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Gebiet der
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren
zum Aufnehmen von Gelspots von Gelplatten.
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Stand der
Technik
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Viele
biochemische analytische Verfahren erzeugen Ergebnisse in der Form
von Gelplatten, auf denen die Bestandteile der analysierten Substanzen in
Spots gruppiert sind. Eine weitere Analyse der Bestandteile kann
durchgeführt
werden durch Ausschneiden und Aufnehmen der zylindrischen Gelplugs,
die die Substanzen von Interesse enthalten, und Übertragen der Plugs zu anderen
Vorrichtungen, wie Mikrotiterplatten oder Teströhrchen für eine weitere Analyse. Die
Plugs werden extrahiert aus der Gelplatte durch Absenken einer zylindrischen
Hohlnadel durch eine beliebige Flüssigkeit, die das Gel bedeckt,
und das Gel, bis sie die tragende Basisplatte erreicht, Anwenden
eines Soges auf das obere Ende der Nadel, um den Plug von der Basisplatte
und in die Nadel abzuheben, wo er durch eine zusammengesetzte Trennwand
in der Nähe
der Spitze der Nadel gehalten wird. Der Plug kann dann durch den Aufnahmekopf
zu einer Position oberhalb eines Wells in einer Mikrotiterplatte
oder einem Teströhrchen transportiert
und dann aus der Nadel durch unter Druck gesetzte Flüssigkeit,
die auf den oberen Teil der Nadel angewandt wird, ausgestoßen werden.
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Ein
Problem kann auftreten, falls die Gelplatte an einen darunterliegenden
Träger
gebunden ist, da die Zugfestigkeit der Bindung, die das Gel an den Träger hält, größer ist
als die Zugfestigkeit des Gels im Plug. Dies bedeutet, dass, wenn
ein Gelplug aufgesaugt wird, die Spitze des Plugs von der Basis
des Gelplugs wegbricht, was einen Gelstumpf zurücklässt, der an den Träger gebunden
ist. Dies bedeutet, dass einige der Bestandteile der Probe von Interesse auf
der Gelplatte zurückgelassen
werden können und
nicht für
eine weitere Analyse verfügbar
sind.
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Eine
Vorrichtung zum Aufnehmen von Gelplugs, umfassend ein rotierendes
Schneidwerkzeug, aber ohne eine innere Trennwand, ist aus der WO-9915875
bekannt.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung strebt danach, eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Überwinden des
Problems der Vorrichtungen und Verfahren des Stands der Technik
bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung erreicht dies mit einer
Vorrichtung mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erwähnten Merkmalen
und mittels eines Verfahrens mit den im kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 7 erwähnten Merkmalen.
Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden erhalten mittels
Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der abhängigen Ansprüche.
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Vorrichtungen
und Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 7 besitzen den Vorteil, dass
ein Gelplug auf einfache Weise von einem Träger abgelöst werden kann, an den es gebunden
ist.
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Vorrichtungen
mit dem Merkmal des Anspruchs 2 besitzen den Vorteil, dass keine
elektrische Versorgung zum Rotieren des Gelplugs nötig ist.
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Vorrichtungen
mit dem Merkmal des Anspruchs 3 besitzen den Vorteil, dass eine
Verbindung zwischen Halter und Körper
erzeugt werden kann, die relativ frei von Spiel ist und die deshalb
eine gute Positionierungsgenauigkeit und -wiederholbarkeit sicherstellt.
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Vorrichtungen
mit dem Merkmal des Anspruchs 4 besitzen den Vorteil, dass die Nadel
rotiert werden kann, wenn sie durch das Gel abgesenkt wird, um den
Gelplug zu zerbrechen, falls erwünscht. Es
ist auch möglich,
die Kraft zu verringern, mit der die Nadel auf die darunter liegende
Oberfläche
gedrückt
wird, und dadurch das Risiko der Beschädigung dieser Oberfläche zu verringern.
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Vorrichtungen
mit dem Merkmal des Anspruchs 5 besitzen den Vorteil, dass eine
Nadel-Rotation, die geringer ist als 360°, ausreichend ist, um die Bindung
zwischen dem Gel und der darunter liegenden Oberfläche zu brechen.
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Vorrichtungen
mit dem Merkmal des Anspruchs 6 und Verfahren mit den Merkmalen
des Anspruchs 8 besitzen den Vorteil, dass ein Gelplug von jedem
Hohlraum unabhängig
von dem/den anderen Hohlraum/Hohlräumen ausgestoßen werden
kann.
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Kurze Beschreibung
der Figuren
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1 zeigt
einen Abschnitt entlang der Linie I-I in 2 einer
ersten Ausführungsform
eines Spotaufnahmekopfes gemäß der vorliegenden
Erfindung;
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2 zeigt
eine Unteransicht des Spotaufnahmekopfes der 1;
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3 zeigt
einen Abschnitt entlang der Linie I-I in 2 eines
Spotaufnahmekopfes mit einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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4 zeigt
eine Unteransicht des Spotaufnahmekopfes der 3;
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5a) und 5b) zeigen
Unteransichten zweier weiterer Ausführungsformen von Nadeln gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung
von Ausführungsformen, die
die Erfindung veranschaulichen
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1 zeigt
eine Seitenansicht eines Aufnahmekopfes 1 zum Aufnehmen
von Gelplugs von einer Gelplatte 3. Die Gelplatte 3 ist
an eine Platte 5 gebunden und ist mit einer dünnen Schicht
von Fluid 7 bedeckt, das verhindert, dass das Gel austrocknet.
Der Aufnahmekopf 1 besitzt einen röhrenförmigen Körper 9, der mit einem äußeren Gewinde 11 versehen
ist. Der Körper 9 ist
rotierbar in einem komplementären Gewinde 13 im
oberen Abschnitt 14 der zylindrischen Innenwand 15 eines
Halters 17 montiert. Der Halter 17 ist an ein
Manövriermittel
anbringbar, wie einen Roboteraufnahmearm 18 (schematisch
gezeigt). Der Halter 17 ist versehen mit elastischen Mitteln,
wie einer helixförmigen
Feder 19, die gegen die untere Oberfläche eines, bevorzugt entfernbaren,
Halterdeckels 20 wirkt, um den Körper 9 zum unteren
Teil des Halters 17 zu schieben (diese Position ist mit
gepunkteten Linien in 1 gezeigt). Der Deckel 20 begrenzt
die Aufwärtsbewegung
des Körpers 9.
Der Körper 9 ist
mit einem radial hervorstehenden Mittel 21 versehen, das
zum Kooperieren mit dem unteren Abschnitt 23 der Innenwand 15 angepasst
ist, der einen weiteren Durchmesser als der mit dem Gewinde versehene
untere Abschnitt 14 der Innenwand 15 besitzt,
um ein Mittel zum Begrenzen der Abwärtsbewegung des Körpers 9 in
bezug auf den Halter 17 bereitzustellen. Das untere Ende
des Körpers 9 besitzt eine Öffnung 25,
an die eine Hohlnadel 27 angebracht ist. Die Nadel 27 ist
an jedem Ende offen und besitzt einen Innendurchmesser D. Das obere
Ende des Körpers 9 kann
mittels einer flexiblen Röhre 29 mit
einem Ventil 31 verbunden sein. Die flexible Röhre 29 kann
bevorzugt durch ein Loch 30 im Deckel 20 führen. Das
Ventil 31 ist mit einer Fluidversorgung 33 auf
einem Druck, der niedriger ist als Atmosphärendruck, verbindbar, um einen
Sog am unteren Ende der Nadel 27 zu bilden, um Gels oder
anderes Material von Interesse in die Nadel 27 zu saugen.
Das Ventil 31 kann auch mit einer Versorgung von unter Druck
stehender Flüssigkeit 35 verbunden
sein, um einen Überdruck
am unteren Ende der Nadel 27 zu bilden, um beliebige Gels
oder Material von Interesse aus der Nadel 27 herauszupusten.
Die unter Druck stehende Flüssigkeit
von der Versorgung 35 oder einer weiteren Versorgung von
Reinigungsflüssigkeit (nicht
gezeigt) kann auch nachfolgend verwendet werden, um die Nadel 27 zu
reinigen, um eine Kreuzkontamination von Proben zu verhindern. Die
Nadel 27 enthält
eine vertikale Trennwand 37, die sich über der Innenseite des unteren
Teils 39 der Nadel 27 von der Wand zum Zentrum
erstreckt. Der obere Teil 43 der Nadel 27 ist
mit einer perforierten End-Trennwand 45 versehen, die verhindert,
dass Material, das in die Nadel 27 gesogen wird, den ganzen
Weg hinauf in den Körper 9 aufgesogen
wird.
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Der
Aufnahmekopf 1 ist in 1 in durchgezogenen
Linien in einer Position gezeigt, in der er durch das Fluid 4 und
die Gelplatte 2 herabgesenkt wurde, und der untere Teil
der Nadel 27 steht im Kontakt mit der Platte 3.
Die Nadel 27 enthält
Gel 47, das von der Platte 3 abgelöst worden
ist. Die Bindung zwischen dem Gel 47 und der Platte 3 wurde
vollständig
durch Rotation der Trennwand 37 durch einen Winkel von
mehr als 360° gebrochen.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Abwärtsbewegung des Halters 17 fortgesetzt
wird, nachdem die Nadel durch das Gel 2 in den Kontakt
mit der Platte 3 abgesenkt worden ist. Dies verursacht,
dass das Gewinde auf der Innenseite des Halters 17 den
Körper 9 gegen den
Druck der Feder aufwärts
rotiert. Diese Rotation verursacht, dass die vertikale Trennwand 37 auch
rotiert und damit der Gelplug 47 innerhalb der Nadeln 27.
Diese Rotation des Gels 47 durch den unteren Teil der Trennwand 37 kann
das Gel von der Platte 3 lose kratzen. Das Gel 47 kann
dann in die Nadel heraufgesogen werden, durch Einstellen des Ventils 33 derart,
dass die Röhre 29 mit
der Fluidversorgung 33 verbunden wird, die sich auf einem
Druck geringer als Atmosphäre
befindet. Das Gel 47 wird vom Aufsteigen in den Körper 9 durch
die perforierte End-Trennwand 45 abgehalten. Der Aufnahmekopf 1 kann
zu einer Position oberhalb eines Sammelgefässes oder einer Sammeloberfläche bewegt
werden und das Gel 47 kann dann durch Einstellen des Ventils 33 derart
ausgestoßen
werden, dass Fluid von der unter Druck stehenden Fluidversorgung 35 mit der
Röhre 29 verbunden
wird.
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3 und 4 zeigen
eine zweite Ausführungsform
eines Aufnahmekopfes gemäß der vorliegenden
Erfindung, wobei Komponenten mit derselben Funktion wie jene in der
ersten Ausführungsform dieselben
Bezugszeichen besitzen, wie in 1 und 2 verwendet.
In dieser Ausführungsform
ist die Nadel 27 mit einer vertikalen Trennwand 37' versehen, die
sich über
die Breite der Nadel 27 erstreckt, um zwei im wesentlichen
halbzylindrische Hohlräume 51', 51'' zu bilden. Die Trennwand 37' erstreckt sich
herauf bis zu einer perforierten Endtrennwand 45. Der Hohlraum 51' ist mit einer
ersten flexiblen Röhre 53' verbindbar,
die sich herauf durch den Halter 17 zu einem ersten Auslass 55' eines Ventils 57 erstreckt.
Der Hohlraum 51'' ist verbindbar
mit einer zweiten flexiblen Röhre 53'', die sich durch den Halter 17 zu
einem zweiten Auslass 55'' eines Ventils 57 herauf
erstreckt. Das Ventil 57 besitzt einen Einlass 59,
der mit dem Auslass 61 eines Ventils 31 verbindbar
ist. Das Ventil 31 besitzt zwei Einlässe 63', 63'', die
selektiv mit zwei Versorgungen von Fluid 33, 35, unterhalb
bzw. oberhalb des Atmosphärendruckes verbunden
werden können.
Die Ventile 31, 57 sind derart betreibbar, dass
beide Röhren 53', 53'' zur selben Zeit mit der Quelle
des Fluids unterhalb Atmosphärendruck 33 verbunden
werden können,
um die halbzylindrischen Gelplugs 61', 61'' herauf
in die Nadel 27 zu saugen. Wie zuvor im Zusammenhang mit der
ersten Ausführungsform
der Erfindung beschrieben, können
diese halbzylindrischen Plugs 61', 61'' von
der Platte 3 dadurch abgelöst werden, dass die Abwärtsbewegung
des Halters 17 fortgesetzt wird, nachdem die Nadel durch
das Gel 2 in den Kontakt mit der Platte 3 abgesenkt
worden ist. Dies verursacht, dass das Gewinde auf der Innenseite
des Halters 17 den Körper 9 gegen
den Druck der Feder 19 heraufrotiert. Diese Rotation verursacht,
dass die vertikale Trennwand 37' auch rotiert, und damit das Gel
innerhalb der Nadel 27. Falls diese Rotation des Gels durch
den unteren Teil der Trennwand 37 durch einen Winkel größer als
180° stattfindet,
kann das Gel von der Platte 3 lose gekratzt werden, wobei
zwei halbzylindrische Plugs 61', 61'' gebildet
werden. Diese Plugs 61', 61'' können aus der Nadel 27 durch
Verbinden der Röhren 53', 53'' getrennt ausgestoßen werden,
und wiederum bevorzugt zu der Versorgung des Fluids oberhalb Atmosphärendruck 35 über die Ventile 31, 57.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beide Plugs 61', 61'' ausgestoßen werden, Dies ist nötig, da,
falls beide Röhren
gleichzeitig zur Fluidversorgung über einen einzelnen Auslass verbunden
wären,
es am wahrscheinlichsten ist, dass nur ein Plug ausgestoßen werden
würde,
z.B. Plug 61'.
Dies beruht darauf, dass, sobald Plug 61' ausgestoßen worden ist, der Widerstand
gegenüber Fluidfluss
durch den Hohlraum 51',
der nicht länger durch
den Plug 61' blockiert
ist, niedriger wäre,
als jener im Hohlraum 51'', der noch durch
den Plug 61'' blockiert ist.
Da das unter Druck stehende Fluid den Weg des geringsten Widerstandes
durch die Nadel nehmen würde,
würde es
nicht den Plug 61'' aus dem noch
blockierten Hohlraum 51'' schieben, sondern würde aus
dem nicht blockierten Hohlraum 51' herausfließen. Durch Verbinden der Röhren 53', 53'' getrennt mit der Fluidversorgung
kann das am wenigsten mögliche
Fluid verwendet werden, und die Verdünnung der Gegenstände von
Interesse vom Gel durch dieses Fluid wird minimiert.
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In
dem Fall, dass aus Gründen
der Herstellungseinfachhheit es nicht erwünscht ist, zwei Röhren zu
verwenden, ist es dann möglich,
beide Gelplugs 61', 61'' im wesentlichen gleichzeitig durch
Verwenden einer einzelnen Röhre
zu extrahieren. In diesem Fall würde
eine hohe Fluidfluss-Geschwindigkeit benötigt werden, und dies würde den
Nachteil besitzen, dass die Plugs in einem großen Fluidvolumen präsentiert
würden,
das zusammen mit beliebigen Salzen, die im Fluid aufgelöst sind,
entfernt werden müsste.
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Andere
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind auch denkbar. Zum Beispiel kann die
vertikale Trennwand in der Nadel durch eine Mehrzahl von durch Winkeln
getrennte vertikale Trennwände
ersetzt werden, was den Effekt des Verringerns des Winkels hätte, den
die Nadel rotieren muss, um die Gelplug(s) von der darunterliegenden Platte
abzulösen.
Zwei Beispiele derartiger Mehrzahlen von Trennwänden sind in 5a) und 5b) gezeigt.
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Während die
vorliegende Erfindung durch Ausführungsformen
veranschaulicht wurde, in denen die Rotation der Nadel durch mechanische
Mittel verursacht wird, ist es auch denkbar, einen Spotaufnehmer
mit Elektromotormitteln zum Rotieren der Nadel bereitzustellen.
Dies würde
durch Versehen des Halters mit einem Elektromotor durchgeführt, der
die Nadel im Körper
oder den Körper
in dem Halter rotieren kann. Die bevorzugten Ausführungsformen
verwenden mechanische Mittel, wie jene, da diese die Verwendung
elektrischer Vorrichtungen in der Nachbarschaft von Fluid vermeiden.
Jedoch bedeutet die Verwendung eines Elektromotors, dass die Nadel
rotiert werden kann, wenn sie durch das Gel abgesenkt wird. Dies
kann verwendet werden, um das Gel zu zerbrechen und kann dabei helfen,
die Chemikalien von Interesse vom Gel freizusetzen. Zusätzlich kann die
Abwärtsbewegung
der Nadel beendet werden, sobald sie die Platte unter dem Gel berührt, oder
sogar genau bevor sie die Platte berührt, d. h. bis sie angrenzend
an die Platte ist, und dann kann die Nadel rotiert werden, ohne
auf die Platte Druck ausüben zu
müssen.
Dies kann den Gelplug gerade oberhalb seiner Bindung auf der Platte
abschneiden. Dies verringert das Kratzen der Platte, das andernfalls
auftreten kann, und erlaubt dadurch eine Wiederverwendung der Platte
auf Kosten eines kleinen Teils des Gelplugs, der auf der Platte
belassen wird.
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Die
Rotationsbewegung der Nadel muss nicht in einer Richtung kontinuierlich
sein, aber kann eine wechselseitige Bewegung sein, z.B. eine Rotation
von zum Beispiel 90° C
in einer Richtung gefolgt von einer Rotation von 180° in der umgekehrten Richtung.
Dies würde
noch ermöglichen,
dass die Bindung zwischen dem Gelplug und der Platte gebrochen wird,
während
zu derselben Zeit die Kräfte,
die auf das Gel außerhalb
der Nadel wirken, verringert werden.
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Es
ist ferner denkbar, dass die perforierte Trennwand, die die Aufwärtsbewegung
des Gels beendet, nicht an der Spitze der Nadel positioniert ist. Sie
kann in einer Zwischenposition positioniert sein, die sich mindestens
an einem Abstand vom unteren Ende der Nadel befindet, der größer ist
oder gleich ist der Tiefe des Gels, das aufgenommen werden soll. Dies
ist vorteilhaft, weil je näher
die Trennwand zum unteren Ende der Nadel ist, desto weniger Fluid
erforderlich ist, um den (die) Plug(s) von der Nadel auszustoßen, und
deshalb ist die Verdünnung
der Probe von Interesse verringert.
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Die
oben erwähnten
Ausführungsformen sind
zum Veranschaulichen der vorliegenden Erfindung beabsichtigt, und
beabsichtigen nicht, den Umfang der Erfindung, der durch die folgenden
Ansprüche
beansprucht wird, zu begrenzen.