwei Richtungen eingeschaltet, um sämtliche Reagenzgläser 42, wie oben beschrieben, mit vorher bestimmter Geschwindigkeit gleichzeitig im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn während gesteuerter aufeinanderfolgender Zeitdauern in Drehbewegung zu versetzen. Außerdem werden die Mittel zur Einstellung des Drehtisches auf eine Teilmarke eingeschaltet, um periodisch den Drehtisch 18, wie angegeben, im Uhrzeigersinn vorwärtszubewegen. In demselben Maße, wie jedes rotierende Reagenzglas 42 wiederum auf die Position der Probenzuführungssonde 70, sowie der Sonde 72 zur Zu-

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führung der mit Antikörper überzogenen Latexperlen und der Sonde 74 zur Zuführung von Antigen eingestellt wird, werden vorherbestimmte Volumina dieser Substanzen ohne Berührung durch mechanische Hilfsmittel in die Reagenzgläser eingebracht. Die Drehung jedes Reagenzglases 44 bewirkt die gründliche, jedoch nicht zerstörende Vermischung dieser Substanzen, so daß die Agglutinierungsreaktion gefördert wird. Insbesondere wird, wenn die Drehung des Reagenzglases in einer Richtung ihre vorherbestimmte Geschwindigkeit erreicht, ein Wirbel in dem Reagenzglas mit dadurch bewirkter Vermischung seines Inhalts gebildet. Wenn jedoch die Drehrichtung des Glases plötzlich umgekehrt wird, fällt dieser Wirbel zufolge der Reibungskräfte, die auf das Gemisch durch die Innenwand des Reagenzglases, das nunmehr rasch in der entgegengesetzten Richtung beschleunigt wird, zusammen, und durch die entgegengesetzte Drehung des Reaktionsgemisches wird der Wirbel erneut ausgebildet. Somit werden durch jede Umkehrung der Drehrichtung der Reagenzgläser 42 Scherkräfte in dem Reaktionsgemisch erzeugt, die zwar dazu ausreichen, eine gründliche Vermischung zu bewirken und die Agglutinierungsreaktion zu fördern, jedoch nicht dazu ausreichen, diejenigen Latexperlen, die bereits agglutiniert sind, auseinanderzureißen. Die Rotationsgeschwindigkeit der Reagenzgläser 42 wird in jedem Fall sorgfältig derart festgesetzt, daß sie sich unterhalb derjenigen Rotationsgeschwindigkeit befindet, bei der die entsprechenden Probelösungen zufolge des Vermischens aus den Gläsern herausspritzen würden.

Das nachfolgende Weiterschalten des Drehtisches 18 befördert jedes Reagenzglas 42 unter kontinuierlichem Vermischen der Probenlösung, wie beschrieben, zu der Pufferausgabesonde 76, wo der Probenlösung Puffer zugesetzt wird, um die Erzeugung einer Standardkurve durch das optische Erfassungssystem 86 sicherzustellen, und anschließend zur Weiterbeförderungssonde 78, wo ein vorherbestimmtes Volumen

des gründlich durchmischten Reaktionsgemisches zur Beschickung des optischen Erfassungssystems 86 abgezogen wird, das so betrieben wird, daß es das Ausmaß der Latexperlenagglutinierung und damit des. Gehaltes an serumfreien Thyroxin in der Blutserumprobe bestimmt. Die Aufzeichnung der Ergebnisse dieser Bestimmung für jede der Blutserumproben wird durch die Aufzeichnungsmittel 92 für die Analysenergebnisse vorgenommen.

Von besonderer Bedeutung ist die Tatsache, daß das Reaktionsgemisch, das in jedem Reagenzglas 42 enthalten ist, kontinuierlich, selbst während des Weiterschaltens des Drehtisches 18, von dem Zeitpunkt an, an dem die verschiedenen Bestandteile in das Reagenzglas eingebracht werden, bis ein bestimmtes Volumen, wie oben beschrieben, zur optischen Analyse daraus entnommen wird, durchmischt wird. Als Ergebnis davon wird die Agglutinierungsreaktion kontinuierlich, d.h. ohne Unterbrechung, gefördert, d.h. beschleunigt, und es wird in einer äußerst kurzen Zeit ein Fließgleichgewicht oder Gleichgewichtszustand erzielt.

Eine repräsentative, wenngleich nicht einschränkende Darstellung für die Drehgeschwindigkeit und die Drehrichtung eines Reagenzglases 42 ist in Fig. 3 durch die Bezugszahl gekennzeichnet. Diese graphische Darstellung erläutert,, daß die Steuermittel 68 für den Antriebsmotor derart eingestellt werden können, daß sie eine Umkehrung der Drehrichtung der Reagenzgläser 42 etwa alle 1,5s sowie eine maximale Drehgeschwindigkeit in jeder Richtung von etwa 1200 U/min hervorrufen. Ferner ist eine repräsentative Verweilzeit vorgesehen, d.h. die Zeit zwischen der Einbringung der mit Antikörper überzogenen Latexperlen (teilchenförmiges Reagenz) und des Antigens (Tracer) zum Starten der Agglutinierungsreaktion und der Entnahme eines Volumens des erhaltenen Gemisches zur optischen Analyse; diese Verweilzeit kann etwa 15 min betragen.

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Selbstverständlich kann die Erfindung auch auf das Mischen anderer als biologischer Proben, die zur Analyse in automatischen Analysengeräten bestimmt sind, verwendet werden, und die beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. Durchführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens können entsprechend abgewandelt werden.

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Claims

Patentanwälte ο 1 ο η ι ο c Reichol υ. Reichel ..-.; . . 9&Ι 9- ParksiraJEe 13 .-:.:..: : 6GC0Fiankiuiia.M.l . -:" : TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y., VStA Patentansprüche

1. Vorrichtung zum gesteuerten Vermischen von Substanzen, die sich in einer Anzahl einzelner Behälter (42) befinden, ohne in das Mischgut eindringende mechanische Mittel, gekennzeichnet durch drehbare Mittel (18, 38, 40) zum Haltern der Behälter (42) für ihre Drehung relativ zu den drehbaren Mitteln (18, 38, 40), Behälterdrehmittel (50), die zum gleichzeitigen Drehen der Anzahl Behälter (42) um ihre Achsen mit einer ersten vorherbestimmten Geschwindigkeit während einer ersten vorherbestimmten Zeitdauer in einer ersten Richtung und alternativ zum gleichzeitigen Drehen derselben \ Anzahl Behälter (42) um ihre Achsen mit einer zweiten vor- J-bestimmten Geschwindigkeit während einer zweiten vorherbestimmten Zeitdauer und in einer zweiten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist, wodurch ein Vermischen der Substanzen in den Behältern (42) in kontinuierlich wechselnden Richtungen bewirkt wird.

2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die drehbaren Halterungsmittel (18, 38, 40) einen auf eine Teilmarke einstellbaren Drehtisch (18) umfassen und daß die Mittel (50) zum Drehen der Behälter derart betreibbar sind, daß sie die Behälter (42) sowohl während des Einstellens des Drehtisches (18) auf eine Teilmarke als auch während des Verweilens des Drehtisches (18) drehen, wodurch das Durchmischen der Substanzen in den Behältern (42) in kontinuierlich sich ändernden Richtungen während | der Bewegungen des Drehtisches (18) fortdauert. *

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3. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (42) oben offen sind.

4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Drehgeschwindigkeit praktisch gleich sind.

5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1,
dadurch geke η η zeichnet, daß die erste und zweite Zeitdauer praktisch gleich sind.

6. Vorrichtung gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (42) allgemein kreisförmig auf dem Drehtisch (18) angeordnet sind und daß die Mittel (50) zum Drehen der Behälter Mittel (56) zur antreibenden Berührung mit jedem der Behälter (42) umfassen.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Beschickungssonden (70, 72, 74, 76) aufweist, die in betrieblicher Verbindung mit dem Drehtisch (18) stehen und derart betreibbar sind, daß sie nacheinander vorherbestimmte Substanzmengen in die Behälter (42) in dem Maße abgeben, wie die Behälter durch den Drehtisch (18) ihrerseits in entsprechende Stellungen an den Beschickungssonden weiterbewegt werden, wobei der Inhalt der Behälter (42) nicht mit mechanischen Mitteln in Berührung kommt.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine Weiterbeförderungssonde (78) umfaßt, die mit dem Drehtisch (18) in betrieblicher Verbindung steht und derart betreibbar ist,, daß sie nacheinander den Behältern (42) vorherbestimmte Substanzmengen in dem Maße entnimmt, wie die Behälter ihrerseits durch den Drehtisch (18) jeweils nach Beendigung des Vermischens der Substanzen in den Behältern in eine entsprechende Stellung an der Weiterbeförderungssonde weiterbewegt werden.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 3»
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite vorherbestimmte Drehgeschwindigkeit in jedem Falle unter derjenigen Drehgeschwindigkeit liegen, bei der die Substanzen während des Burchmischens aus einem oben offenen Behälter herausgespritzt würden.

10. Vorrichtung gemäß Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drehtisch (18) eben ist, daß die Behälter (42) Drehachsen besitzen, die parallel zueinander verlaufen land im wesentlichen senkrecht auf der Ebene des Drehtisches stehen.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch-2,
dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem ein Antriebsmittel (62) mit einstellbarer Geschwindigkeit zum Antrieb der Drehmittel (50) für die Behälter (42) aufweist, wodurch die Drehgeschwindigkeit der Behälter gesteuert werden kann,.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (42) im allgemeinen zylindrisch sind und im allgemeinen den gleichen Außendurchmesser besitzen, daß die Drehmittel (50) für die Behälter eine allgemein kreisförmige Antriebsscheibe (56) aufweisen, die in Oberflächenkontakt mit den Außenwänden jedes der Behälter (42) steht und allgemein konzentrisch zur Behälteranordnung angeordnet ist, wodurch die Drehbewegung der Antriebsscheibe in einer Richtung zu gleichzeitiger Drehbewegung der Behälter um ihre Achsen, in der Gegenrichtung führt.

13. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem Analysiermittel (82) für das Substanzgemisch umfaßt, die betrieblich mit der Weiterbeförderungssonde (78) verbunden sind, wodurch vorherbestimmte Substanzmengen nacheinander von der Weiterbeförderungssonde zu den Analysiermitteln zu ihrer Analyse nacheinander gefördert werden können.

14. Vorrichtung zum gesteuerten Vermischen von Substanzen ohne in das Mischgut eindringende mechanische Mittel, gekennzeichnet durch eine Halterungsachse (12), einen allgemein kreisförmigen Drehtisch (18), der drehbar auf der Halterungsachse gehaltert ist, Mittel (20) zum Einstellen des Drehtisches auf eine Teilmarke, wobei die Mittel (20) drehbar auf der Halterungsachse gehaltert sind und in antreibender Verbindung mit dem Drehtisch stehen, Mittel (32) zum schrittweise erfolgenden Drehen der Mittel (20) zum Einstellen des Drehtisches auf eine Teilmarke, eine Anzahl allgemein zylindrischer und gleichgroßer Behälter (42)., die allgemein kreisförmig auf dem Drehtisch und allgemein konzentrisch dazu angeordnet sind, wobei jeder der Behälter auf dem Drehtisch um seine Achse drehbar gehaltert ist und sein unterer Abschnitt sich unter dem Drehtisch erstreckt, eine allgemein kreisförmige Antriebsscheibe (56) für die Behälter, die drehbar auf der Halterungsachse (12) unterhalb des Drehtisches (18) und allgemein konzentrisch dazu gehaltert ist, wobei die Peripherie der Antriebsscheibe (56) in antreibendem Oberflächenkontakt mit der Außenwand jedes der Behälter (42) unter dem .Drehtisch steht, Mittel (50) zum alternierenden Drehen der Behälterantriebsscheibe (56) in entgegengesetzte Richtungen um die Halterungsachse (12) zur nacheinander erfolgenden gleichzeitigen Drehung der Behälter (42) in abwechselnd entgegengesetzte Richtungen um die Behälterachsen-, wobei die Drehantriebsmittel (50) für die Behälterantriebsscheibe (56) sowohl während der Weiterdrehung des Drehtisches (18) zum Einstellen auf eine Teilmarke als auch während der Verweilzeit des Drehtisches betreibbar sind, wodurch ein kontinuierliches Durchmischen der Substanzen in den Behältern (42) in kontinuierlich abwechselnden Richtungen bewirkt wird.

15. Verfahren zum gesteuerten Vermischen von Substanzen, die sich in einer Anzahl von Behältern befinden, ohne in das Mischgut eindringende mechanische Mittel, wobei die Behälter zur Drehung um ihre Achsen auf drehbaren Unterlagen gehaltert sind,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Behälter abwechselnd mit Hilfe von Behälterantriebsmitteln gleichzeitig mit einer ersten vorherbestimmten Geschwindigkeit und während einer ersten Zeitdauer um ihre Achsen in eine Richtung und mit Hilfe derselben Behälterantriebsmittel gleichzeitig mit einer zweiten vorherbestimmten Geschwindigkeit und während einer zweiten vorherbestimmten Zeitdauer um ihre Achsen in die Gegenrichtung rotieren läßt und dadurch die Substanzen in den Behältern durch kontinuierliches Wechseln der Drehrichtungen wirkungsvoll durchmischt.

16. Verfahren gemäß Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß man als drehbare Halterungsmittel einen auf eine.Teilmarkierung einstellbaren Drehtisch verwendet und daß man das Rotierenlassen der Behälter sowohl während der Weiterbewegung des Drehtisches auf eine neue Teilmarkierung als auch während der Verweilzeit des Drehtisches auf einer Teilmarkierung fortdauern läßt und dadurch das Durchmischen der Substanzen in den Behältern während der Betätigung des Drehtisches kontinuierlich in abwechselnden Richtungen durchführt.

17· Verfahren gemäß Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß man die erste und die zweite Drehgeschwindigkeit gleich groß wählt.

18. Verfahren gemäß Anspruch 15,

dadurch gekennzeichnet, daß man die erste und zweite Zeitdauer gleich groß wählt.

19. Verfahren gemäß Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß man als Behälter oben offene Behälter wählt und daß man erste und zweite Drehgeschwindigkeit in jedem Falle unter der Geschwindigkeit wählt, bei der die Substanzen aus dem oben offenen Behälter während des Vermischens herausgespritzt würden.

20. Verfahren gemäß Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß man den Drehtisch allgemein kreisförmig wählt, daß man die Behälter allgemein kreisförmig auf dem Drehtisch, und allgemein konzentrisch dazu· anordnet und daß man die Behälter zum Rotierenlassen in der ersten und zweiten Richtung gleichzeitig mit einem Antriebsmittel antreibend berührt.

21. Verfahren gemäß Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Abwechslung zwischen den verschiedenen Drehrichtungen für die Behälter etwa alle 1,5 s stattfinden läßt und daß man eine vorgewählte Rotationsgeschwindigkeit für die Behälter in jeder der Drehrichtungen von etwa 1200 U/min wählt.

22. Verfahren gemäß Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem nacheinander ohne in die Behälter eindringende mechanische Mittel vorbestimmte Substanzmengen in die Behälter einbringt, wenn diese durch den Drehtisch nacheinander in entsprechende Stellungen weiterbewegt 'sind.

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23. Verfahren gemäß Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem nacheinander aus den Behältern vorbestimmte Substanzmengen abzieht, wenn die Behälter nacheinander durch den Drehtisch nach Beendigung der Durchmischung des Behälterinhalts in entsprechende Stellungen weiterbewegt sind.

24. Verfahren gemäß Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß man außerdem nacheinander die abgezogenen Mengen an durchmischter Substanz Analysiermxttel zur Analyse der durchmischten Substanzen zuführt.