DE60000874T2

DE60000874T2 - Matrixsystem für aufbewahrung und abgabe

Info

Publication number: DE60000874T2
Application number: DE60000874T
Authority: DE
Inventors: M. Cox; S. Vann
Original assignee: PE Corp
Current assignee: Applied Biosystems LLC
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 2000-02-15
Publication date: 2003-08-28
Anticipated expiration: 2020-02-16
Also published as: CA2361275A1; WO2000048735A2; EP1254703A2; US6432719B1; EP1171230B1; DE60000874D1; JP3844967B2; EP1171230A2; JP2002537043A; WO2000048735A3; CA2361275C; ATE228393T1; JP2006047320A; EP1254703A3; AU2995200A; AU746802B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft die Speicherung und Verteilung von Substanzen. Insbesondere wird erfindungsgemäß ein System und ein Verfahren zu dessen Verwendung für eine serielle Verteilung einer großen Anzahl an Reagenzien in eine Vielzahl von Behältern bereitgestellt.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

In chemischen und biologischen Labors ist der Übertrag von Reagenzien von einem Speichergefäß zu einem Zielbehälter eine fundamentale Aufgabe. Typischerweise muss eine technische Hilfskraft verschiedene Reagenzienflaschen von einem Lagerungspunkt holen, die alle eine Substanz enthalten, die der bevorstehenden Aufgabe zweckdienlich ist. Die technische Hilfskraft pipettiert sodann manuell eine genaue Menge einer jeden Substanz in ein geeignetes Reaktionsbehältnis wie ein ausgewähltes Well einer Multi-Well-Platte. Um eine Kontamination zu vermeiden, muss die Pipettenspitze nach Kontakt mit jedem verschiedenen Reagenz gereinigt oder verworfen und durch eine neue Spitze ersetzt werden.
Alternativ kann die technische Hilfskraft versuchen, manuell alle gesammelten Reagenzien aus ihren Lagerungsgefäßen in einen gewünschten Reaktionsbehälter zu schütten. Jedoch kann unter Berücksichtigung der sehr geringen Reagenzienmengen, die typischerweise in Protokollen heutzutage verlangt werden, insbesondere im Fall von teuren Reagenzien, dieses Verfahren sehr mühsam und schwierig bei einer genauen Durchführung sein. Zudem führt ein Schütten häufig zu verschwendetem Reagenz, z. B. falls überschüssige Mengen versehentlich verteilt werden, und eine Kreuzkontaminierung zwischen Behältern kann entstehen, insbesondere, falls mit einem Behälterformat bei einer hohen Dichte gearbeitet wird (z. B. einer Platte oder Schale mit 96 Wells).
Somit ist nicht überraschend, dass solche manuellen Verfahren nicht den Anforderungen der meisten Labors gerecht werden, wo sehr geringe Mengen von zahlreichen (z. B. Hunderten oder Tausenden) Reagenzien schnell und genau verteilt werden müssen.
Obwohl Systeme bekannt sind, die bestimmte Aspekte einer Speicherung von Reagenzien, einer Beschaffung und/oder Verteilung automatisieren, sind diese auch mit bestimmten Nachteilen verbunden. Ein solches System, das von Sagian Inc. (Indianapolis, Indiana) erhältlich ist, automatisiert die Aufnahme und das Platzieren von Reagenzien. Zusammengefasst bedeutet ein Reagenz "aufzunehmen" dessen Abrufen aus einem Reagenzienarchiv und seine "Platzierung" meint das Zurückstellen in das Reagenzienarchiv. Das Sagian- System verwendet zwei Industrieroboter, um Reagenzien zu einem Benutzerbereich hin und weg zu bewegen. Der erste Roboter ist ein Mini-Trieve, der sich zu einem vertikalen Archiv, das ein Zielreagenz enthält, bewegt und sodann eine geeignete Schublade mit dem Reagenz herauszieht. Der Roboter bringt sodann den Schub zu einem anderen Arbeitsbereich, wo ein CRS-gesteuerter Roboter das benötigte Reagenz entnimmt, verifiziert, dass es der korrekte Behälter ist, dadurch, dass der Behälter über einen Balkencode-Scanner gezogen wird, und es in eines von einer Reihe von Gestellen platziert, die für den Betreiber zugänglich sind. Der Mini-Trieve bringt sodann den Schub zu seiner ursprünglichen Stelle in dem Archiv zurück. Obwohl ein großer Teil des Arbeitsaufwands und der Handhabungsfehler, die im Allgemeinen mit manuellen Verfahren verbunden sind, beseitigt werden, ist ein manuelles Eingreifen nichtsdestotrotz erforderlich, um das Reagenz zu verteilen. Zudem wird großer Arbeitsaufwand dadurch verschwendet, das jeder Schub, der von dem Roboter geholt wird, gewöhnlich Hunderte von weiteren Reagenzien enthält, die nicht für die bevorstehende Aufgabe zweckdienlich sind. Ferner können die vorhandenen Roboterbewegungen und zurückgelegten Entfernungen beim Holen eines jeden Reagenzes nicht unerheblich sein. Kumulativ gesehen kann das Gesamtverfahren ziemlich zeitaufwändig sein, insbesondere in Situationen, bei denen eine große Anzahl an Reagenzien (z. B. Hunderte oder Tausende) geholt werden müssen.
Ein weiteres automatisiertes System wird unter dem Handelsnamen HAYSTACK verkauft und ist von The Automation Partnership Group plc (Melbourn Science Park, Melbourn, Royston, Hertfordshire, UK) verfügbar. Ähnlich wie das Sagian-System verwendet das HAYSTACK-System Industrieroboter, um Schübe mit Reagenzien aus vertikalen Archiven zu holen. Zusätzlich zu solchen Aufnahme- und Platzierungsfunktionen bietet The Automation Partnership Module an, die in der Lage sind, verschiedene Verteilungsschritte durchzuführen. Eine solche zusätzliche Fähigkeit erhöht jedoch wesentlich die betriebsbedingte Komplexität des Systems und kann viel wertvollen Laborraum verbrauchen.
Es besteht daher ein Bedarf für ein verhältnismäßig einfaches und kompaktes Reagenzien- Speicherungs- und Verteilungssystem, das eine variable (kundenspezifische) Abfrage und eine schnelle und genaue Verteilung unzähliger ausgewählter Reagenzien bereitstellt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In einem Aspekt wird erfindungsgemäß ein System zur Speicherung und Verteilung einer Vielzahl von Reagenzien bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das System eine adressierbare Anordnung von Reagenzienspendern, wobei jeder einen Sperrmechanismus an einem unteren Auslassbereich davon aufweist. Die Sperrmechanismen sind unabhängig zwischen (i) einem offenen Zustand, der einen Durchtritt eines jeweiligen Reagenzes durch den Auslassbereich erlaubt, und (ii) einem geschlossenen Zustand, bei dem ein solcher Durchtritt blockiert ist, betriebsfähig. Ein erster Träger liegt unter der Spenderanordnung und ein zweiter Träger mit einem Haltebereich für die Aufnahme einer Vielzahl von Behältern ist auf dem ersten Träger angebracht. Die ersten und zweiten Träger können beispielsweise unabhängig voneinander betriebsfähige xy-Plattformen sein. Der erste Träger ist variabel derart positionierbar, dass die Platzierung einer festen Zielregion davon direkt unter einem jeglichen ausgewählten Spender in der Anordnung ermöglicht wird. Der zweite Träger ist variabel derart positionierbar, dass eine Platzierung einer jeglichen ausgewählten Zielstelle des Behälter-Haltebereichs direkt über die feste Zielregion ermöglicht wird.
Jeder der Spender kann beispielsweise ein länglicher Behälter mit einem längs verlaufenden Durchgang sein, der derart konfiguriert ist, dass er ein jeweiliges Reagenz aufnimmt und festhält, falls der Sperrmechanismus sich im geschlossenen Zustand befindet.
Ein Gerüst mit einer Anordnung von Haltezeilen kann die Behälter tragen. Gemäß einer Ausführungsform weist das Gerüst mindestens 100 Haltezellen und vorzugsweise mehr als 1000 Haltezellen auf. Beispielhafte Gerüste umfassen z. B. 5000, 10 000, 50 000, 100 000 und 500 000 Haltezellen. Jede Haltezelle kann derart konfiguriert sein, dass sie in entfernbarer Weise einen der Behälter im Wesentlichen aufrecht trägt. Die Haltezellen können derart konfiguriert sein, dass sie die Behälter bei einer durchschnittlichen Dichte von beispielsweise etwa 2-8 Behältern pro cm² oder mehr halten. In einer Ausführungsform sind die Behälter in dem Gerüst bei einer durchschnittlichen Dichte von etwa 3-6 Behältern pro cm² und vorzugsweise etwa 4-5 Behältern pro cm² angeordnet. Mehrfach-Gerüste (z. B. 2, 3, 4, 5 oder mehr) können hintereinander für eine Verwendung in der Art eines "Montagebands" angeordnet sein.
Eine Vielzahl verschiedener Reagenzien kann in den Spendern angeordnet sein. In einer Ausführungsform enthält jeder Spender ein Reagenz; das in der Anordnung einzigartig ist.
Partikel können eingesetzt werden, die die verschiedenen Reagenzien tragen. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird eine Vielzahl von Partikelgruppen oder "-Mengen" bereitgestellt, wobei jede Menge eine Vielzahl von im Wesentlichen ähnlichen Partikeln beinhaltet, die ein jeweiliges der verschiedenen Reagenzien tragen. Die Partikel können relativ groß, z. B. mit einem Durchmesser von 1-5 mm, sein oder die Partikel können relativ klein, z. B. mit einem Durchmesser von weniger als etwa 1 mm, sein. In einer bevorzugten Ausführungsform hat jedes Partikel einen Durchmesser von etwa 275-325 um und vorzugsweise etwa 300 um.
In einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Reagenzien-tragenden Partikeln in verschlossenen Ampullen gehalten. In einer beispielhaften Anordnung sind die Ampullen derart dimensioniert, dass sie sich abwärts durch einen Verteiler-Durchgang unter der Schwerkraft im Wesentlichen eine hinter der anderen bewegen. Vorzugsweise tragen alle Partikel in einer bestimmten Ampulle das gleiche oder ein im Wesentlichen ähnliches Reagenz. Ferner ist in dieser Ausführungsform jeder Durchgang der Spenderanordnung mit einer Vielzahl solcher Ampullen beladen.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Nachweisvorrichtung bereitgestellt, die so angepasst ist, dass der Durchtritt eines Reagenzes, das von einem jeglichen der Spender in der Anordnung verteilt wird, nachgewiesen wird. In diesem Fall ist die Nachweisvorrichtung mit einem Gesichtsfeld versehen, das sich zwischen den Spender-Auslassbereichen und dem zweiten Träger erstreckt.
Gemäß einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet die Nachweisvorrichtung einen Strahlungsemitter wie einen Diodenlaser und einen Strahlungssensor. In einer beispielhaften Anordnung ist der Strahlungsemitter (a) auf dem ersten Träger in einem Bereich entlang einer Seite des zweiten Trägers angebracht und (b) derart konfiguriert, dass er einen im Wesentlichen linearen Strahl entlang eines Wegs projiziert, der über die feste Zielregion des ersten Trägers tritt. Der Strahlungssensor kann (a) auf dem ersten Träger in einem Bereich entlang einer entgegengesetzten Seite des zweiten Trägers angebracht und (b) innerhalb des Strahlungswegs angeordnet sein.
In einer Ausführungsform unterliegt jeder Sperrmechanismus der Anordnung einer Steuerkraft, die ihn normalerweise in die geschlossene Position zwingt, wodurch der Durchtritt von Reagenz durch einen jeweiligen Auslassbereich vermieden wird. Ein Freigabemechanismus, der für eine Positionierung in die Nähe eines jeglichen der Sperrmechanismen angepasst ist, ist derart betriebsfähig, dass eine Sekundärkraft einer Stärke und Richtung angelegt wird, die wirksam ist, um die normale Steuerkraft aufzuheben, so dass der Sperrmechanismus den offenen Zustand einnimmt.
In einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet jeder Sperrmechanismus ein magnetisches Quetschventil mit ersten und zweiten permanenten Magneten, die drehbar gegenüberliegend an einem jeweiligen Auslassbereich angebracht sind. Die Magneten weisen untere, sich gegenüberliegende Nord- bzw. Südpolbereiche auf, die normalerweise durch Magnetkräfte aneinander gedrängt werden, so dass die Magneten in den geschlossenen Zustand geschwenkt werden. Ferner kann bei dieser Ausführungsform der Freigabemechanismus ein Elektromagnet sein, der derart betriebsfähig ist, um eine magnetische Kraft mit Süd- und Nordpol-Anteilen zu erzeugen, die angeordnet sind, um die unteren Nord- und Südpol-Bereiche der ersten bzw. zweiten schwenkbaren Magnete anzuziehen, so dass sie voneinander abgeschwenkt werden (d. h. in einen offenen Zustand).
In einer weiteren spezifischen Ausführungsform ist jeder Sperrmechanismus ein federnd ablenkbarer Hebel mit einem Vorsprung, der sich normalerweise in einen jeweiligen Auslassbereich erstreckt. Ferner ist bei dieser Ausführungsform der Freigabemechanismus eine Stange, die für eine reziproke lineare Bewegung zwischen einer zurückgezogenen Position und einer erweiterten Position angepasst ist. Bei einer Bewegung in die erweiterte Position kann die Stange mechanisch in den Hebel eingreifen und ihn ablenken, so dass der Vorsprung mindestens teilweise aus dem Auslassbereich gezogen wird (d. h. in einen offenen Zustand).
Das erfindungsgemäße System kann ferner ein Führungs- oder Trichtermitglied beinhalten, das über der festen Zielregion des ersten Trägers, zwischen der Spenderanordnung und dem zweiten Träger liegt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Führungsmitglied für eine Bewegung mit dem ersten Träger zu einer Position unter einem jeglichen ausgewählten Spender angeordnet. Das Führungsmitglied ist derart konfiguriert, um Reagenz, das von einem solchen Spender verteilt wird, zu einer ausgewählten Stelle auf dem Haltebereich des zweiten Trägers zu kanalisieren.
In einer spezifischen Ausführungsform beinhaltet das Führungsmitglied (i) eine obere Öffnung oder einen Einlass, die/der mit einem jeglichen der Auslassbereiche für eine Aufnahme von Reagenz, das davon verteilt wird, ausrichtbar ist, und (ii) eine untere Öffnung oder einen Auslass, durch die/den verteiltes Reagenz in Richtung des Haltebereichs ausgelassen werden kann. Vorzugsweise ist die obere Öffnung größer als die untere Öffnung. Ein konischer Abschnitt kann zwischen den oberen und unteren Öffnungen bereitgestellt werden.
In einem weiteren Aspekt wird erfindungsgemäß ein Reagenz-Verteilungsaufbau bereitgestellt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beinhaltet der Reagenz-Verteilungsaufbau einen Behälter, angepasst, um ein Reagenz aufzunehmen, und einen Sperrmechanismus, der sich an einem unteren Auslassbereich des Behälters befindet. Der Sperrmechanismus ist mit ersten und zweiten permanenten Magneten versehen, die drehbar gegenüberliegend an dem unteren Auslassbereich angebracht sind. Die drehbaren Magnete weisen untere, sich gegenüberstehende Nord- bzw. Südpol-Bereiche auf, die normalerweise durch Magnetkräfte aneinander gedrängt werden, so dass sie in einen geschlossenen Zustand geschwenkt werden, wobei der Austritt von Reagenz aus dem Behälter im Wesentlichen blockiert wird.
In einer Ausführungsform ist ein Elektromagnet unterhalb des Sperrmechanismus angeordnet. In dieser Ausführungsform ist der Elektromagnet betriebsfähig, um eine magnetische Kraft mit Süd- und Nordpol-Anteilen zu erzeugen, die angeordnet sind, um die unteren Nord- und Südpol-Bereiche der ersten bzw. zweiten Magnete anzuziehen, so dass diese Bereiche voneinander in einen offenen Zustand abgeschwenkt werden. In diesem offenen Zustand ist der Austritt von Reagenz aus dem Behälter möglich.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Gestell bereitgestellt, das eine Vielzahl der Behälter an den jeweiligen Stellen hält, die eine Anordnung definieren. Ein erster beweglicher Träger ist unterhalb des Gestells angeordnet, auf dem der Elektromagnet angebracht werden kann.
Ein zweiter beweglicher Träger kann auf dem ersten beweglichen Träger unter dem Elektromagneten angebracht sein. In dieser Ausführungsform ist der zweite bewegliche Träger derart konfiguriert, dass er eine Multi-Well-Platte für die Aufnahme von Reagenzien aus den Behältern empfängt und hält.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Aspekt wird ein Verfahren zum Laden einer Vielzahl von Behältern mit einem oder mehreren Reagenzien bereitgestellt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
(i) Platzieren der Behälter auf einem Träger unter einer adressierbaren Anordnung von Reagenzienspendern,
(ii) Auswahl eines Spenders, der zur Verteilung eines gewünschten Reagenzes ausgestattet ist, und eines Behälters für die Aufnahme des gewünschten Reagenzes,
(iii) gleichzeitige (a) Positionierung einer festen Zielregion des Trägers an einer Stelle unter dem ausgewählten Spender und (b) Positionierung des ausgewählten Behälters an einer Stelle direkt über der festen Zielregion des Trägers,
(iv) Verteilung des gewünschten Reagenzes aus dem ausgewählten Spender in den ausgewählten Behälter,
(v) Nachweis des gewünschten Reagenzes während seiner Verteilung aus dem ausgewählten Spender und
(vi) Wiederholung der Schritte (ii)-(v), so dass Reagenz von mindestens einem weiteren Spender in mindestens einen weiteren Behälter verteilt wird.
In einer Ausführungsform ist jeder der Behälter ein Well einer Multi-Well-Schale.
In einer weiteren Ausführungsform ist jeder der Spender ausgestattet, um ein Analyt-spezifisches Reagenz, das in der Anordnung einmalig ist, zu verteilen.
In einer weiteren Ausführungsform werden mindestens 100 verschiedene Analyt-spezifische Reagenzien aus den jeweiligen Spendern in die jeweiligen Behälter verteilt. Weitere Ausführungsformen sehen die Verteilung von mindestens 500, 1000 und 10 000 verschiedenen Reagenzien vor.
Diese und weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung deutlich.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Der Aufbau und die Betriebsweise der Erfindung, zusammen mit den weiteren Gegenständen und Vorteilen davon, können am besten im Hinblick auf die nachstehende Beschreibung zusammen mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Reagenzien-Speicherungs- und -Verteilungssystems, die einen Spender zeigt, der für eine Insertion in eine Haltezelle eines Trägergestells ausgerichtet ist, gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist.
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, wobei Teile weggebrochen sind, die weitere Details des Reagenzien-Speicherungs- und -Verteilungssystems von Fig. 1 zeigt.
Fig. 3 eine Explosionsdarstellung ist, die noch mehr Details des Reagenzien-Speicherungs- und -Verteilungssystems der Fig. 1 und 2 zeigt.
Fig. 4 eine teilweise Seitenansicht-Schnittdarstellung eines erfindungsgemäßen Spenders ist, der eine Vielzahl von Reagenzien-enthaltenden Ampullen trägt.
Fig. 5(A) und 5(B) vertikale bzw. horizontale Querschnittsdarstellungen sind, die ein magnetisches Quetschventil zeigen, das einen Durchtritt von Reagenzienpartikeln aus dem Spender gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform blockiert.
Fig. 6(A) und 6(B) vertikale bzw. horizontale Querschnittsdarstellungen sind, die einen Elektromagneten zeigen, der das magnetische Quetschventil der Fig. 5(A) und 5(B) induziert, um den Durchtritt von Reagenzienpartikeln zu erlauben.
Fig. 7(A) und 7(B) vertikale bzw. horizontale Querschnittsdarstellungen sind, die ein magnetisches Quetschventil zeigen, das den Durchtritt eines flüssigen Reagenzes aus einem Spender gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform blockiert.
Fig. 8(A) und 8(B) vertikale bzw. horizontale Querschnittsdarstellungen sind, die einen Elektromagneten zeigen, der das magnetische Quetschventil der Fig. 7(A) und 7(B) induziert, um den Durchtritt einer Menge an flüssigem Reagenz zu erlauben.
Fig. 9(A) eine Seitenansicht-Schnittdarstellung ist, die einen mit einer Feder vorgespannten Hebel zeigt, der den Durchtritt von Reagenzien-tragenden Ampullen aus einem Spender gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform blockiert.
Fig. 9(B) eine Seitenansicht-Schnittdarstellung ist, die einen stabähnlichen Auslöser zeigt, der den durch eine Feder vorgespannten Hebel von Fig. 9(A) ablenkt, so dass eine einzelne Reagenzien-tragende Ampulle aus dem Spender in ein darunter liegendes Führungs- oder Trichtermitglied fallen kann.
Fig. 10 eine perspektivische Darstellung des erfindungsgemäßen Reagenzien-Speicherungs- und -Verteilungssystems im Zusammenhang mit einem größeren System für ein Beladen von Mikrokarten-Wells mit Reagenzien-tragenden Partikeln ist.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die nachstehende Erörterung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dient ausschließlich der beispielhaften Darstellung. Dementsprechend ist diese Erörterung nicht begrenzend für den Umfang der Erfindung zu verstehen.
In einem Aspekt der Erfindung wird ein System zur Verteilung einer Vielzahl von Reagenzien bereitgestellt. Unter Verweis auf die Ausführungsform der Fig. 1-3 beinhaltet das System im Allgemeinen einen beweglichen Tisch- oder Plattformaufbau, als 12 bezeichnet, der unter einer adressierbaren Anordnung von Reagenzienspendern liegt, wie bei 16, die ausgestattet sind, dass sie seriell eine Vielzahl von Reagenzien verteilen. Der Begriff "adressierbare Anordnung" betrifft hier eine Anordnung mit einem bekannten Reagenz in Verbindung mit einer bekannten Stelle (Adresse) in der Anordnung.
Der Plattformaufbau 12 beinhaltet einen oberen Träger 22, der auf einem unteren Träger 26 angebracht ist. Der untere Träger 26 ist beweglich, so dass eine feste (d. h. konstante) Ziel- oder Referenzregion davon, wie bei 26a in der Explosionsdarstellung von Fig. 3 gezeigt, unter einen jeglichen ausgewählten Spender der Anordnung 16 ermöglicht wird. Der obere Träger 22 ist beweglich, so dass eine jegliche ausgewählte (d. h. variable) Zielstelle eines Behälter-Haltebereichs davon, zu erkennen als punktierter Bereich 22a in der Ausführungsform von Fig. 3, über die feste Zielregion des unteren Trägers 26 positioniert werden kann.
Zusammengefasst wird bei einem Betrieb die feste Zielregion des unteren Trägers unter einen Spender positioniert, der ein gewünschtes Reagenz enthält. Zur gleichen Zeit wird eine ausgewählte Zielstelle des Behälter-Haltebereichs des oberen Trägers über die feste Zielregion des unteren Trägers positioniert. Typischerweise wird ein bestimmter Behälter, der an einer spezifischen Steile auf dem Behälter-Haltebereich gehalten wird, wie ein Well einer Multi-Well-Platte 36, über die ausgewählte Zielstelle gebracht. Verteiltes Reagenz wird sodann in Richtung der ausgewählten Zielstelle hinabstürzen und in dem Behälter landen. Dieses Verfahren kann wiederholt werden, um andere ausgewählte Behälter mit gewünschten Reagenzien zu beladen.
Insbesondere sind die oberen und unteren Träger, die xy-Positionierer wie Plattformen, Tische oder ähnliche Vorrichtungen sein können, für eine variable Positionierung entlang jeweiliger, im Allgemeinen horizontaler Ebenen, angepasst. Eine solche Positionierung kann mit Hilfe automatisierter Mittel wie motorisierter Aufbauten oder manuell bewirkt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine jede der zwei xy-Plattformen in mechanischer Verbindung mit einem jeweiligen computergesteuerten Schrittmotor (nicht gezeigt) über eine jeweilige Schraubenanordnung angeordnet. Geeignete xy-Plattformen und Steuervorrichtungen sind käuflich verfügbar, z. B. von NSK Inc., Japan.
Ein Steuercomputer (nicht gezeigt) integriert den Betrieb der Plattformen, z. B. durch ein Programm, das in einer ereignisorientierten Sprache wie LABVIEW® oder LABWINDOWS® (National Instruments Corp., Austin, Texas) geschrieben ist. Insbesondere stellt die LABVIEW-Software eine graphische Programmierumgebung auf hoher Ebene für Steuerinstrumente bereit. Die US-PSen 4,901,221, 4,914,568, 5,291,587, 5,301,301, 5,301,336 und 5,481,741 beschreiben verschiedene Aspekte des LABVIEW-graphischen Programmierungs- und Entwicklungssystems. Die graphische Programmierungsumgebung, die in diesen Patenten beschrieben ist, ermöglicht eine Definition von Programmen oder Routineabiäufen durch den Benutzer mit Hilfe von Blockdiagrammen oder "virtuellen Instrumenten". Falls dies geschieht, werden Maschinenspracheanweisungen automatisch erstellt, die ein Ausführverfahren kennzeichnen, das dem angezeigten Verfahren entspricht.
Schnittstellenkarten für eine Kommunikation des Computers mit den Motorsteuereinheiten sind auch käuflich verfügbar, z. B. von National Instruments Corp.
Der Behälter-Haltebereich des oberen Trägers ist angepasst, so dass er in entfernbarer Weise eine Vielzahl von Behältern für eine Aufnahme jeweiliger Reagenzien von der Spenderanordnung trägt. Entlang des Haltebereichs werden Mittel bereitgestellt, um jeden Behälter an einer gewünschten Stelle zu halten, während der Träger von einem Ort zu einem anderen bewegt wird. Zum Beispiel kann sich eine leicht vertiefte muldenähnliche Region unter der obersten Oberfläche des Trägers erstrecken, in die die Behälter gestellt werden können. Alternativ oder zusätzlich Können mechanische Halteeinrichtungen wie Clips, Klammern, Puffer, Rahmungen, VELCRO® oder Ähnliches und/oder magnetische Halteeinrichtungen wie magnetische Streifen auf der Oberfläche des Haltebereichs und eine magnetisch anziehbare Unterfläche auf den Behältern oder Ähnliches verwendet werden, um die Behälter an ihrer Stelle zu halten.
In der Ausführungsform der Fig. 1-3 werden die Behälter als eine Anordnung von getrennt liegenden Aufnahme-Wells wie die Wells 32 bereitgestellt, die in einer Schale oder Platte 36 ausgebildet sind. Ein jedes der Wells 32 weist eine Öffnung an seinem oberen Ende auf, was die Aufnahme und das Festhalten eines von oben abgegebenen Reagenzes ermöglicht. Ein federbelasteter Plattenhalter (nicht gezeigt), der an die obere Fläche des Trägers 22 an gegenüberliegenden Seiten des Haltebereichs 22a angebracht ist, verhindert, dass die Platte 36 bei einer Bewegung über den oberen Träger 22 schlittert.
Wie zuvor beschrieben, ist der untere Träger 26 mit einer festen (konstanten) Referenz- oder Zielregion wie die Fläche 26a, die in Fig. 3 zu sehen ist, ausgestattet. Die feste Zielregion ist ein spezifischer Teil des unteren Trägers, (i) der unter einen jeglichen Spender der Spenderanordnung positionierbar ist und (ii) über den eine jegliche ausgewählte (variable) Stelle des Behälter-Haltebereichs positioniert werden kann. Typischerweise wird die Positionierung der festen Zielregion durch das Vorhandensein eines oder mehrerer Elemente, die nachstehend beschrieben sind, bestimmt, wobei jedes eine Position und/oder einen Arbeitsbereich der Bewegung aufweist, die/der im Wesentlichen über einen bestimmten Bereich der oberen Fläche des unteren Trägers fixiert ist. Zum Beispiel kann die feste Zielregion unter einem Strahlungsweg wie dem Strahl 38 in den Fig. 1-3 liegen, der über den Behälter- Haltebereich für einen Nachweis des Durchtritts von Reagenz von einem darüber liegenden Spender in einen Behälter projizierbar ist. In einem weiteren Beispiel kann die feste Zielregion unter einem Führungs- oder Trichtermitglied wie bei 40 in den Fig. 2-3 liegen, um Reagenz zu kanalisieren, das von einem darüber liegenden Spender zu einer ausgewählten Stelle auf dem Behälter-Haltebereich abgegeben wird. In einem weiteren Beispiel ist die feste Zielregion in die Nähe eines Auslösemechanismus oder Aktuators wie bei 44 in den Fig. 2-3 positionierbar, um zu veranlassen, dass ein ausgewählter Reagenzienspender ein gewünschtes Reagenz abgibt. Falls mehr als einer der vorstehend genannten Bestandteile verwendet wird, werden sie typischerweise alle in dem allgemeinen Bereich an oder über der festen Zielregion liegen. Details solcher Bestandteile sind nachstehend genauer beschrieben.
Im Hinblick auf die Reagenzien-Spenderanordnung nimmt jeder Reagenzienspender die Form eines länglichen Behälters wie eines zylindrischen oder röhrenförmigen Behälters 42 ein, der über der Anordnung 16 in Fig. 1 ausgerichtet dargestellt ist. Die Behälter können beispielsweise aus Plastik, Glas und/oder Metall oder einem anderen Material ausgebildet sein. In einer Ausführungsform ist jeder Behälter ein steifer Zylinder, der aus einem Metall oder einer Metalllegierung (wie Aluminium, eine Aluminiumlegierung oder Edelstahl) ausgebildet und für eine wiederholte Verwendung vorgesehen ist. In einer weiteren Ausführungsform ist jeder Behälter aus einem relativ günstigen Material wie Glas oder Plastik hergestellt, das leicht beseitigt werden kann, nachdem sein Inhalt (Reagenz) verbraucht worden ist.
Durch eine Gestaltung eines jeden Behälters mit einem ausreichend engen Durchmesser kann eine hohe Dichte solcher Behälter erreicht werden. Zum Beispiel sehen verschiedene Ausführungsformen etwa 2-8 Behälter pro cm² im Durchschnitt oder mehr vor. In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine durchschnittliche Dichte von etwa 3-6 Behältern pro cm² und insbesondere etwa 4-5 Behältern pro cm² vorgesehen. In einer beispielhaften Anordnung ist eine Vielzahl von im Wesentlichen ähnlichen Behältern mit jeweils einem Durchmesser von weniger als 1 cm bei im Wesentlichen parallelen Längsachsen und an eng benachbarten Positionen, die eine Anordnung bilden, angeordnet. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist eine Anordnung solcher Behälter mit jeweils einem äußeren Durchmesser von etwa 4 mm bei einem Mittelpunkt-zu-Mittelpunkt-Abstand zwischen benachbarten Behältern von etwa 4,50 mm angeordnet.
Jeder Behälter ist mit einem Durchgang ausgestattet, der derart konfiguriert ist, dass er ein jeweiliges Reagenz aufnimmt und festhält. In der Ausführungsform von Fig. 1 enthält ein sich längs erstreckendes Lumen, bezeichnet als 42a, eine Vielzahl von Reagenzien-enthaltenden Ampullen wie 50. Der Durchgang kann einem jeglichen horizontalen Querschnitt wie zirkulär, oval, polygonal oder einem anderen Querschnitt entsprechen. Gegebenenfalls können die exponierten inneren Seitenwände der Durchgänge mit einem im Wesentlichen inerten Auskleidematerial bedeckt sein.
Ein Gerüst oder Rahmen, im Allgemeinen als 46 bezeichnet, stellt eine Vielzahl von Haltezellen bereit, die alle derart konfiguriert sind, dass sie einen Reagenz-Behälter darin tragen. In Fig. 1 kann z. B. ein Behälter 42 in eine der Haltezellen 52 des Rahmens 46 durch Senken in Richtung des geschwärzten Pfeils eingesetzt werden. Das Gerüst kann eine jegliche Anzahl an Haltezellen aufweisen. In einer Ausführungsform bestimmt die Anzahl an verschiedenen Reagenzien, die in dem Gerüst gehalten werden, die Anzahl an Haltezellen. Das heißt, es kann ein 1-zu-1-Verhältnis zwischen der Anzahl an Haltezellen und der Anzahl an verschiedenen Reagenzien vorhanden sein. In Situationen, die eine relativ große Menge eines bestimmten Reagenzes erforderlich machen, stellen andere Ausführungsformen ein solches Reagenz in zwei oder mehreren Haltezellen der Anordnung bereit.
Das Gerüst 46 kann Dutzende, Hunderte, Tausende, Zehntausende oder Hunderttausende von Haltezellen besitzen. Vorteilhafterweise erlauben solche Konfigurationen die Lagerung und variable Auswahl vieler verschiedener Reagenzien. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Gerüst mit 10 000 Haltezellen ausgebildet, wobei jede in entfernbarer Weise einen bestimmten Reagenzbehälter in einer im Wesentlichen aufrechten Weise trägt. In dieser Ausführungsform kann eine jegliche Kombination von bis zu 10 000 verschiedenen Reagenzien in die Wells einer Multi-Well-Schale verteilt werden.
Ferner sollte klar sein, dass eine Vielzahl solcher Gerüste z. B. in einer Anordnung eines "Förderband"-Typs eingesetzt werden können. Zum Beispiel können drei 10 000-Zellen- Gerüste an jeweiligen Stellen entlang eines automatischen Systems angeordnet sein, wobei jedes zur Verteilung von bis zu 10 000 verschiedenen Reagenzien in der Lage ist.
Die spezifische Form eines jeden erfindungsgemäß gespeicherten und verteilten Reagenzes ist nicht entscheidend, mit der ausschließlichen Maßgabe, dass es mit den Speicherungs- und Verteilungsmitteln kompatibel ist. Das Reagenz, das eine einzelne Substanz oder eine Gruppierung verschiedener Substanzen sein kann, kann z. B. als Feststoff, Flüssigkeit, Pulver, Emulsion, Suspension oder im Wesentlichen jegliche Kombination davon bereitgestellt werden. In einer Ausführungsform wird ein Beschichtungsmaterial auf einen Reagenzienkern für die Bildung von Partikeln, Pillen, Kügelchen oder Tabletten appliziert. Die Beschichtung kann auflösbar oder quellbar sein, um einen Zugang zu dem Reagenz unter steuerbaren Bedingungen (z. B. bei Exposition gegenüber einem bestimmten Lösungsmittel) zu erlauben.
Ein Leitfaden für eine Herstellung beschichteter Mikropartikel (beads) findet sich z. B. in: [1] R. Pommersheim, H. Lowe, V. Hessel, W. Ehrfeld (1998), "Immobilation of living cells and enzymes by encapsulation", Institut für Mikrotechnik Mainz GmbH, IBC Global Conferences Limited; [2] F. Lim, A. Sun (1980), Science 210, 908, [3] R. Pommersheim, J. Schrezenmeir, W. Vogt (1994), "Immobilization of enzymes and living cells by multilayer microcapsules", Macromol. Chem. Phys. 195, 1557-1567, und [4] W. Ehrfeld, V. Hessel, H. Lehr, "Microreactors for Chemical Synthesis and Biotechnology-Current Developments and Future Applications" in: Topics in Current Chemistry 194, A. Manz, H. Becker, Microsystem Technology in Chemistry and Life Science, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg (1998), 233-252.
In einer weiteren Ausführungsform dient eine Vielzahl von kügelchenähnlichen Partikeln als Festträger für die Reagenzien. Zum Beispiel können Reagenzien auf den Partikeln synthetisiert oder adsorbiert werden. In einer weiteren Ausführungsform wird eine Reagenzien- und Bindematerial-enthaltende Aufschlämmung oder Dispersion für die Bildung einer Vielzahl von kügelchenähnlichen Partikeln eingesetzt, wobei jedes einzelne Partikel eine im Wesentlichen homogene Konsistenz aufweist.
Eine Vielzahl verschiedener Reagenzien kann in jeweilige Sammlungen oder Gruppen von Reagenzienpartikeln oder "Mengen" ausgebildet werden. Zum Beispiel können 10 000 verschiedene Reagenzien in 10 000 verschiedene Partikel-Mengen ausgebildet werden, wobei jede Menge aus einer Vielzahl von im Wesentlichen ähnlichen Partikeln besteht, die ein jeweiliges Reagenz tragen. Partikel aus einer jeden Menge können sodann in jeweilige Spender der Spenderanordnung geladen werden.
In einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Partikel-Mengen ausgebildet, worin jedes Partikel einen Reagenzienkern beinhaltet, der von einem Beschichtungsmaterial wie Gelatine bedeckt ist, das gut definierte physikalische und chemische Eigenschaften aufweist. Vorzugsweise tragen in dieser Ausführungsform alle Partikel in allen Mengen im Wesentlichen die gleiche äußere Beschichtung (d. h. eine "allgemeine" Beschichtung). Diese Anordnung verringert das Risiko einer Kontamination der Ausrüstung aufgrund eines Kontakts mit den Reagenzien. Falls irgendwelche Reste beim Bewegen der Reagenzien durch das System hinterlassen werden, werden solche Reste alle aus dem gleichen Beschichtungsmaterial bestehen. Vorzugsweise wird das Beschichtungsmaterial derart ausgewählt, dass alle Reste für das System unschädlich sind.
Im Hinblick auf die Reagenzien-tragenden Partikel können die Partikel mit einem Durchmesser ausgebildet sein, der etwas geringer als der eines der Durchgänge der Spenderanordnung ist, so dass die Partikel in jedem Behälter, einer auf dem anderen, für eine durch Schwerkraft zugeführte Verteilung gestapelt werden können. Zum Beispiel können Partikel mit einem Durchmesser von etwa 3,50-3,90 mm und vorzugsweise etwa 3,70 mm in einem Behälter gestapelt werden, der einen Durchgang mit einem Durchmesser von etwa 4 mm aufweist.
Alternativ können die Partikel relativ klein sein und können beispielsweise jeweils einen Durchmesser von weniger als etwa 1 mm aufweisen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist jedes Partikel einen Durchmesser von etwa 275-325 um und vorzugsweise etwa 300 um auf. Eine Vielzahl solcher Partikel kann in eine Kapsel oder Ampulle für eine Abgabe als Einheit gegeben werden. Zum Beispiel können Hunderte oder Tausende von Partikeln aus der gleichen oder einer im Wesentlichen identischen Menge in Plastikampullen gepackt werden. Die beispielhafte Anordnung in Fig. 4 zeigt Reagenzien-tragende Partikel 62, die in projektilförmigen Ampullen 50 angeordnet sind. Die verschiedenen Durchgänge in der Spenderanordnung können mit einer Vielzahl solcher Ampullen beladen werden, die jeweils Partikel aus bestimmten Mengen enthalten. Wie am besten in Fig. 4 zu erkennen, können die Ampullen derart dimensioniert sein, dass sie abwärts durch die Durchgänge unter der Schwerkraft im Wesentlichen eine hinter der anderen sich bewegen.
Die Ampullen können mit einem Abdeckmitglied über einer oberen Öffnung davon versehen sein. Das Abdeckmitglied kann z. B. eine entfernbare Kappe oder eine Haube mit einem offenen Ende sein, das so konfiguriert ist, dass es gut über den oberen Bereich einer Ampulle passt. Alternativ kann ein zerbrechlicher, folienähnlicher Film oder eine Membran wie die Membranen 66 in Fig. 4 an einen oberen Rand oder eine Lippe, der/die die obere Öffnung einer jeden Ampulle umgibt, angebracht werden. Ein Zugang zu den Partikeln kann beispielsweise durch Entfernen oder Brechen der Membranabdeckung erfolgen.
In einer Ausführungsform bildet die Abdeckung über einer jeden Ampulle eine im Wesentlichen luftdichte Abdichtung, was den Reagenzieninhalt der Ampulle vor der Umgebungsatmosphäre schützt. Die Abdichtung kann z. B. durch eine Verwendung herkömmlicher Adhäsionsmittel oder durch Hitze-Versiegelungsverfahren erreicht werden. Die abgedichteten Ampullen können ferner ein inertes Gas wie Stickstoff oder Ähnliches enthalten.
Im Wesentlichen alle Reagenzien können unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems gespeichert und verteilt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beinhalten die Reagenzien in jedem Spender Bestandteile, die für auf Echtzeit-Fluoreszenz basierenden Messungen von Nukleinsäure-Amplifikationsprodukten (wie PCR), wie sie z. B. in der WO 95/30139 beschrieben sind, verwendbar sind.
In einer Ausführungsform hält jeder Behälter ein Analyt-spezifisches Reagenz, das wirksam für eine Reaktion mit einem ausgewählten Analyten ist, der in einer Probe vorhanden sein kann. Zum Beispiel kann im Fall von Polynukleotid-Analyten das Analyt-spezifische Reagenz erste und zweite Oligonukleotid-Primer mit Sequenzen beinhalten, die an Bereiche gegenüberliegender Enden von komplementären Strängen eines ausgewählten Polynukleotid- Analyt-Segments binden können, um das Segment durch Primer-gestartete Polymerase- Kettenreaktion zu amplifizieren. Das Analyt-spezifische Nachweisreagenz kann ferner ein Fluoreszenzmittel-Quencher-Oligonukleotid beinhalten, das an das Analyt-Segment in einem Bereich stromabwärts eines der Primer hybridisieren kann, um ein nachweisbares Fluoreszenzsignal zu produzieren, falls der Analyt in der Probe auftritt.
Eine Zugangs- oder Verfolgungszahl kann auf jeden Behälter gedruckt werden, wodurch das darin enthaltene Reagenz identifiziert wird. In Fällen von Ausführungsformen, bei denen Ampullen für das Halten der Reagenzien eingesetzt werden, kann jede Ampulle eine solche Verfolgungsnummer aufweisen. Im Hinblick auf das Letztere können die Behälter mit Fensterbereichen ausgebildet sein, durch die die Verfolgungsnummern auf den Ampullen betrachtet werden können. Die Fensterbereiche können aus einem transparenten Material wie Glas oder Plastik bestehen oder können Öffnungen oder Aussparungen sein, die in den Seitenwänden der Behälter ausgebildet sind.
Vorzugsweise ist jede Verfolgungsnummer in einem maschinenlesbaren Format bereitgestellt, wie einem Balkencode. Ein Betreiber kann die Balkencodes manuell einlesen oder sie können automatisch mit Hilfe von Robotern eingelesen werden. In einer Ausführungsform nimmt ein Roboter einen Behälter aus einer Schale von Reagenzienröhrchen und liest mit dem Handlesekopf einen Balkencode ein, um die Identität des darin enthaltenen Reagenzes zu erfahren und/oder zu bestätigen. Mit Hilfe der eingelesenen Information gibt ein Steuerungscomputer Anweisungen an den Roboter, das Röhrchen in eine bestimmte Haltezelle eines Gestells einzusetzen. Alternativ oder zusätzlich können die Balkencodes auf den Ampullen mit Hilfe eines Roboters bei einer Verteilung aus den Behältern eingelesen werden und die Balkencodes auf den Behältern können manuell eingelesen werden, während sie in die Haltezellen des Gestells 46 eingesetzt oder daraus entfernt werden.
Ein steuerbares Verteilen eines jeden Reagenzes wird durch einen Sperrmechanismus bereitgestellt, der sich an einem unteren Auslassbereich eines jeden Spenders befindet. Jeder Sperrmechanismus ist unabhängig zwischen (i) einem offenen Zustand, der einen Durchtritt eines jeweiligen Reagenzes durch den Auslassbereich erlaubt, und (ii) einem geschlossenen Zustand, bei dem ein solcher Durchtritt blockiert ist, betriebsfähig. Die spezifische Ausgestaltung des Sperrmechanismus ist nicht entscheidend, jedoch mit der Maßgabe, dass er in der Lage ist, das in dem jeweiligen Behälter befindliche Reagenz zurückzuhalten, bis eine Abgabe des Reagenzes gewünscht ist. Zusätzlich ist jeder Sperrmechanismus vorzugsweise einzeln betriebsfähig, so dass die verschiedenen Reagenzien jeweils zu einer bestimmten Zeit abgegeben werden können.
Mehrere beispielhafte Sperrmechanismen für eine Verwendung zusammen mit verschiedenen Reagenzientypen werden nun beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet jeder Sperrmechanismus ein magnetisches Quetschventil mit ersten und zweiten Magneten, die drehbar gegenüberliegend an einem jeweiligen Behälter-Auslassbereich angebracht sind. Im Allgemeinen weisen die Quetschventil-Magnete untere, sich gegenüberstehende Nord- und Südpol-Bereiche auf, die durch Magnetkräfte aneinander gedrängt werden, wodurch der Sperrmechanismus normalerweise einen "geschlossenen" Zustand einnimmt. Weitere Strukturen können eingebaut werden, um eine solche normale Positionierung der drehbaren Magneten zu ergänzen oder zu verstärken.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine spezifische Ausführungsform eines magnetischen Quetschventils, das besonders für ein Verteilen von Reagenzien-tragenden Partikeln geeignet ist. Hier ist ein Stützeinsatz oder -bolzen wie bei 170 in einem unteren Bereich einer jeden Haltezelle 152 des Gestells 146 angebracht. Eine Reibschlüssigkeit der äußeren Seitenwand des Einsatzes mit der inneren Seitenwand einer bestimmten Haltezelle kann den Einsatz an einer Position halten. Adhäsiva oder andere Rückhaltemittel können eingesetzt werden, um die Langzeit-Positionierung eines jeden Einsatzes sicherzustellen. Das untere Ende eines länglichen Behälters 142 mit Reagenzienpartikeln 188 ruht auf einem oberen, nach innen gebördelten Teil des Einsatzes 170b. Der Einsatz 170 stellt Drehpunkte, bezeichnet als 174 und 176, an sich gegenüberliegenden inneren Seitenwandteilen bereit, an die jeweilige permanente Magneten 178, 180 drehbar an ihren Mittelbereichen, z. B. durch Drehzapfen, angebracht sind. Wie am besten in den Fig. 5(B) und 6(B) zu erkennen, ist jeder Drehmagnet 178, 180 in einem horizontalen Querschnitt im Wesentlichen C-förmig. Die Drehmagneten 178, 180 sind derart angeordnet, dass ihre oberen und unteren Endbereiche eine entgegengesetzte Polarität aufweisen. Ein dritter permanenter Magnet, bezeichnet als 184, ist fest entlang eines Seitenwandteils des Einsatzes 170 über den Drehpunkten 174, 176 angebracht. Ein Ende dieses stationären Magnets 184 ist benachbart zu einem oberen Bereich eines der Drehmagneten 178 oder 180 angeordnet und das andere Ende des Magneten 184 ist benachbart zu einem oberen Bereich des anderen Drehmagneten angeordnet. Der stationäre Magnet 184 ist derart orientiert, dass die Polarität eines jeden solchen Endes entgegengesetzt zu der des oberen Bereichs des dazu benachbarten Drehmagneten ist. Dementsprechend wird im Normalzustand der obere Bereich eines jeden Drehmagneten 178, 180 zu einem benachbarten Teil des an der Seitenwand angebrachten Magneten 184 gezogen und zugleich die sich gegenüberstehenden Nord- und Südpol-Bereiche der Drehmagneten zueinander hingezogen. Als Reaktion darauf drehen sich die Magneten 178, 180 um ihre jeweiligen Drehpunkte 174, 176, so dass ihre unteren Nord- und Südpol-Bereiche zueinander hingeschwenkt werden, wodurch sie den geschlossenen Zustand, wie in den Fig. 5(A) und 5(B) gezeigt, einnehmen. Im geschlossenen Zustand ist der Auslassbereich eingeschnürt, so dass die Reaktionspartikel 188 nicht herausfallen können.
Für eine Freigabe eines Reagenzienpartikels wird ein Freigabemechanismus an eine Position unter dem Auslassbereich eines ausgewählten Behälters bewegt. Der Freigabemechanismus ist derart betriebsfähig, dass er die Schließkraft überwindet, die normalerweise den Austritt von Reagenzienpartikeln verhindert. In der Ausführungsform der Fig. 5-6 wird ein Elektromagnet 192 als Freigabemechanismus eingesetzt. Der Elektromagnet 192 weist zueinander beabstandete Süd- und Nordpol-Bereiche auf, die derart angeordnet sind, dass sie die sich gegenüberstehenden unteren Nord- und Südpol-Bereiche der jeweiligen Drehmagneten 178, 180 voneinander weg anziehen. Die bei einer Aktivierung des Elektromagneten 192 geschaffene Magnetkraft ist ausreichend, um die zuvor beschriebene normaler Schlusskraft zu überwinden, wodurch die unteren Bereiche der Drehmagneten 178, 180 voneinander abgeschwenkt werden, so dass eines der Partikel 188 durch eine zentrale Öffnung 170a am unteren Ende des Einsatzes 170 herausfallen kann. Wie am besten in Fig. 6(A) zu erkennen, werden, während die unteren Bereiche der Drehmagneten 178, 180 voneinander abgeschwenkt werden, die oberen Bereiche zueinander hingeschwenkt, wodurch der Durchtritt jeglicher weiterer Partikel 188 blockiert wird. Sobald ein Partikel abgegeben wurde, kann der Elektromagnet 192 deaktiviert werden, was erlaubt, dass der Sperrmechanismus in die geschlossene Position, wie in den Fig. 5(A)-5(B) gezeigt, zurückkehrt. Der Elektromagnet 192 kann dann zu einem weiteren Behälter bewegt werden, um ein anderes Reagenz abzugeben. Diese Anordnung erlaubt eine steuerbare Abgabe eines einzigen Partikels.
Die Fig. 7 und 8 zeigen eine Ausführungsform eines Quetschventils, das besonders für eine Abgabe eines Flüssigreagenzes geeignet ist. In dieser Ausführungsform sind zwei im Wesentlichen planare, permanente Magneten 278, 280 an ihren obersten Enden an ein Trägermitglied 270 angebracht, um eine Drehbewegung um jeweilige Drehverbindungen 274, 276 durchzuführen. Wie am besten in den Fig. 7(A) und 8(A) zu erkennen, sind die Drehverbindungen 274, 276 an gegenüberliegenden Stellen einer untersten Öffnung eines länglichen Behälters 242 angeordnet. Das Trägermitglied 270 wiederum ist in einem Bereich des unteren Endes des Behälters 242 befestigt. Im Hinblick darauf erstreckt sich eine ringförmige Höhlung 287 nach oben ausgehend von einem untersten Rand oder einer Lippe des Behälters 242, wodurch ein länglicher Durchgang 242a begrenzt wird. Ein aufrecht stehender zylindrischer Kragen 270a, der am Kopf des Trägermitglieds 270 ausgebildet ist, ist derart konfiguriert, dass er gut in die Höhlung 287 passt. Der Kragen 270a kann in der Höhlung 287 durch Reibungskräfte und/oder Adhäsionsmittel gehalten werden. Eine Platte 272 ist gegen ein unterstes Ende der Haltezelle 252 gesichert, um eine untere Basis für ein Stützen des Behälters und des darin enthaltenen Sperraufbaus bereitzustellen.
Dichtungsmitglieder 279, 281 (Fig. 7(B) und 8(B)) sind an gegenüberliegenden inneren Seitenwandteilen des Trägermitglieds 270 befestigt. Die Dichtungsmitglieder 279, 281 stellen sich gegenüberliegende planare Oberflächen bereit, die für einen gleitenden, im Wesentlichen flüssigkeitsdichten Kontakt mit den lateralen Seitenkanten der Drehmagneten 278, 280 positioniert sind. Die sich gegenüberliegenden planaren Oberflächen der Dichtungsmitglieder 279, 281 können aus einem hydrophoben Material ausgebildet sein und/oder behandelt sein, um hydrophobe Eigenschaften für eine Verhinderung eines ungewünschten Leckens des flüssigen Reagenzes 288 aufzuweisen.
Ähnlich zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform sind die Drehmagneten 278, 280 derart orientiert, dass sie untere Endbereiche mit einer entgegengesetzten Polarität aufweisen. In einer solchen Anordnung werden die unteren Enden der Drehmagneten 278, 280 normalerweise angezogen, so dass sie zueinander hinschwingen und einen Kontakt eingehen, wodurch eine im Wesentlichen flüssigkeitsdichte Abdichtung (d. h. eine "geschlossene" Position) ausgebildet wird. Im Hinblick darauf können einer oder beide Magneten 278, 280 eine polymere Beschichtung (nicht gezeigt) entlang des Kontaktbereichs aufweisen, um die Bildung des flüssigkeitsdichten Abschlusses zu unterstützen.
Für eine Freigabe des flüssigen Reagenzes wird ein Freigabemechanismus an eine Position unter dem Auslassbereich eines ausgewählten Behälters bewegt. Unter Verweis auf die Fig. 8(A)-8(B) wird ein Elektromagnet 292 als Freigabemechanismus eingesetzt. Der Elektromagnet 292 weist beabstandete Süd- und Nordpol-Bereiche auf, die derart angeordnet sind, dass sie die sich gegenüberstehenden unteren Nord- und Südpol-Bereiche der jeweiligen Drehmagneten 278, 280 in eine Richtung voneinander weg anziehen. Die bei einer Aktivierung des Elektromagneten 292 geschaffene Magnetkraft ist ausreichend, um die zuvor beschriebene normale Schlusskraft zu überwinden, wodurch die unteren Bereiche der Drehmagneten 278, 280 voneinander abgeschwenkt werden, so dass eine Menge des flüssigen Reagenzes 288 durch eine zentrale Öffnung 272a in der Platte 272 treten kann. Die Aktivierungsdauer des Elektromagneten 292 kann für ein Ausmessen der Menge des abgegebenen flüssigen Reagenzes eingesetzt werden. Falls der Elektromagnet 292 abgeschaltet wird, lässt die normale Anziehung zwischen den sich gegenüberstehenden unteren Endbereichen der Magneten 278, 280 das Ventil in eine geschlossene Position zurückkehren.
In einer weiteren Ausführungsform ist jeder Sperrmechanismus ein federnd ablenkbarer Hebel mit einem Vorsprung, der sich normalerweise in einen jeweiligen Auslassbereich erstreckt. In einer beispielhaften Anordnung, wie in den Fig. 9(A)-9(B) gezeigt, erstreckt sich ein länglicher Hebel, allgemein durch das Bezugszeichen 302 angedeutet, der Länge nach entlang der äußeren Seitenwand des Behälters 342 in der Nähe des unteren Auslassbereichs des Behälters. Obere und untere Noppen oder Vorsprünge, jeweils als 302b und 302c bezeichnet, erstrecken sich auswärts von einer Seite des Hebels 302 in Richtung des Behälters 342. Der Behälter 342 ist wiederum mit oberen und unteren Bohrungen, jeweils als 342b und 342c angegeben, ausgestattet, die sich vollständig durch seine Seitenwand an zu dem Hebel 302 benachbarten Positionen erstrecken. Insbesondere ist eine jede der Bohrungen 342b, 342c in Ausrichtung zu einem jeweiligen der Vorsprünge 302b, 302c positioniert und ist derart konfiguriert, dass sie in entfernbarer Weise einen solchen Vorsprung aufnimmt.
Ein elastisches Federmitglied wie die Blattfeder 351 ist an einem Ende einer Trägerstruktur 353 befestigt, die fest in der Nähe des unteren Auslassbereichs des Behälters 342 angebracht ist. Das andere Ende der Blattfeder 351 ist derart angeordnet, dass sie gegen eine Seite des Hebels 302, gegenüberliegend zu dem Behälter 342 wirkt. Die Blattfeder 351 stellt eine normale Steuerkraft in Richtung "F" bereit, die den Bereich des unteren Endes des Hebels 302 gegen den Behälter 342 drückt. Unter diesen Umständen erstreckt sich der untere Vorsprung 302c durch eine untere Bohrung 342c und in den Durchgang 342a bei dem unteren Auslassbereich des Behälters, wie in Fig. 9(A) gezeigt. In dieser "geschlossenen" Position blockiert der untere Vorsprung 302c den Austritt aller Reagenzien-tragenden Ampullen 388a-388c. Der obere Vorsprung 302b ist auf der anderen Seite außerhalb des Durchgangs 342a in der normalen, geschlossenen Position positioniert.
Für die Freigabe einer Ampulle wird ein Freigabemechanismus in eine Position unter den Auslassbereich eines ausgewählten Behälters bewegt. Der Freigabemechanismus ist derart betriebsfähig, dass er die Schlusskraft überwindet, die normalerweise den Austritt von Ampullen verhindert. Unter Verweis auf die Fig. 9(A) und 9(B) kann eine längliche Stange 372 als Freigabemechanismus eingesetzt werden. Die Stange 372 ist für eine reziproke lineare Bewegung zwischen (i) einer zurückgezogenen Position, bei der die Stange 372 unter einen ausgewählten Hebel wie den Hebel 302 in Fig. 9(A) positionierbar ist, und (ii) einer erweiterten Position angepasst, bei der ein Rundkopfteil der Stange, bezeichnet als 372a, gegen eine untere, auswärts-gewinkelte Kurvenoberfläche des Hebels wie bei 302a in Fig. 9(B) stoßen und drücken kann, wodurch der Hebel 302 weg von dem Behälter 342 abgelenkt wird. Eine solche Bewegung der Stange 372 kann beispielsweise durch Bereitstellen einer Stange am Endbereich eines beweglichen Kolbens, der sich von einem herkömmlichen Solenoid-Aufbau erstreckt, bewirkt werden.
Zu bemerken ist, dass der untere Vorsprung 302c aus dem Durchgang 342a gezogen wird, falls der Hebel 302 in der gerade beschriebenen Weise abgelenkt wird, was erlaubt, dass die unterste Reagenzien-tragende Ampulle 388a aus dem unteren Auslassbereich des Behälters fällt. Auch wird während einer solchen Ablenkung der obere Vorsprung 302b von der oberen Bohrung 342b aufgenommen, so dass er sich in den Durchgang 342a erstreckt, wodurch der Austritt aller verbleibender Ampullen 388b-388c verhindert wird. Beim Zurückkehren der Stange 372 in ihre zurückgezogenen Position nimmt der Hebel 302 seine normalerweise geschlossene Position wie in Fig. 9(A) ein, wodurch der Durchtritt von Ampullen verhindert wird. Diese Anordnung erlaubt eine steuerbare Abgabe einzelner Ampullen.
In einer alternativen Ausführungsform, ähnlich zu der gerade beschriebenen Ausführungsform, arbeitet der Freigabemechanismus gemäß magnetischen Prinzipien. In einer beispielhaften Anordnung (nicht gezeigt) sind das untere Ende des federnd ablenkbaren Hebels und der obere Kopfteil der reziprok beweglichen Stange magnetisch polarisiert oder polarisierbar, so dass sie die gleiche Polarität aufweisen (z. B. sind beide "N"). Der Hebel kann durch Bewegen der Stange in die Nähe des unteren Endes des Hebels abgelenkt werden, so dass die gleichen magnetischen Polbereiche einander abstoßen. Zu bemerken ist, dass ein Kontakt zwischen der Stange und dem Hebel in dieser Ausführungsform nicht erforderlich ist. Die magnetische Abstoßung ist ausreichend, um den Hebel vom Behälter weg abzulenken, wodurch ermöglicht wird, dass eine Reagenzien-tragende Ampulle aus dem unteren Auslassbereich des Behälters fällt.
Alle der vorstehend beschriebenen Freigabemechanismen können für eine variable Positionierung entlang einer im Allgemeinen horizontalen Ebene unter der Spenderanordnung durch eine Befestigung derselben auf der Oberfläche der unteren xy-Plattform angepasst werden. Im Hinblick darauf kann eine Befestigungsvorrichtung wie die Klammer 51 der Fig. 1-3 für ein Halten des Freigabemechanismus eingesetzt werden. In dieser Ausführungsform ist ein Ende der Klammer 51 an der oberen Fläche der unteren xy-Plattform 26 befestigt. Das andere (freie) Ende der Klammer 51 erstreckt sich in den Bereich zwischen der Plattform 12 und der Spenderanordnung 16, wobei der Freigabemechanismus gestützt wird, wie schematisch bei 44 gezeigt.
Eine Nachweisvorrichtung kann für einen Nachweis des Durchtritts von Reagenz in einen Behälter aus einem ausgewählten darüber liegenden Spender bereitgestellt werden. In der beispielhaften Anordnung der Fig. 1-3 definiert der Bereich zwischen einer Strahlenquelle oder einem Emitter wie dem Laser 37 und einem Strahlensensor wie bei 39 eine Nachweiszone. In dieser Ausführungsform sind sowohl der Laser 37 als auch der Sensor 39 fest an jeweiligen Positionen auf der oberen Fläche der unteren xy-Plattform 26 an gegenüberliegenden Seiten der oberen xy-Plattform 22 befestigt. Dieser Aufbau erlaubt eine Bewegung der Nachweiszone entlang einer im Allgemeinen horizontalen Ebene unter der Spenderanordnung 16 mit der Bewegung der unteren xy-Plattform 26. Somit kann durch Bewegen der xy-Plattform 26 in einer geeigneten Weise die Nachweiszone unter einen jeglichen ausgewählten Spender der Anordnung 16 positioniert werden. Ein Strahl mit einer engen Breite, bei 38 gezeigt, kann von dem Laser 37 entlang der Nachweiszone gerichtet und durch den Sensor 39 nachgewiesen werden. Eine Unterbrechung des Strahls 38 zeigt den Durchtritt eines Reagenzes aus einem Spender über der Nachweiszone an.
Laser und Sensoren, die erfindungsgemäß einsetzbar sind, sind käuflich z. B. von Edmund Scientific (Barrington, NJ) verfügbar. Ein besonders bevorzugter Diodenlaser für eine Verwendung als Strahlungsemitter wird von Coherent, Inc. (Auburn, CA) hergestellt.
Zusätzlich zu einem Nachweis des Durchtritts von Reagenz kann der Strahl 38 auch für die Bestätigung der Identität eines verteilten Reagenzes eingesetzt werden. Zum Beispiel kann der Strahl 38 als Balkencode-Lesegerät "duplizieren". In einer Ausführungsform trägt jede Reagenzien-tragende Ampulle einen Balkencode, der für den bestimmten Typus des darin enthaltenen Reagenzes einzigartig ist. Während eine abgegebene Ampulle den Strahl durchtritt, wird der Balkencode eingelesen und die Information an den Steuercomputer weitergeleitet. Der Computer kann sodann positiv das abgegebene Reagenz identifizieren und geeignete Korrektivmaßnahmen im Fall eines Verteilungsfehlers ergreifen.
Ein Führungs- oder Trichtermitglied kann in dem Bereich zwischen der Spenderanordnung und der Plattformanordnung für eine Kanalisierung von Reagenz bereitgestellt werden, das von einem darüber liegenden Spender an eine ausgewählte Stelle auf dem Behälter-Haltebereich der oberen xy-Plattform abgegeben wird. Bei der beispielhaften Anordnung der Fig. 1-3 ist ein solches Führungsmitglied, schematisch als 40 angegeben, im Verhältnis zu der oberen Fläche des unteren Trägers mit Hilfe einer Befestigungsklammer 51 fest positioniert. Diese Anordnung erlaubt eine Bewegung des Führungsmitglieds 40 entlang einer im Allgemeinen horizontalen Ebene unter der Spenderanordnung 16 mit einer Bewegung der unteren xy-Plattform 26.
Typischerweise wird bei einem Betrieb das Führungsmitglied 40 unter einen ausgewählten Spender der Anordnung 16 positioniert. Ein ausgewählter Behälter wie ein bestimmtes Well einer Multi-Well-Schale 36 wird unter das Führungsmitglied durch geeignete Bewegung der oberen xy-Plattform 22 positioniert. Eine solche Positionierung des Führungsmitglieds und des Behälters wird vorzugsweise gleichzeitig erfolgen. Ein abgegebenes Reagenz wird sodann durch einen zentralen, sich vertikal erstreckenden Kanal des Führungsmitglieds 40 auf seinem Weg aus dem ausgewählten Spender in den ausgewählten Behälter treten.
In einer spezifischen Ausführungsform, die in den Fig. 9(A) und 9(B) gezeigt ist, beinhaltet ein Führungsmitglied, als 340 bezeichnet, (i) eine obere Öffnung 340a, (ii) eine untere Öffnung 340c, die kleiner als die obere Öffnung 340a ist, und (iii) einen konischen oder trichterförmigen Abschnitt 340b zwischen den oberen und unteren Öffnungen. In dieser Ausführungsform sind das Führungsmitglied 340 und die reziprok bewegliche Stange 372 praktischerweise zusammen in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
An diesem Punkt kann die Signifikanz der festen Zielregion des unteren Trägers gut verstanden werden. Die feste Zielregion ist vor allem ein Referenzpunkt der bei einer Positionierung unter einen ausgewählten Spender die richtige und gleichzeitige Positionierung einer oder mehrerer zusätzlicher Komponenten darunter erleichtert. Zum Beispiel wird unter Verweis auf die Ausführungsform der Fig. 1-3 ein jegliches der nachstehenden Elemente an einer geeigneten Position in Bezug auf einen ausgewählten Behälter wie beschrieben bei einer Bewegung der festen Zielregion 26a an eine Position unter einem solchen Behälter bewegt:
(i) der Strahl 38 befindet sich unter dem ausgewählten Behälter, so dass ein jegliches von dem Behälter abgegebenes Reagenz den Strahl brechen wird;
(ii) das Führungs- oder Trichtermitglied 40 ist derart angeordnet, dass seine obere, große Öffnung axial mit dem unteren Auslassbereich des ausgewählten Behälters ausgerichtet ist, so dass abgegebenes Reagenz dort hineinfallen wird; und
(iii) der Freigabemechanismus 44 befindet sich in der Nähe eines normalerweise geschlossenen Sperrmechanismus am unteren Auslassbereich des ausgewählten Behälters.
Zudem kann ein ausgewähltes Well einer Multi-Well-Schale 36, getragen am Behälter-Haltebereich der oberen xy-Plattform 22, an eine Position über der festen Zielregion bewegt werden, während die feste Zielregion unter den ausgewählten Behälter wie gerade beschrieben bewegt wird. Auf diese Art kann auch der Behälter schnell und genau positioniert werden, um ein abgegebenes Reagenz aufzunehmen.
Wie im Fall der xy-Plattformen 22, 26 kann ein Betrieb der verschiedenen, vorstehend beschriebenen Komponenten und Teilmontagen mit Hilfe der LABVIEW®- oder LABWINDOWS®-Software von National Instruments (Austin, Texas) in an sich bekannter Weise gesteuert und instrumentiert werden.
Bei einer typischen Verwendung wird eine Anordnung von Haltezellen 52 in dem Gestell 46 mit jeweiligen Behältern 42 beladen, von denen jeder ein bestimmtes Reagenz enthält. Ein Datensatz oder eine Datentabelle wird erstellt, bestehend aus Werten, die jede Position oder Adresse der Haltezell-Matrix mit ihrem bestimmten dort befindlichen Reagenz identifizieren. Der Datensatz wird elektronisch auf einer Laufwerkseinheit gespeichert, die einem Steuercomputer zugänglich ist. Die Reagenzien werden in dem Gestell 46 bis zu einer Verteilung wie nachstehend beschrieben gehalten.
Die Multi-Well-Schale 36 wird auf einem Behälter-Haltebereich 22a der oberen xy-Plattform 22 positioniert. Eine Vielzahl von Reagenzien, gelagert in dem Gestell 46, wird für eine Verteilung in ausgewählte Wells 32 der Schale 36 ausgewählt und diese Information in den Steuercomputer eingegeben. Der Computer greift auf den Datensatz der Positionsinformation zu, um zu bestimmen, welche Behälter die ausgewählten Reagenzien enthalten, und eine Ladesequenz wird erstellt und gespeichert. Der Computer signalisiert der Motorsteuervorrichtung, die untere xy-Plattform 26 an eine Position zu bewegen, bei der ihre feste Zielregion 26a unter dem ersten Behälter der Ladesequenz liegt. Zum gleichen Zeitpunkt positioniert die obere xy-Plattform 22 eine ausgewählte Zielregion des Behälter-Haltebereichs 22a, die einem ausgewählten Well einer Multi-Well-Schale 36 unterliegt, über die feste Zielregion 26a. Zusammen dienen diese Schritte einer Positionierung des Strahls 38, des Führungsmitglieds 40 und des Freigabemechanismus 44 an geeignete jeweilige Positionen in die Nähe eines unteren Auslassbereichs des Behälters und eine Positionierung des ausgewählten Wells der Schale 36 unter dem Behälter. Der Computer signalisiert sodann eine Aktivierung des Freigabemechanismus 44, was verursacht, dass sich der Sperrmechanismus am unteren Auslassbereich des Behälters öffnet und eine Menge seines jeweiligen Reagenzes in das ausgewählte Well der Schale 36 abgibt. Eine richtig abgegebene Substanz wird kurzzeitig verhindern, dass der Strahl 38 den Sensor 39 erreicht, was eine erfolgreiche Verteilung anzeigt. Falls der Strahl 38 nicht wie erwartet unterbrochen wird, wird ein Fehler bei der Verteilung aufgezeichnet und ein weiterer Versuch, das Reagenz zu verteilen, kann wie gewünscht erfolgen. Nachdem das erste Reagenz verteilt wurde, kann das nächste Reagenz der Ladesequenz in einer ähnlichen Weise verteilt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verteilungssystem als Teilmontage in einem größeren System für ein Beladen einer Anordnung sehr kleiner Wells in einer Mikrokarte mit jeweiligen Reagenzien verwendet. In der beispielhaften Anordnung der Fig. 10 dient eine 384-Well-Schale, bezeichnet als 436, als Regenzienquelle für ein serielles Beladen von Ziel-384-Well-Mikrokarten wie 441, die für eine Bewegung auf einem Karussellaufbau 449 getragen werden. Die Wells von sowohl der Schale als auch der Mikrokarten sind in einer 16 · 24-Anordnung bei einem Abstand von etwa 4,5 mm von Zentrum zu Zentrum angeordnet. Die Wells der Schale weisen jedoch einen größeren Durchmesser auf als die Wells der Mikrokarten. Zum Beispiel kann jedes Well der Schafe mit einem Durchmesser von etwa 3 mm versehen sein, während jedes Well der Mikrokarten mit einem Durchmesser von etwa 1 mm ausgebildet sein kann.
Im Allgemeinen wird jedes Well der Multi-Well-Schale 436 mit einer jeweiligen Reagenzientragenden Ampulle in Übereinstimmung mit der vorstehenden detaillierten Beschreibung beladen. Ein Roboter wie 443 bewegt sodann die mit Ampullen beladene Schale in Richtung des schwarzen Pfeils "P" zu einer Aufnahme- und Abstelleinheit 445. Die Aufnahme- und Abstelleinheit 445 erhält gleichzeitig ein Reagenzpartikel aus jeder Ampulle in der Schale und hält die Partikel bei beabstandeten Positionen, die eine Anordnung definieren, die den Schalen- und Mikrokarten-Anordnungen entspricht. Die Aufnahme- und Abstelleinheit 445 dreht sich sodann um ihre zentrale Achse, um die zurückgehaltenen Partikeln über die Wells einer Mikrokarte zu positionieren, die auf dem Karussell an einer Position direkt benachbart dazu getragen wird, wobei an dieser Stelle die Partikel freigegeben werden. Ein Partikelverteiler wie 447, der zwischen der Aufnahme- und Abstelleinheit 445 und der Ziel-Mikrokarte liegt, kanalisiert jedes freigegebene Partikel getrennt in sein Ziel-Well. Die beladenen Mikrokarten-Wells können sodann für die Durchführung eines gewünschten Tests oder einer Reaktion wie Echtzeit-PCR eingesetzt werden.
Weitere Details des Mikrokarten-Beladesystems finden sich in der WO-A-0049382.
Die vielen Vorteile, die das erfindungsgemäße Speicherungs- und Verteilungssystem bietet, können nun verstanden werden. Zum Beispiel erlaubt eine gleichzeitige Bewegung der oberen und unteren Träger (z. B. xy-Plattformen) eine schnelle und genaue Positionierung der verschiedenen Systemkomponenten. Zudem können, sobald ein gewünschter Aufnahmebehälter unter einen ausgewählten Spender positioniert wurde, der Freigabemechanismus und der Nachweisstrahl sofort arbeiten, um die Substanz abzugeben. Demzufolge kann eine serielle Verteilung einer Vielzahl von Substanzen in einer sehr schnellen Weise erfolgen.
Der Fachmann kann aus der vorstehenden Beschreibung verstehen, dass die breite erfindungsgemäße Lehre in einer Vielzahl von Ausgestaltungen implementiert werden kann. Daher sollte, obwohl die Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen und Beispiele davon beschrieben wurde, der wahre Umfang der Erfindung nicht darauf begrenzt sein. Verschiedene Veränderungen und Modifikationen können gemacht werden, ohne vom Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert wird, abzuweichen.

Claims

1. System zur Speicherung und Verteilung einer Vielzahl von Reagenzien, umfassend:

eine adressierbare Anordnung von Reagenzspendern;

einen Sperrmechanismus an einem unteren Auslassbereich eines jeden Spenders, wobei jeder Sperrmechanismus unabhängig zwischen (i) einem offenen- Zustand, der einen Durchtritt eines jeweiligen Reagenzes durch den Auslassbereich, und (ii) einem geschlossenen Zustand, bei dem ein solcher Durchtritt blockiert ist, betriebsfähig ist;

einen ersten Träger, der unter der Anordnung liegt;

einen zweiten Träger, der auf dem ersten Träger angebracht ist, wobei der zweite Träger einen Haltebereich für die Aufnahme einer Vielzahl von Behältern aufweist;

wobei (i) der erste Träger variabel derart positionierbar ist, dass die Platzierung einer festen Zielregion davon direkt unter einen jeglichen ausgewählten Spender in der Anordnung ermöglicht wird, und (ii) der zweite Träger variabel derart positionierbar ist, dass eine Platzierung einer jeglichen ausgewählten Zielstelle des Haltebereichs direkt über die feste Zielregion ermöglicht wird.

2. System nach Anspruch 1, wobei die Spender längliche Behälter sind, wobei jeder einen längs verlaufenden Durchgang aufweist, der derart konfiguriert ist, dass er ein jeweiliges Reagenz aufnimmt und festhält, falls der Sperrmechanismus sich im geschlossenen Zustand befindet.

3. System nach Anspruch 2, ferner umfassend ein Gerüst mit einer Anordnung von mindestens etwa 100 Haltezellen, wobei jede Haltezelle derart konfiguriert ist, dass sie in entfernbarer Weise einen der Behälter im Wesentlichen aufrecht trägt.

4. System nach Anspruch 3, wobei die Haltezellen bei einer durchschnittlichen Dichte von mindestens etwa 3 Haltezellen pro cm² angeordnet sind.

5. System nach Anspruch 4, wobei die Anordnung mindestens etwa 500 Haltezellen einschließt und die Haltezellen bei einer durchschnittlichen Dichte von mindestens etwa 4 Haltezellen pro cm² angeordnet sind.

6. System nach Anspruch 5, wobei die Anordnung mindestens etwa 1000 Haltezellen einschließt.

7. System nach Anspruch 6, wobei die Anordnung mindestens etwa 10000 Haltezellen einschließt.

8. System nach Anspruch 7, wobei die Anordnung mindestens etwa 100000 Haltezellen einschließt.

9. System nach Anspruch 2, ferner umfassend eine Vielzahl verschiedener Reagenzien, die in den Spender-Durchgängen angeordnet sind.

10. System nach Anspruch 9, wobei ein jeder der Durchgänge ein Reagenz enthält, das in der Anordnung einmalig ist.

11. System nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Vielzahl von Partikelmengen, wobei jede Menge eine Vielzahl von im Wesentlichen ähnlichen Partikeln beinhaltet, die ein jeweiliges der verschiedenen Reagenzien tragen.

12. System nach Anspruch 11, wobei jedes Partikel einen Durchmesser von weniger als etwa 1 mm aufweist.

13. System nach Anspruch 12, ferner umfassend

eine Vielzahl verschlossener Ampullen, wobei die Ampullen derart dimensioniert sind, dass sie sich durch einen jeden der Durchgänge unter der Schwerkraft im Wesentlichen eine hinter der anderen abwärts bewegen;

wobei jede Ampulle Partikel aus den gleichen oder im Wesentlichen identischen Mengen enthält und jeder Durchgang mit einer Vielzahl solcher Ampullen beladen wird.

14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und zweite Träger unabhängig voneinander betriebsfähige xy-Plattformen sind.

15. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine Nachweiseinrichtung, die ein Gesichtsfeld aufweist, das sich zwischen den Spender-Auslassbereichen und dem zweiten Träger erstreckt und die so angepasst ist, dass der Durchtritt eines Reagenzes, das von einem jeglichen der Spender verteilt wird, nachgewiesen wird.

16. System nach Anspruch 15, wobei die Nachweiseinrichtung

(i) einen Strahlungsemitter, der (a) auf dem ersten Träger in einem Bereich entlang einer Seite des zweiten Trägers angebracht ist und (b) derart konfiguriert ist, dass er einen im Wesentlichen linearen Strahl entlang eines Weges projiziert, der über die feste Zielregion des ersten Trägers tritt, und

(ii) einen Strahlungssensor beinhaltet, der (a) auf dem ersten Träger in einem Bereich entlang einer entgegengesetzten Seite des zweiten Trägers angebracht und (b) innerhalb des Strahlungsweges angeordnet ist.

17. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei jeder Sperrmechanismus einer normalen Steuerkraft unterliegt, die ihn in die geschlossene Position zwingt, wodurch der Durchtritt von Reagenz durch einen jeweiligen Auslassbereich vermieden wird.

18. System nach Anspruch 17, ferner umfassend einen Freigabemechanismus, der in die Nähe eines jeglichen der Sperrmechanismen positionierbar und derart betriebsfähig ist, dass eine Sekundärkraft einer Stärke und Richtung angelegt wird, die wirksam ist, um die normale Steuerkraft aufzuheben, so dass der Sperrmechanismus den offenen Zustand einnimmt.

19. System nach Anspruch 18, wobei jeder Sperrmechanismus ein magnetisches Quetschventil mit ersten und zweiten Magneten beinhaltet, (i) die drehbar gegenüberliegend an einem jeweiligen Auslassbereich angebracht sind und (ii) die untere, sich gegenüberstehende Nord- bzw. Südpolbereiche aufweisen, die normalerweise durch Magnetkräfte aneinandergedrängt werden, so dass die Magneten in den geschlossenen Zustand geschwenkt werden.

20. System nach Anspruch 19, wobei der Freigabemechanismus ein Elektromagnet ist, der benachbart zu dem Strahlungsweg liegt, wobei der Elektromagnet betriebsfähig ist, um die Sekundärkraft als magnetische Kraft mit Süd- und Nordpol-Anteilen zu erzeugen, die angeordnet sind, um die unteren Nord- und Südpolbereiche der ersten bzw. zweiten Magnete anzuziehen, so dass die unteren Bereiche voneinander abgeschwenkt werden.

21. System nach Anspruch 18, wobei jeder Sperrmechanismus ein federnd ablenkbarer Hebel mit einem Vorsprung ist, der sich normalerweise in einen jeweiligen Auslassbereich erstreckt.

22. System nach Anspruch 21, wobei der Freigabemechanismus eine Stange ist, die benachbart zu dem Strahlungsweg für eine Bewegung von einer zurückgezogenen Position zu einer erweiterten Position angepasst ist, wobei die Stange angepasst ist, um die Sekundärkraft als mechanische Kraft durch Belegung und Ablenkung des Hebels bei einer Bewegung in die erweiterte Position anzulegen, so dass der Vorsprung mindestens teilweise aus dem Auslassbereich gezogen wird.

23. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, ferner umfassend

ein Führungsmitglied, das über der festen Zielregion des ersten Trägers, zwischen der Spenderanordnung und dem zweiten Träger liegt,

wobei das Führungsmitglied (i) für eine Bewegung mit dem ersten Träger zu einer Position unter einem jeglichen ausgewählten Spender angeordnet ist und (ii) konfiguriert ist, um Reagenz, das von einem solchen Spender verteilt wird, zu einer ausgewählten Stelle auf dem Haltebereich des zweiten Trägers zu kanalisieren.

24. System nach Anspruch 23, wobei das Führungsmitglied beinhaltet:

(i) eine obere Öffnung, die mit einem jeglichen der Auslassbereiche für eine Aufnahme von Reagenz, das davon verteilt wird, ausrichtbar ist;

(ii) eine untere Öffnung, die kleiner als die obere Öffnung ist, durch die verteiltes Reagenz in Richtung des Haltebereichs ausgelassen werden kann, und

(iii) einen konischen Abschnitt zwischen den oberen und unteren Öffnungen.

25. Reagenz-Verteilungsaufbau nach Anspruch 1, umfassend:

einen Behälter, angepasst, um ein Reagenz aufzunehmen;

einen Sperrmechanismus, der sich an einem unteren Auslassbereich des Behälters befindet; wobei der Sperrmechanismus erste und zweite permanente Magneten einschließt, (i) die drehbar gegenüberliegend an dem unteren Auslassbereich angebracht sind und (ii) die untere, sich gegenüberstehende Nord- bzw. Südpolbereiche aufweisen, die normalerweise durch Magnetkraft aneinandergedrängt werden, so dass die Magneten in einen geschlossenen Zustand geschwenkt werden, wobei der Austritt von Reagenz aus dem Behälter im Wesentlichen blockiert wird.

26. Reagenzspender nach Anspruch 25, ferner umfassend:

einen Elektromagneten, der unterhalb des Sperrmechanismus angeordnet ist,

wobei der Elektromagnet betriebsfähig ist, um eine magnetische Kraft mit Süd- und Nordpol- Anteilen zu erzeugen, die angeordnet sind, um die unteren Nord- und Südpolbereiche der ersten bzw. zweiten Magnete anzuziehen, so dass die unteren Bereiche voneinander in einen offenen Zustand abgeschwenkt werden, was den Austritt von Reagenz aus dem Behälter erlaubt.

27. Reagenzspender nach Anspruch 26, ferner umfassend

ein Gestell, das eine Vielzahl der Behälter an den jeweiligen Stellen hält, die eine Anordnung definieren; und

einen ersten beweglichen Träger, der unterhalb des Gestells angeordnet ist,

wobei der Elektromagnet auf dem beweglichen Träger angebracht ist.

28. Reagenzspender nach Anspruch 27, ferner umfassend

einen zweiten beweglichen Träger, der auf dem ersten beweglichen Träger unter dem Elektromagneten angebracht ist,

wobei der zweite bewegliche Träger derart konfiguriert ist, dass er eine Multi-Well-Platte für die Aufnahme von Reagenzien aus den Behältern empfängt und hält.

29. Verfahren zum Laden einer Vielzahl von Behältern mit einem oder mehreren Reagenzien unter Verwendung eines Systems nach Anspruch 1, umfassend:

(i) Platzieren einer Vielzahl von Behältern auf einem Träger unter einer adressierbaren Anordnung von Reagenzspendern,

(ii) Auswahl eines Spenders, der zur Verteilung eines gewünschten Reagenzes ausgestattet ist, und eines Behälters für die Aufnahme des gewünschten Reagenzes,

(iii) gleichzeitige (a) Positionierung einer festen Zielregion des Trägers an einer Stelle unter dem ausgewählten Spender und (b) Positionierung des ausgewählten Behälters an einer Steile direkt über der festen Zielregion des Trägers,

(iv) Verteilung des gewünschten Reagenzes aus dem ausgewählten Spender in den ausgewählten Behälter,

(v) Nachweis des gewünschten Reagenzes während seiner Verteilung aus dem ausgewählten Spender und

(vi) Wiederholung der Schritte (ii)-(v), so dass Reagenz von mindestens einem weiteren Spender in mindestens einen weiteren Behälter verteilt wird.

30. Verfahren nach Anspruch 29, wobei jeder der Behälter ein Well einer Multi-Well- Schale ist.

31. Verfahren nach Anspruch 29, wobei jeder der Spender ausgestattet ist, um ein Analyt-spezifisches Reagenz, das in der Anordnung einmalig ist, zu verteilen.

32. Verfahren nach Anspruch 29, wobei mindestens 100 verschiedene Analyt-spezifische Reagenzien aus den jeweiligen Spendern in die jeweiligen Behälter verteilt werden.

33. Verfahren nach Anspruch 32, wobei mindestens 500 verschiedene Analyt-spezifische Reagenzien aus den jeweiligen Spendern in die jeweiligen Behälter verteilt werden.