DE68926273T2

DE68926273T2 - Vorrichtung zur Analyse biologischer Proben

Info

Publication number: DE68926273T2
Application number: DE68926273T
Authority: DE
Inventors: Mark Wallace Bailey; James Douglas Defreese; Joseph Patrick Donohue; Robert Carlton Gray; James T Holen; Tung-Ming Huang; Caryn Glickson Putterman
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 1988-08-02
Filing date: 1989-07-24
Publication date: 1996-12-19
Anticipated expiration: 2009-07-25
Also published as: EP0353591B1; ATE137026T1; KR900003627A; AU3915589A; EP0353591A2; EP0353591A3; ES2088879T3; JPH0278958A; AU636571B2; DE68926273D1; CA1339722C

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen biologische Probenanalysatoren und speziell halbautomatische Analysatoren und Hilfssysteme davon, die in der Lage sind, gleichzeitig ein Assaypanel an jeder einer Mehrzahl von unterschiedlichen biologischen Proben durchzuführen. Nach einem Aspekt ist der Analysator der Erfindung ausgebildet, um gleichzeitig jede einer Mehrzahl biologischer Flüssigproben für menschliche Antikörper der IgE-Klasse zu prüfen, die für ein vorgewähltes Panel von Allergenen spezifisch sind.
Ein bedeutender Teil der Population weist so manche allergische Reaktion hinsichtlich Substanzen wie Pollen, Tierhaaren oder anderen allgemein vorliegenden allergenen Substanzen auf. Ein Schlüsselelement in der Behandlung solcher allergischen Symptome ist das Erkennen der speziellen Substanz, auf die eine Person allergisch reagieren kann. Ehemalige Verfahren zur Bestimmung allergischer Überempfindlichkeit wurden durchgeführt, indem unmittelbare Hauttests an Patienten verwendet wurden. Bei diesen unmittelbaren Hauttests wurden keine Mengen von verschiedenen Allergenen in oder auf die Haut des Patienten injiziert, und der spezielle Hautstreifen wurde nachfolgend untersucht, um zu bestimmen, ob - oder ob nicht - eine Person auf das vorher eingeführte Allergen allergisch reagierte.
Außer, daß es für den Patienten unangenehm ist, können Patienten bezüglich gewisser medikamentöser Behandlungen (z.B. Antihistaminpräparate) durch unmittelbare Hauttests nicht sorgfältig getestet werden.
Entsprechend wurden eine Anzahl von In-vitro-Testverfahren entwickelt. Solche Verfahren erfassen in Serum oder Plasma zirkulierendes IgE oder andere mikrobiologische, wechselseitige Reaktionen, indem ein unlöslicher fester Träger verwendet wird, der mit einer bekannten Menge eines Antigenextraktes überzogen ist, der aus bekannten allergenen Substanzen herstammt. Der überzogene Träger wird typischerweise einer Probe des Blutserums eines Patienten ausgesetzt und in der Probe inkubiert. Wenn der Patient den Antikörper der IgE-Klasse trägt, der für das spezifische Allergen spezifisch ist und der der Grund für die allergische Reaktion des Patienten auf das Allergen ist, erfolgt während der Inkubationszeit eine meßbare Bindungsreaktion am Träger. Die Konzentration des IgE Antikörpers in der Probe und entsprechend der Grad der allergischen Empfindlichkeit des Patienten werden dann bestimmt, indem die Größe der Bindungsreaktion entweder visuell, photometrisch, fluorometrisch, radiologisch, enzymatisch oder durch andere bekannte Verfahrensweisen gemessen wird.
Während solche In-vitro-Verfahren gegenüber In-Vivo- Testverfahren Vorteile bieten, sind sie nicht ohne Nachteile. Zunächst wird eine ziemlich große Menge von Blut benötigt, um die Empfindlichkeit des Patienten bezüglich einer großen Anzahl spezifischer Allergene zu testen. Als zweites ist das Testen für eine große Anzahl von verschiedenen Allergenen in gesonderten Küvetten für den Arzt oder Techniker, der den Test durchführt, langweilig und zeitaufwendig.
Deshalb wurden Anstrengungen unternommen, um ein System zu entwickeln, das für eine Anzahl spezifischer Allergene gleichzeitig prüft, indem eine einzelne Probe vom Blutserum des Patienten verwendet wird. Beispielsweise offenbaren die US- Patente Nr. 3.941.876 (Marinkovich) und 4.031.197 (Marinkovich) Verfahren zum Screening verschiedener Antikörper der IgE-Klasse. Das von Marinkovich gelehrte Verfahren schließt das Überziehen eines verlängerten cellulosischen Körpers - wie ein Papierstreifen - mit separaten bestimmten Allergenen ein, um Streifen oder Inseln zu bilden, die durch Allergen-freie Abschnitte voneinander getrennt sind. Das überzogene cellulosische Material wird dann mit einem Testserum in Berührung gebracht, so daß sich die für die überzogenen Allergene spezifischen Serum-Antikörper der IgE-Klasse an die geeigneten Streifen oder Inseln binden. Der cellulosische Körper wird dann gewaschen und nachfolgend mit markierten Antikörpern inkubiert, die mit den anhängenden Antikörpern der IgE-Klasse reaktionsfähig sind. Die Inselstreifen werden dann auf das Vorhandensein von markierten Antikörpern hin analysiert.
US-Patent Nr. 4.459.360 (Marinkovich) offenbart ein ähnliches Mehrfach-Komponenten-Bindungsassay-System, das eine Mehrzahl von beschichteten Filamenten umfaßt, die an einer Halterung zum gleichzeitigen Screening einer flüssigen Testprobe auf eine Mehrzahl von Komponenten hin angebracht sind. Jedes der Filamente - die vorzugsweise aus Baumwollfäden bestehen - wird verwendet, um ein unterschiedliches Allergen zu binden.
Ein anderes Beispiel von gegenwärtig verfügbaren In- vitro-Vorrichtungen wird im US-Patent 4.567.149 (Seil et al.) vorgestellt, das ein Gerät offenbart, das eine Vertiefung umfaßt, die eine Vielzahl verlängerter Streifen enthält. Jeder Streifen ist mit einer getrennten Assay-bindenden Komponente - wie ein Antigen oder Allergen - überzogen. Die Vertiefung ist ausgebildet, um eine flüssige Probe für die Inkubation mit den Streifen zu fassen. Nach dem Inkubationsverfahren wird die flüssige Probe entfernt und die erfolgte Bindungsreaktion auf jedem Streifen durch bekannte Verfahren bestimmt.
Noch eine andere Vorrichtung, die verwendet werden kann, um eine Mehrzahl von Antikörper-Antigen-Reaktionen in einem Vorgang gleichzeitig durchzuführen, wird in der europäischen Patentanmeldung Nr. 0.063.810 A1 (Gordon et al.) offenbart. Gordon lehrt eine Vorrichtung zur Durchführung von Immun-Assays, die eine feste, poröse Stütze umfaßt, die vorzugsweise aus einem Nitrozellusose-Material gebildet ist, das direkt daran angebrachte Antigene und/oder eine Immunglobin-Bindung aufweist, wodurch ein Feld von Testabschnitten gebildet wird. Das so gebildete Feld umfaßt eine Mehrzahl an Punkten oder Linien des Antigens und/oder Immunglobins.
Verschiedene Systeme sind verfügbar, die in Verbindung mit den oben beschriebenen Mehrfach-Komponenten-Bindungsassay- Systemen verwendet werden können, um die auf den Trägern erfolgenden Reaktionen mengenmäßig zu bestimmen. Beispielsweise offenbart das US-Patent Nr. 4.558.013 (Marinkovich et al.) ein Gerät (das in Verbindung mit einer Vorrichtung wie beispielsweise die von Sell et al. ausgearbeitete verwendet werden kann), in dem ein Träger mit einem unbeschichteten Bezugsabschnitt verwendet wird, um manuell einen photographischen Filmstreifen hierzustellen, der eine lineare Anordnung von Punkten oder Streifen aufweist. Jeder Punkt oder Streifen auf dem Film weist eine optische Dichte auf, die die Größe der Bindungsreaktion auf einem speziellen Teststreifen oder Faden anzeigt. Ein scannender Densitometer wird daraufhin verwendet, um erfolgreich die optische Dichte eines jeden Filmstreifens zu messen, wodurch eine mengenmäßige Messung einer Reaktion des Patienten auf die verschiedenen Allergene zur Verfügung gestellt wird.
Eine weitere Vorrichtung, die mit den oben beschriebenen Vielfach-Komponenten-Bindungsassay- Systemen verwendbar ist, um die Reaktion eines jeden spezifischen Allergens mengenmäßig zu bestimmen, wird im US-Patent Nr. 4.510.393 (Sell et al.) beschrieben, der eine tragbare Photokammer offenbart, die verwendet werden kann, um fotografisch manuell die Größe einer chemischen Reaktion aufzuzeichnen, die durch die Emission von radioaktiver Aktivität durch ein Substrat, das mit einem radioaktiven Tracer markiert ist, nachgewiesen wird.
Eine weitere bekannte Prüfvorrichtung wird durch EP-A- 223.002 beschrieben, wobei die Vorrichtung in sich geschlossene Reagenzienpackete umfaßt, wobei jedes angepaßt ist, um ein einziges Assay durchzuführen. Wie in den Zeilen 40 bis 45 der Spalte 15 beschrieben, können die Eichdaten für ein gegebenes Reagenzienpacket über die Tastatur eingegeben werden. Deshalb müssen mehrere Assays aufeinanderfolgend durchgeführt werden, und es entsteht ein erhöhtes Fehlerrisiko. US-Patent Nr. 3.713.439 befaßt sich in ähnlicher Weise mit der Durchführung eines einzelnen Assays auf die Probe in einer vorgegebenen Küvette-Vorrichtung.
Obwohl diese Verfahren gegenüber vorangegangenen verfügbaren In-vitro-Verfahren Vorteile bereitstellen - wie auch über die In-vivo-Verfahren - weisen sie Beschränkungen auf. Eine Hauptbeschränkung ist die Tatsache, daß die Verfahren zur Durchführung und Messung der Reaktionen auf den oben beschriebenen Vielfach-Testpunkt-Vorrichtungen einer beträchtlichen Menge an manueller Manipulation seitens des den Test durchführenden Arztes oder Technikers bedürfen, was die Zeit, Kosten und das mit dem Test verbundene Fehlerrisiko erhöht. Beispielsweise erfordern bekannte In-vitro-Verfahren, daß man die biologischen Testträger aus Multi-Komponenten manuell mit der analysierten flüssigen Probe in Berührung bringt, aus der flüssigen Probe entfernt, sie wäscht und dann mit einer Lösung inkubiert, die typischerweise einen markierten zweiten Antikörper enthält, der mit dem menschlichen Antikörper der IgE-Klasse reaktionsfähig ist. Nachfolgend muß der Träger manuell aus der Lösung entfernt werden, und daraufhin die Größe der sich ergebenden Bindungsreaktion in bezug auf die feste Phase durch eine autoradiographische Analyse in Verbindung mit einer densitometrischen Analyse - wie durch Marinkovich, Fluorometrie oder andere bekannte Verfahren vorgeschlagen - bestimmt werden.
Zusätzlich umfaßt der oben angedeutete Waschschritt ein vielfaches Schrittverfahren, das das Entfernen von Abfallflüssigkeit (beispielsweise verwendete Reagenzien- oder Probenlösung), das Hinzufügen von Waschlösung, das Umrühren der Waschlösung für eine vorbestimme Zeitdauer, das Entfernen der Waschlösung, das Hinzufügen weiterer Waschlösung und die Wiederholung dieses Zyklus für weitere zwei oder mehr Male einschließt, bevor das nächste Reagens hinzugefügt wird. Wenn eine Anzahl von Patientenproben gleichzeitig analysiert werden soll, werden die Handhabungszeiterfordernisse weiterhin vergrößert. Beispielsweise konnte, wenn zehn Patientenproben analysiert werden mußten, jeder einzelne Waschschritt die Durchführung von 90 Waschvorgängen umfassen. Dies würde wahrscheinlich ein Minimum von annähernd 30-minütiger Handhabungszeit für den Techniker oder Arzt bei jedem Waschschritt erfordern.
Eine Anzahl von Analysatoren zur automatischen Analyse einer Vielzahl biologischer Proben ist bekannt. Solche Analysatoren schließen typischerweise automatisierte Geräte zur Bereitstellung von Wasch-, Reagenz- und Probenflüssigkeiten und automatisierte Geräte zum Messen der Ergebnisse der Tests in bezug auf die Proben ein. Man beachte z.B. das US-Patent Nr. 4.427.204 (Nardo); 4.451.433 (Yamashita, et al.); 4.406.547 (Aihara); 4.634.575 (Kawakami, et al.); 3.964.867 (Berry); und 4.061.469 (Dubose).
Obwohl diese Analysatoren im allgemeinen die Analyse einer Mehrzahl biologischer Proben auf das Vorhandensein einer speziellen Substanz automatisieren, ist keiner geeignet, um die benötigten Verfahren zur gleichzeitigen Analyse einer Mehrzahl von Patientenproben in einer Mehrzahl von Testträgern durchzuführen, die alle eine Mehrzahl verschiedener Teststellen enthalten und von denen alle so angepaßt sind, ein vollständiges Panel vom Assays an einer einzelnen Probe auszuüben.
Verfügbare Systeme sind noch weiter eingeschränkt. Beispielsweise kann die Genauigkeit von aus Vorrichtungen - wie die durch Gordon et al. offenbarten - stammenden Ergebnisse nicht gerade optimal sein. Da die Testpunkte in der Gordon et al.-Vorrichtung durch unmittelbare Berührung des spezifischen Allergens mit der Nitrozellulose ohne eine effiziente Vorrichtung zur Begrenzung oder Isolation des Allergens auf einen bestimmten Bereich gebildet werden, werden die Genauigkeit und die Zuverlässigkeit der mit dieser Vorrichtung gewonnenen Ergebnisse beeinflußt. Besonders wenn die Punkte eng aneinander angeordnet sind, besteht die Möglichkeit, daß ein Allergen aus einem Testpunkt auf einen benachbarten Punkt übergehen wird, wenn das Allergen auf den Träger aufgetragen wird. Dieser Übergang wirkt sich nachteilig auf die Genauigkeit der Bestimmung der Reaktion des Patienten auf das Allergen aus, das mit dem benachbarten Testpunkt verbunden ist. Als zweites wird sich, da die besonderen Allergene nicht auf einen vorbestimmten Abschnitt begrenzt sind, die Allergenkonzentration von Punkt zu Punkt auf jedem Träger und von Träger zu Träger unterscheiden. Abhängig vom verwendeten Detektorverfahren, werden sich als ein Ergebnis die Punkt-zu-Punkt-Unterschiede in der optischen Dichte oder der Intensität optischer oder anderer Strahlung, die sich aus der Bindungsreaktion auf dem Punkt ergibt, in Abhängigkeit von dem Abschnitt ereignen, über dem sich das Allergen während der anfänglichen Berührung mit dem Träger anfangs verteilte. Solche Unterschiede haben eine stark nachteilige Auswirkung in bezug auf die Einheitlichkeit und Wiederholbarkeit der Testergebnisse.
Ein Analysegerät für immunologische Agglutinationsreaktionen ist aus US-A-4 727 033 bekannt. Dieses bekannte Gerät ist darauf beschränkt, einen einzigen Test in jeden Behälter einer Mikroplatte zu führen, indem nur flüssige Reagenzien verwendet werden, die in die Behälter hinzufugt werden.
Deshalb ist es mit Augenmerk auf das obere eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen biologischen Probenanalysator bereitzustellen, der verwendet werden kann, um automatisch und gleichzeitig ein Panel von Tests an jeder einer Vielzahl von Patientenproben durchzuführen, während eine Proben-Kreuz-Kontamination vermieden wird.
Es ist eine noch spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reaktionsträgervorrichtung bereitzustellen, die zur Verwendung in einem solchen Analysator angepaßt ist, um gleichzeitig eine Patientenprobe für eine Mehrzahl verschiedener Komponenten mit einem einzigen Zusatz einer Patientenprobe und eines ausgewählten Reagens zu prüfen, und die Testergebnisse zur Verfügung stellt, auf die durch ein optisches Lesegerät unmittelbar auf den Reaktionsträger zugegriffen werden kann und die ein erfaßbares Signal für ein solches Lesegerät bereitstellen.
Es ist auch eine noch spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Reaktionsträger-Fördervorrichtung für einen solchen Analysator bereitzustellen, die Mittel einschließt, um genau und einheitlich eine Mehrzahl solcher Träger in drei unterschiedliche Dimensionen zu positionieren, so daß ein optisches Lesegerät die Ergebnisse einer Mehrzahl von Tests in bezug auf jede einer Mehrzahl von Patientenproben genau und einheitlich lesen kann.
Es ist ebenfalls eine noch spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung bereitzustellen, die zur Verwendung mit einem solchen Analysator angepaßt ist, um auf eine große Menge von vorbestimmten Assay-Eichdaten Zugriff zu haben, wobei eine solche Vorrichtung vorzugsweise eine Reaktionsträgervorrichtung umfaßt, die mit Codierungssmitteln ausgestattet wird, um auf entsprechende Assay-Eichdaten in einer Datenspeichervorrichtung Zugriff zu haben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Um die vorhergehenden und weitere Aufgaben zu erfüllen und in Übereinstimmung mit den Zielen der vorliegenden Erfindung wird ein automatisches Gerät zur gleichzeitigen Prüfung biologischer Proben für eine Vielzahl von ausgewählten Probenbindenden Komponenten bereitgestellt, umfassend:
Reaktionsträgermittel (30), die eine Vielzahl von Teststellen (84) aufweisen, die alle mit einem vorgewählten Fangreagens verbunden sind, das ausgebildet ist, um eine Probenbindende Komponente von Interesse in einer zu prüfenden biologischen Probe zu binden, wobei die Reaktionsträgermittel (80) Kammermittel (86) einschließen, die die Vielzahl von Teststellen (84) umgeben, um eine ausgewählte biologische Probe und ausgewählte Reagenzien derart zu enthalten, daß die ausgewählte biologische Probe und die ausgewählten Reagenzien die Vielzahl der Teststellen (84) berühren, um gleichzeitig ein vorbestimmtes Panel von Assays in bezug auf eine Probe durchzuführen;
Trägerfördermittel (18), die eine Vielzahl von Träger- Befestigungsstellen (98) aufweisen, die alle ausgebildet sind, ein Reaktionsträgermittel (80) zu befestigen;
erste Antriebsmittel (56), um die Fördermittel (18) anzutreiben, um wahlweise die Reaktionsträgermittel (80) zu mindestens einer Flüssigkeit-Einführungsstelle zu befördern, an der die ausgewählte biologische Probe und die ausgewählten Reagensflüssigkeiten in die Kammermittel (86) eingeführt werden, und zu einer Assay-Lesestellung;
Umrührmittel (54), um die biologische Probe und die ausgewählten Reagenzien umzurühren; und
Lesemittel (32), um die Ergebnisse der Assays abzulesen, die auf den ausgewählten Teststellen der Reaktionsträgermittel (80) unmittelbar äus den Teststellen (84) an der Assay- Lesestelle durchgeführt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein automatisches Gerät zur gleichzeitigen Prüfung biologischer Proben für eine Vielzahl von ausgewählten Proben-bindenden Komponenten bereitgestellt, das umfaßt:
Reaktionsträgermittel (80), die eine Vielzahl von Teststellen (84) aufweisen, die alle mit einem vorgewählten Fangreagens verbunden sind, das ausgebildet ist, eine Probenbindende Komponente von Interesse - in einer zu prüfenden biologischen Probe zu binden, wobei die Reaktionsträgermittel (80) eine Wand (88) einschließen, die eine Vielzahl von Teststellen (84) umgibt, um die ausgewählte biologische Probe und ausgwählte Reagenzien so zu halten, daß die ausgewählte biologische Probe und die ausgewählten Reagenzien die Vielzahl von Teststellen berühren, um gleichzeitig ein vorbestimmtes Panel von Assays in bezug auf eine Probe durchzuführen; Trägerfördermittel (18), die eine Vielzahl von Träger- Anbringungssstellen (98) aufweisen, um ein Reaktionsträgermittel (18) anzubringen;
erste Antriebsmittel (56) zum Antreiben der Fördermittel (18), um die Reaktionstragermittel (80) wahlweise zu mindestens einer Flüssigkeit-Einführungsstelle zu befördern, an der eine ausgewählte biologische Probe und ausgewählte Reagenzienflüssigkeiten innerhalb der Wand (88) eingeführt werden, und zu einer Assay-Lesestellung;
Umrührmittel (54), um die biologische Probe und die ausgewählten Reagenzien umzurühren; und
Lesemittel (32), um die Ergebnisse der Assays abzulesen, die auf ausgewählten Teststellen der Reaktionsträgermittel (80) unmittelbar aus den Teststellen (84) an der Assay-Lesestellung durchgeführt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Reaktionsträger bereitgestellt, der eine Mehrzahl von isolierten biologischen Proben-Teststellen umfaßt, die innerhalb eines Reaktionsbehälters gehalten werden, der so ausgebildet ist, um eine zu prüfende biologische Probe aufzunehmen. Der Reaktionsbehälter ist aufgebaut, um den direkten optischen Zugriff auf jede der Teststellen zu haben. Der Träger wird des weiteren mit einer Verschlußvorrichtung bereitgestellt, \die mit einer Verschlußvorrichtung auf einem Träger-fördernden Karussellrack zusammenarbeitet, um den Träger in drei Positionen in einer vorbestimmten Stelle auf dem Rack zu positionieren und zu verschließen. Das Rack schließt vorzugsweise eine Vielzahl von Öffnungen ein, die jede geeignet ist, einen Träger aufzunehmen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Gerät bereitgestellt, das die Assay-Eichdaten bereitstellt, die zur Verwendung in der Prüfung biologischer Proben ausgebildet sind. Vorbestimmte Assay-Eichdaten zur Normierung der Ergebnisse von mindestens einem Assay in bezug auf mindestens einen vorbestimmten Standardwert umfassen einen ersten Code zur Kennzeichnung zumindest des einen Assays, dem die Eichdaten entsprechen. Die Eichdaten werden in eine Stelle in einem Datenspeichergerät eingegeben. Solche Geräte wie ein Reaktionsträger, der zur Verwendung in der Durchführung zumindest eines Assays ausgebildet ist, umfassen einen zweiten Code, der zumindest dem einen Assay entspricht. Als Reaktion auf den zweiten Code wird ein Gerät bereitgestellt, um den zweiten Code auf den ersten Code abzustimmen, um auf die Eichdaten im Speichergerät zuzugreifen.
Die vorhergehenden Aufgaben, Vorteile und neuartigen Merkmale der Erfindung - wie auch andere - werden den Fachleuten auf dem Gebiet bei der Betrachtung der folgenden detailierten Beschreibung einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen klar werden. Die Aufgaben und Vorteile der Erfindung können mittels Apparaturen und Kombinationen erzielt werden, auf die insbeonders in den anhängenden Ansprüchen hingewiesen wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform des biologischen Probenanalysators der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines Reaktionsträgers und eine ausgeschnittene Teilansicht eines bevorzugten Träger-Förderkarussells der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des Karussels aus Fig. 2, die die bevorzugte Träger-Positionierungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 4 ist eine Unteransicht des Karussels aus Fig. 3.
Fig. 5 ist eine vergrößerte Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des in Fig. 2 gezeigten Reaktionsträgers.
Fig. 6 ist eine teilweise Schnittansicht durch die Linien 6-6, die den- Träger zeigt, der im in Fig. 3 veranschaulichten Karussell eingebaut ist.
Fig. 7 ist eine teilweise Schnittansicht durch die Linien 7-7, die den Träger zeigt, der im in Fig. 3 veranschaulichten Karussell eingebaut ist.
Fig. 8 ist eine vergrößerte Ansicht - teilweise ausgeschnitten - durch die Linien 8-8, die die Proben-Teststellen in einem bevorzugten geschichteten Aufbau der Testkarte der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 9 ist eine ausgeschnittene Seitenansicht einer bevorzugten Ausführungsform des Auslegerarms und der Antriebsanordnung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 10 ist eine Draufsicht - teilweise mit verdeckten, gestrichelten Abschnitten, die den Bewegungsumf ang des bevorzugten Auslegerarms der vorliegenden Erfindung zeigt.
Fig. 11 ist ein auseinandergezogener Perspektivschnitt - teilweise ausgeschnitten - einer bevorzugten Ausführungsform einer Federblatt-Anbringungsanordnung für den Auslegerarm und die Karussellantriebsmotoren der vorliegenden Erfindung.
Fig. 12 ist eine Schnittansicht des optischen Lesekopfes der vorliegenden Erfindung, die eine bevorzugte Ausführungsform eines optischen Lesegeräts zum Lesen der Testergebnisse veranschaulicht.
Fig. 13 ist ein elektrisches schematisches Diagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform eines Signal-Prozessor- und Steuerschaltkreises zur Verwendung mit dem optischen Lesegerät aus Fig. 12 veranschaulicht.
Fig. 14 ist ein Blockdiagramm, das eine bevorzugte Ausführungsform des Erfindungsgeräts zur Bereitstellung der Assay-Eichdaten für die Verwendung in Testproben von Patienten veranschaulicht.
Fig. 15 ist ein Blockdiagramm, das einen bevorzugten Systems teueraufbau der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Fig. 16 ist eine auseinandergezogene Ansicht einer bevorzugten Austührungsform der Behälterabdeckung die einen Teil des Reaktionsträgers der vorliegenden Erfindung umfaßt.
Fig. 17 ist eine veränderte bevorzugte Ausführungsform der Behälterabdeckung, die einen Teil des Reaktionsträgers der vorliegenden Erfindung umfaßt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER GEGENWÄRTIG BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Nun auf die Zeichnungen und besonders auf die Fign. 1-10 Bezug nehmend, umfaßt ein biologischer Probenanalysator 10 eine Bearbeitungskammer 11, in der biologische Proben geprüft werden. Eine Kammertür 12 ist vorzugsweise klappbar am Analysator 10 angebracht, wobei sie die Kammer 11 überlagert, um wahlweise den Zugriff dazu abzuschließen oder bereitzustellen. In die Kammertür 12 ist ein lichtdurchlässiges Sichtfenster 14 eingesetzt, das es einem Benutzer ermöglicht, die Aktivität in der Bearbeitungskammer zu verfolgen. Das Fenster 14 schließt einen Reagenzienzusatzeingang 16 ein, durch den Reagenzien in die Kammer 11 eingeführt werden können, ohne die Kammertür 12 zu öffnen.
Die Bearbeitungskammer 11 enthält ein Rack, vorzugsweise in Form eines drehbaren Karussells 18, das zwei Hauptzwecken dient. Als erstes umfaßt das Karussell eine Vorrichtung zum Halten und Transportieren der Reaktionsträger 80, um die Träger zur Aufnahme einer Probe und ausgewählter Reagenzien zu positionieren, um für die für die Bearbeitung der Proben und Reagenzien benötigte Umrührung zu sorgen und um die Träger zum Lesen der Testergebnisse daraus zu positionieren. Als zweites arbeitet das Karussell 18 als eine sehr genaue optische Bank, indem jeder Reaktionsträger 80 im Verhältnis zu einem optischen Lesegerät genau positioniert wird - das im Detail unten beschrieben wird - um das genaue und wiederholbare Lesen der Testergebnisse unmittelbar aus den Trägern 80 zu erleichtern. Die Positionierung und Ausrichtung der Träger 80 wird vorzugsweise vervollständigt, indem ein Drei-Punkte-Ausrichtungssystem verwendet wird, das mit jedem Träger 80 verbunden ist. Das Drei- Punkte-Ausrichtungssystem wird detailliertet unten: beschrieben werden. Das Karussell 18 umfaßt auch vorzugsweise eine optische Positionierungseinrichtung, die verwendet wird, um die genaue Ausrichtung des Karussells und des optischen Lesegeräts 32 in einer unten beschriebenen detaillierten Weise bereitzustellen.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht, wird das Karussell 18 vorzugsweise auf einer geneigten Achse angeordnet. Die Rotation des Karussells 18 um diese geneigte Achse sorgt für die gewünschte Umrührung der Flüssigkeiten in einem Reaktionsbehälter 86 eines jeden Reaktionsträgers 80, wodurch schnellere und vollständigere Reaktionen gefördert und die Verwendung geringerer Mengen von Proben und Reagenzien als vormals möglich erlaubt werden. Die Rotation wird vorzugsweise bei einer Geschwindigkeit, die weniger als 25 U.p.m. beträgt, erreicht, um die Auswirkungen zentrifugaler Kräfte zu vermeiden. Die Anmelder haben erfolgreich Rotationsgeschwindigkeiten von zwischen 7 bis zu 20 U.p.m verwendet. Das Karussell 18 wird vorzugsweise so geneigt, daß sich, wenn ein Reaktionsträger 80 an der Rückseite des Analysators 10 ist, der Reaktionsträger 80 an der Spitze der Neigung befindet, wodurch die Flüssigkeit gezwungen wird, sich an einem Ende des Reaktionsbehälters 86 (in Richtung der Spitze des Reaktionsträgers, wie in Fig. 5 gezeigt) zu sammeln. Wenn sich das Karussell 18 dreht, fließt die Flüssigkeit im Reaktionsbehälter 86 an der Oberfläche einer Testkarte oder eines Paneis 82 in Richtung des anderen Endes des Reaktionsbehälters, bis der Reaktionsträger 80 die Sohle der Neigung (an der Vorderseite des Analysators angrenzend) erreicht. Die Flüssigkeitsumrührung wird dann in entgegengesetzter Richtung wiederholt, während das Karussell 18 fortfährt, den Reaktionsträger 80 zurück in Richtung der Spitze der Neigung zu drehen, wodurch für die erwünschte Flüssigkeitsumrührung gesorgt wird.
Die Neigung des Karussells 18 kann durch jeden herkömmlichen Stützaufbau realisiert werden, wird aber vorzugsweise realisiert, indem das Karussell 18 auf einer Basis angebracht wird, die durch eine herkömmliche Stützvorrichtung mit dem gewünschten Winkel geneigt ist. Ein Neigungswinkel von annähernd 100 wird gegenwärtig bevorzugt; jedoch kann die Neigung - wie die Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden - innerhalb jedes geeigneten Bereichs, beispielsweise von 5-20º, liegen, was für die gewünschte Umrührung sorgt.
Wie oben beschrieben, ist in manuellen Testverfahren das Waschen der Reaktionsträger oder -behälter für die Person, die den Test durchführt, bei weitem die langwierigste Aufgabe. Der gegenwärtig bevorzugte biologische Probenanalysator 10 der vorliegenden Erfindung schaltet diese gefährlichen Benutzerschritte aus, indem er durch die Verwendung der Kombination einer Mikroprozessor-gesteuerten Wasch/Abwasser-Einheit 20 und des geneigten Karussells 18 die Waschfunktion automatisiert.
Die Wasch/Abwasser-Einheit umfaßt vorzugsweise einen Zweifach-Kammerbehälter, der eine Kammer 22 zum Halten der Waschlösung und eine Kammer 24 umfaßt, die das Halten der aus den Reaktionsträgern 80 abgesaugten Abwasserflüssigkeit bereitstellt. Ein Waschverteiler 26 dient sowohl als Abdeckung für die Kammern als auch als Montagemittel für die Waschrohrleitung 23 und Abwasserrohrleitung 21. Die Abdeckung 26 wird vorzugsweise mit geeigneten Dichtungsmitteln versehen, um die Verdampfung der Flüssigkeiten zu verhindern, die in den Wasch- und Abwasserkammern 22 und 24 enthalten sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Flüssigkeitspegelsensor (nicht gezeigt) mit der Abwasserkammer 24 verknüpft sein, um zu erfassen, sobald die Abwasserkammer 24 voll ist, und um für ein Detektorsignal zu sorgen. Ein optischer Sensor (nicht gezeigt) kann ebenso bereitgestellt werden, um ein Detektorsignal zu erzeugen, sobald sich die Abdeckung 26 nicht in einer passenden Stellung befindet (wie die, wenn die Abdeckung und/oder die Wasch/Abwasser-Behälter entfernt werden).
Wasch- und Abwasserflüssigkeiten veranlaßt man mittels peristaltischer Pumpen 25 und 27, durch die Wasch- und Abwasserrohrleitung 23 und 21 zu fließen. Die erste peristaltische Pumpe 25 arbeitet, um durch die Rohrleitung 23 Waschlösung aus der Kammer 22 zu entfernen, während die zweite Pumpe 27 arbeitet, um durch die Rohrleitung 21 Abwasserflüssigkeiten in die Abwasserkammer 24 abzusaugen. Aus Gründen, die offensichtlich sein werden, wird die Abwasserpumpe 27 vorzugsweise betrieben, um eine höhere Fließgeschwindigkeit als die der Waschpumpe 25 zu erzeugen. Solchermaßen wird der Stift 29 der Waschpumpe 25 an einem Radius angeordnet, der kleiner als der Radius des Stifts von der Abwasserpumpe 27 ist. Die Auswahl, der Aufbau und der Betrieb geeigneter peristaltischer Pumpen ist den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt, so daß sich eine genaue Beschreibung in bezug auf ein volles Verständnis der Erfindung erübrigt.
Wasch- und Abwasserflüssigkeiten werden vorzugsweise mittels einer Flüssigkeitsprobe 28, die mit der Wasch- und Abwasserrohrleitung 23 und 21 verbunden und in der Nähe des freien Endes eines horizontalen, drehbar-angebrachten Probenarms 33 angebracht ist, in die Reaktionsbehälter 86 der am Karussell angebrachten Reaktionsträger 80 eingeführt oder aus ihnen entfernt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Flüssigkeitszugang zu einem Reaktionsträger 80 bereitgestellt, sobald das Karussell 18 die Reaktionsträger 80 an eine vorgewählte Waschstelle transportiert (vorzugsweise um die 1 Uhr-Stelle auf dem Karussell 18, wenn von der Vorderseite des biologischen Analysators 10 in Fig. 1 aus gesehen). In dieser Stellung veranlaßt die Neigung des Karussells 18 jede Flüssigkeit im Reaktionsbehälter 86, sich in Richtung einer Ecke des Reaktionsbehälters 86 zu neigen. Der Probenarm 33 wird so gedreht, daß die Flüssigkeitsprobe 28 über dem Reaktionsbehälter 86 des Reaktionsträgers 80 positioniert wird. Der Probenarm 33 dreht sich dann nach unten und veranlaßt die Probe 28, in die Ecke des Reaktionsbehälters einzutauchen. Die Pumpe 27 oder 25 wird dann betätigt, um entweder Flüssigkeit aus oder Flüssigkeit in den Reaktionsbehälter 86 zu saugen.
Details des Assay-Protokolls werden hiernach erörtert. Bei der Vollendung eines Panels von Testen, werden die Testergebnisse vorzugsweise durch ein optisches Lesesystem gelesen, das unten detaillierter beschrieben wird, aber das im allgemeinen ein optisches Lesegerät 32 und einen angeschlossenen Steuer- und Signalprozessorschaltkreis einschließt. Knapp zusammengefaßt, schließt das optische Lesegerät 32 eine Quelle optischer Strahlung, einen optischen Detektor, und ein Feld von Linsen, Öffnungen und Filtern ein. Das optische Lesegerät 32 wird vorzugsweise in einem Lesekopf angebracht, der seinerseits in der Nähe des freien Endes eines horizontalen, drehbarangebrachten optischen Lesearms 35 angeordnet ist. Um ein Testergebnis aus einer Teststelle 84 auf einem Reaktionsträger zu lesen, wird der Reaktionsträger 80 durch das Karussell 18 an eine vorbestimmte Lesestelle transportiert. Der Lesearm 35 wird dann über den Reaktionsbehälter 86 des Reaktionsträgers 80 gedreht, bis die zu lesende Teststelle 84 unmittelbar unter dem Lesegerät 32 ausgerichtet ist. Die optische Quelle des optischen Lesegeräts 32 strahlt dann einen Strahl optischer Strahlung auf einen kleinen Abschnitt der Teststelle 84 aus und der optische Detektor wandelt die Intensität der optischen Strahlung, die durch die diffuse Fläche der Teststelle reflektiert wird, in ein elektrisches Signal um. Das Signal wird dann verarbeitet, um den Wert optischer Dichte der Teststelle 84 zu erhalten, der im unmittelbarem Zusammenhang mit der Konzentration einer bindenden Komponente von Interesse in einer biologischen Probe steht, die mit dem Fangreagens bzw. der bindenden Komponente, die auf der Teststelle angeordnet ist, reaktionsfähig ist. Unter Mikroprozessorsteuerung bewegen sich das Karussell 18 und der optische Lesearm 35 gemeinsam, um nacheinander das optische Lesegerät 32 über jeder ausgewählten Teststelle 84 zu positionieren, bis alle ausgewählten Teststellen 84 gelesen wurden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, schließt der biologische Probenanalysator 10 auch eine Tastatur 34 ein, die durch einen Benutzer verwendet werden kann, um Daten und Gerätfunktionsbefehle einzugeben. Der Analysator umfaßt vorzugsweise auch ein herkömmliches Display 36 und einen Drucker 38, die verwendet werden können, um den Benutzer umgehend zu veranlassen, während eines Testzyklus aktiv zu werden und ein Satz von Testergebnissen bereitzustellen.
Die Tastatur 34 umfaßt vorzugsweise zahlreiche Tasten, die es dem Benutzer erlauben, Daten wie Assay-Eichdaten oder die mit einem bestimmten Reaktionsträger 80 verknüpfte I.D.-Nummer des Patienten einzugeben. Die Tastatur 34 umfaßt ebenfalls vorzugsweise Gerätfunktionstasten, die beispielsweise eine ENTER- Taste einschließen, die wirksam ist, um Daten von der Tastatur einzugeben; eine RUN-Taste (Ausführungstaste), die wirksam ist, um ein Testverfahren zu beginnen oder fortzusetzen; und eine INDEX-Taste, die wirksam ist, um das Karussell 18 drehbar um eine Stelle vorzurücken; Andere Tasten, die es den Tastaturdaten erlauben, gelöscht zu werden, oder die Steuerbefehle für den Drucker bereitstellen (wie um Papier auszustoßen oder im Testbetrieb anzuhalten), können ebenso zur Verfügung gestellt werden.
Wie oben erwähnt, wird in der Bearbeitungskammer 11 vorzugsweise eine geregelte Testumgebung bereitgestellt. Während eines exemplarischen Enzymimmunassays, das unten als Beispiel detailliert beschrieben wird, wird die Temperatur in der Kammer vorzugsweise bei annähernd 35º gehalten. Die Temperatur in der Bearbeitungskammer 11 wird mittels einer oder mehrerer herkömmlicher elektrischer Heizspulen, Ventilatoren, Temperaturfühler und eines Temperatur-Steuerschaltkreises auf eine Art und Weise bei einem geeigneten ausgewählten Pegel gehalten, die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt ist. Vereinfacht würde beispielsweise der Steuerschaltkreis arbeiten, um die Analog- Spannung am Thermistor mit einer Bezugs-Analogspannung zu vergleichen, die der gewünschten Temperatur entspricht. Wenn die Thermistorspannung niedriger als die Bezugsspannung wäre, würde das Steuersignal ein Signal ausgeben, um das Heizgerät einzuschalten. Der Ventilator würde arbeiten, um fortwährend Luft in der Prozessorkammer 11 zirkulieren zu lassen. In einer bevorzugteren Ausführungsform kann jedoch ein Mikroprozessor innerhalb vorbestimmter Intervalle die Temperatur von den Temperaturfühlern ablesen und das Heizgerät steuern, um die Temperatur auf dem gewünschten Pegel zu halten.
Die Anordnung der verschiedenen Temperatur- Steuerkomponenten ist nicht entscheidend. Jedoch ist es vorzuziehen, daß jeder Ventilator angebracht oder die Luft aus den Ventilatoren so gelenkt wird, um die unmittelbare Zirkulation am optischen Lesegerät 32 und der optischen Bezugsvorrichtung 70, die detailliert unten beschrieben werden, zu vermeiden, damit der Ablagerungsschutt gering gehalten wird, der die optischen Messungen der Testergebnisse beeinflussen kann. Die Auswahl, der Aufbau und der Betrieb der verschiedenen Temperatur-Steuerkomponenten sind Fachleuten auf dem Gebiet bekannt, weshalb sich weitere detaillierte Erklärungen dazu für ein Allgemeinverständnis der Erfindung erübrigen.
Zusätzlich zu den oben beschriebenen Temperatur- Steuerkomponenten kann ein gewöhnlicher elektrischer Widerstand- Heizstreifen 31 in der Reaktionskammer 11 in der Nähe der Drehbahn des Karussells 18 und diese überlagernd bereitgestellt werden, um zusätzliche Wärme an die Reaktionsträger 80 abzugeben, wzhrend sie auf dem Karussell 18 gedreht werden. Die Verwendung eines solchen Heizstreifens 31 ist besonders vorteilhaft im Verhindern der Kondensation, die sich auf den Behälterabdeckungen 90 der Reaktionsträger 86 bilden kann, da deren Kondensation die Konzentration der Flüssigkeiten im Reaktionsbehälter 86 beeinflussen kann, nachteilig die Testergebnisse beeinflußt und eine Biogefahr bildet.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der biologische Probenanalysator 10 eine optische Codelesevorrichtung 306, die ein herkömmlicher Strichmarkierungsleser mit Handlesekopf und ein angeschlossener Prozessorstromkreis 308 (in Fig.14 veranschaulicht) sein kann. Wie detailliert unten beschrieben, wird die optische Strichmarkierungsvorrichtung 306 für den speziellen Vorteil verwendet, um große Mengen von Assayeichdaten in den biologischen Probenananlysator 10 einzugeben, dessen Daten dann in der bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, um die aus den verschiedenen Teststellen 84 auf verschiedenen Reaktionsträgern 80 erhaltenen Testergebnisse zu normieren. Falls erwünscht, kann ein Speicherbereich 40 bereitgestellt werden, um die optische Codelesevorrichtung 306 zu speichern, wenn sie nicht verwendet wird.

KARUSSELL UND REAKTIONSTRÄGER

Auf die Fign. 1-7 Bezug nehmend, wird eine detailliertere Beschreibung der Reaktionsträger 80 und des Karussells 18 gegeben. Wie am besten in Fig. 5 veranschaulicht, umfaßt der bevorzugte Reaktionsträger 80 eine Testkarte 82, die ein Feld von Teststellen 84 einschließt, die vorzugsweise nah aneinander sind. Die Testkarte 82 ist in einem Reaktionsbehälter 86 enthalten, der durch eine Behälterwand 88 bestimmt wird. Der Reaktionsträger 86 wird vorzugsweise mit einem entfernbaren, vorzugsweise durchsichtigen Behälterdeckel 90 bereitgestellt, der vorzugsweise eine Reagenzienöffnung 92 umfaßt, um das Abfließen und Entfernen von Flüssigkeiten aus dem Reaktionsbehälter 86 zu erleichtern.
Der Behälterdeckel 90 ist vorzugsweise aus einer oder mehreren Schichten eines dünnen durchsichtigen Materials mit ziemlich elastischen Eigenschaften gemacht - wie einem Polyesterfilm. Ein geeigneter Poyesterfilm ist im Handel als MYLAR erhältlich. Die Öffnung 92 wird vorzugsweise durch vielfache Schlitze im Behälterdeckel 90 bestimmt. Die Schlitze sind vorzugsweise in einer der tieferen Ecken des Reaktionsbehälters 86 verteilt und angeordnet, um eine im allgemeinen Y-förmige Öffnung zu definieren. Da der Deckel 90 aus einem ziemlich elastischen Material gemacht ist, sorgt diese Anordnung für eine selbstabdichtende Öffnung. Die Abdeckung 90 ist vorzugsweise entfernbar oben an der Abdeckungswand 88 angeklebt, indem ein geeigneter Kleber verwendet wird.
Wie detaillierter unten beschrieben wird, damit weiterhin die Abdichtungseigenschaften der Öffnung 92 des Deckels 90 verbessert werden, umfaßt die Öffnung 92 vorzugsweise ein zweites Verschlußsystem, das in einer zweiten Schicht eines Polyesterfilms ausgebildet und an der Unterseite der ersten Polyesterfilmschicht des Deckels 90 angebracht ist.
Eine erste bevorzugte Ausführungsform des zweifach beschichteten Deckels schließt das zweite Verschlußsystem ein, wie in Fig. 16 veranschaulicht. Der Deckel 90 umfaßt eine erste Schicht 400, die durch einen geeigneten Kleber an einer zweiten Schicht 402 anhaftet. Die erste Schicht 400 umfaßt drei Schlitze, die einen einzigen Punkt schneiden und in einer allgemein Y-förmigen Anordnung aufgebaut sind. Die Y-förmigen Schlitzanordnungen bestimmen eine erste Schichtöffnung 406 mit einer ersten eingehängten Verschlußanordnung. Die zweite Schicht 402 umfaßt ein Paar Schlitze 412, 414, die in einer allgemeinen V-förmigen Anordnung aufgebaut sind, die eine zweite Schichtöffnung 408 mit einer zweiten eingehängten Schichtverschlußanordnung bildet. Wie in Fig. 16 veranschaulicht, sind die erste Schichtverschlußanordnung und die zweite Schichtverschlußanordnung so angeordnet, daß die Schlitze einer jeden Öffnung 406, 408 nicht unmittelbar in einer Reihe aufgestellt sind. Auf diese Weise dichtet der Verschluß der zweiten Schicht 402 die Schlitze aus der Öffnung 406 in der ersten Schicht 400 ab. Die Verschlußbereiche beider Schichten enthalten kaum oder gar nicht wirksame Kleber, um den freien Betrieb zu sichern.
Fig. 17 veranschaulicht eine andere bevorzugte Ausführungsform einer Zweifach-geschichteten Abdeckung 90, die ein zweites Verschlußsystem umfaßt. Die erste oder oberste Schicht 401 weist eine Y-förmige Öffnung 43 auf, die ähnlich der Öffnung 406 der ersten Schicht 400 der in Fig. 16 veranschaulichten und oben erörterten Ausführungsform ist. Die zweite Schicht 404 umfaßt Schlitze 416, 418 und 420. Die Schlitze 416 und 418 sind so angeordnet, daß sie eine im allgemeinen Y-förmige Schlitzanordnung definieren. Die Schlitze 413 und 420 sind so angeordnet, daß die zwei Schlitze 418 und 420 eine im allgemeinen V-förmige Anordnung definieren. Die drei Schlitze 416, 418 und 420 bestimmen eine zweite Schichtöffnung 410 mit einer zweiten Schichtverschlußanordnung. Wie bei der in Fig. 16 veranschaulichten Ausführungsform sind die Verschlußanordnung der Öffnung 403 und die Verschlußanordnung der Öffnung 410 so angeordnet, daß die Schlitze einer jeden Öffnung 403, 410 nicht unmittelbar in einer Reihe aufgestellt sind.
Bei den bevorzugten Ausführungsformen der in den Fign. 16 und 17 veranschaulichten Öffnung 92 wird, sobald die Probe oder Spritzennadel beispielsweise durch die Schlitze an der Y- förmigen Öffnung in der ersten oder oberen Schicht eingegeben werden, der eingehängte Verschluß im oder in der zweiten Schicht nach unten gedrückt, wodurch sich die Öffnung 92 öffnet. Sobald die Probe 28 oder die Nadel zurückgezogen wird, kehrt der eingehängte Verschluß in seine normale Stellung zurück, wodurch weiterhin die Dichtungseigenschaften der Öffnung 92 verbessert werden.
Der Reaktionsträger 80 umfaßt auch vorzugsweise Codierungsmittel 94 - wie einen optischen Strichcode - die direkt auf der flachen Oberfläche 91 des Reaktionsträgers 80 angebracht oder gedruckt sind. Der Strichcode 94 ist angepaßt, um von einem optischen Lesegerät 32 oder von einer anderen gewöhnlichen optischen Lesevorrichtung gelesen zu werden. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Strichcode 94 eine Codierung für die Seriennummer, die vorteilhaft verwendet wird, um auf gespeicherte Assayeichdaten Zugriff zu haben, die dem speziell geprüften Reaktionsträger 80 entsprechen. Eine detailliertere Beschreibung dieser Merkmale der Erfindung wird unten angeführt.
Der Reaktionsträger 80 umfaßt auch vorzugsweise ein Panel 96, das die Information beispielsweise der Verfallsdaten des besonderen Reaktionsträgers umfassen kann; die Seriennummer des speziellen Panels der Fangreagenzien bzw. der Assay-bindenden Komponenten, die für die Herstellung der Reaktionsträger verwendet werden; und einen Abschnitt, auf dem der Benutzer manuell die Information, beispielsweise eine I.D-Patientennummer und/oder das Datum der getesteten Probe, aufzeichnen kann.
Jetzt insbesondere auf die Fign. 2-4 Bezug nehmend, umfaßt das Karussell 18 eine Vielzahl von Öffnungen 98, die ausgebildet sind, um die Reaktionsträger 80 aufzunehmen. Verschlußmittel werden auf dem Karussell 18 und den Reaktionsträgern 80, die zusammenarbeiten, um jeden Reaktionsträger 80 in einer genau vorbestimmten Stellung in die Öffnung 98 zu positionieren, bereitgestellt. Eine solche Positionierung wird bevorzugt, um Veränderungen in der Positionierung der Reaktionsträger in bezug auf das optische Lesegerät 32 und die begleitenden Stellungsbedingten Veränderungen in den Lesevorgängen der Testergebnisse von Träger zu Träger zu minimieren.
Vorzugsweise wird ein Drei-Punkte-System verwendet, um jeden Träger 80 in einer Öffnung 98 zu positionieren und zu verschließen. Das Drei-Punkte-Verschlußsystern umfaßt Mittel zur Positionierung und Verschließung der Reaktionsträger 80 in jede der drei vorbestimmten Dimensionen, d.h., in eine radiale Richtung, in eine Umfangsrichtung und eine senkrechten Richtung. Eine radiale Richtung wird als eine Richtung definiert, die sich radial aus der Mitte des Karussells 18 erstreckt, und eine Umfangsrichtung als eine Richtung um die Kreislinie eines imaginären Kreises definiert, der mit dem Karussell 13 konzentrisch ist.
Vorzugsweise umfaßt die Vorrichtung zur Positionierung eines Trägers in die senkrechte Richtung einen Satz von Zungen 100, 102 und 104, die in vorbestimmten senkrechten Abständen über der Oberfläche des Karussells 18 angebracht und ausgebildet sind, um mit der Spitze der flachen horizontalen Oberfläche 93 des Reaktionsträgers 80 im Eingriff zu stehen. Die Positionierungsvorrichtung umfaßt vorzugsweise weiterhin Mittel, um den Reaktionsträger 80 solchermaßen senkrecht vorzuspannen, daß die Oberfläche 93 fest im Eingriff mit den Zungen 100, 102 und 104 ist.
Die bevorzugten senkrechten Vorspannmittel umfassen Federklemmen 106, die vorzugsweise durch Spritzgießen oder einem anderen geeigneten Herstellungsverfahren integral in der Oberfläche des Karussells 18 ausgebildet sind. Die Federklemmen 106 umfassen vorzugsweise eine erste gewinkelte Seite 108 und eine zweite gewinkelte Seite 110. Die erste gewinkelte Seite 108 ist angepaßt, um in eine sich senkrecht erstreckende Querrippe 112 an der Unterseite des Reaktionsträgers 80 einzugreifen, während der Reaktionsträger 80 radial in die Öffnung 98 gesteckt wird, und um die Federklemme 106 nach unten zu drücken, damit ein Eindringen des Trägers erlaubt wird. Die zweite gewinkelte Seite 110, die in bezug auf die erste gewinkelte Seite 108 vorzugsweise entgegengesetzt geneigt ist, ist ausgebildet, um mit der Rippe 112 des Reaktionsträgers 80 im Eingriff zu stehen, nachdem sie über die Seite 108 fährt, um den Träger 80 in der Stellung zu verschließen. Die gewinkelte Seite 110 spannt die Rippe 112 und somit den Träger 80 auf eine Art und Weise nach oben vor, daß die flache horizontale Oberfläche 93 fest mit den Zungen 100, 102 und 104 im Eingriff steht. Die gewinkelte Seite 110 wirkt auch, um den Reaktionsträger 80 in der vorbestimmten senkrechten Stellung zu verschließen.
Vorzugsweise bestehen die Rippen 112 aus demselben Material wie die Basis des Reaktionsträgers und sind als integrale Komponente davon ausgebildet - beispielsweise mittels eines gewöhnlichen Plastik-Einspritzverfahrens. Zusätzlich zu den Rippen 112 - wie am besten in Fig. 6 veranschaulicht - umfaßt der bevorzugte Reaktionsträger 80 eine flache, im wesentlichen senkrechte Wand 114 an der Vorderseite des Trägers 80. Die senkrechte Wand 114 ist ausgebildet, um mit einem im wesentlichen senkrechten Eingriff-Wandabschnitt 116 auf dem Karussell 18 im Eingriff zu stehen. Der Karussell-Wandabschnitt 116 ist vorzugsweise als ein sich im Umfang erstreckender Wandabschnitt angeordnet - wie in den Fign. 2 und 3 am besten zu sehen. Die Eingriffwände 114 und 116 umfassen vorzugsweise mindestens einen Berührungspunkt, der zum sich im Umfang erstreckenden Wandabschnitt 116 tangential ist. Die gewinkelten Seiten 110 der Federklemmen 106 wirken, um den Träger 80 solchermaßen in eine radiale Richtung nach außen oder nach innen zu drücken oder vorzuspannen, daß die Eingriffswände 114 und 116 am Berührungspunkt fest eingreifen und der Träger 80 in einer genau vorbestimmten radialen Stellung verschlossen ist.
Die Mittel zur Positionierung eines Trägers 80 in eine Umfangsrichtung umfassen vorzugsweise mindestens eine und lieber eine Mehrzahl von Umf angs-Berührungspunkten zwischen dem Karussell 18 und dem Reaktionsträger 80 und Mittel, um den Träger 80 im Umfang vozuspannen, damit das Karussell 18 fest an diesen Umfangs-Berührungspunkten eingreift. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Karussell 18 senkrechte Wände 122, die vorzugsweise als integrale Komponente des Karussells 13 ausgebildet sind - beispielsweise durch ein gewöhnliches Plastik-Spritzgießverfahren. Die senkrechte Wand 122 umfaßt einen sich senkrecht erstreckenden Abschnitt 124, der einen ersten Umf angs-Berührungspunkt 118 und einen gewinkelten Abschnitt 126 einschließt, der einen zweiten Umfangs- Berührungspunkt 120 umfaßt. Der bevorzugte Reaktionsträger 80 umfaßt eine Wand, die so geformt ist, um mit der senkrechten Wand 122 im Eingriff zu stehen, und die einen radialen Abschnitt 128 umfaßt, der ausgebildet ist, um mit dem ersten Berührungspunkt 118 und einem gewinkelten Abschnitt 130 im Eingriff zu stehen, der wiederum ausgebildet ist, um mit dem zweiten Berührungspunkt 120 im Eingriff zu stehen.
Wie am besten in den Fign. 2 und 7 veranschaulicht, ist eine sich senkrecht erstreckende Federklemme 132, die vorzugsweise als integrale Komponente eines zweiten gewinkelten Abschnitts 131 der Wand 122 von Karussell 18 ausgebildet ist, angepaßt, um mit einer gewinkelten Seitenwand des Trägers 80 gegenüber der Wand 130 einzugreifen und um den Träger 80 in eine Umfangsrichtung gegen die Berührungspunkte 118 und 129 vorzuspannen. Die Federklemme 132 umfaßt vorzugsweise die vormals beschriebene Zunge 102 als integrale Komponenten davon.
Um die Ausrichtung des Trägers 80 zu erleichtern, wird, wenn er in eine Öffnung 98 auf dem Karussell 18 eingefügt wird, eine zweite, sich radial erstreckende Wand, die gegenüber der Wand 122 angeordnet ist, auf dem Karussell 18 bereitgestellt, und eine entsprechende Eingriffswand wird auf dem Reaktionsträger 80 bereitgestellt.
Wie am besten in Fig. 6 zu ersehen, umfaßt der Träger 80 vorzugsweise einen Rippensatz 138, der unterhalb der Oberfläche 93 liegt und eine Greiffläche für einen Benutzer bereitstellt, um den Träger in das Karussell 18 zu stecken oder um den Träger aus dem Karussell 18 zu entfernen.
Wie am besten in Fig. 3 veranschaulicht, umfaßt das Karussell 18 vorzugsweise optische Positionierungsmittel 140. Die optischen Positionierungsmittel 140 umfassen vorzugsweise eine parallelepidonale Struktur 142, die oberhalb einer sich senkrecht erstreckenden Basis angebracht ist. Obwohl andere Formen für die Struktur 142 verwendet werden können, wird die parallelepidonale Struktur bevorzugt, da die Kanten einer solchen Struktur hinsichtlich der gekrümmten Bewegungsrichtung des optischen Lesegeräts 32 normal erscheinen. Die Basis erstreckt sich vorzugsweise über eine vorbestimmte Strecke senkrecht aus der Oberfläche des Karussells 18, so daß der obere Teil der parallelepidonalen Struktur 142 auf derselben Höhe wie die Oberfläche einer Testkarte 82 angeordnet ist, wenn sich ein Reaktionsträger 80 in der Verschlußstellung im Karussell 18 befindet.
Die optischen Positionierungsmittel 140 werden vorteilhaft verwendet, um eine Null-Standort-Bezugsstelle zu bestimmen, aus der die genaue Position einer jeden Teststelle 84 von jedem Reaktionsträger 80 auf dem Karussell 18 für den genauen Zugriff durch das optische Lesegerät 32 berechnet werden kann. Um die Standorte der Teststellen 84 (oder jeder anderen Stelle auf dem Reaktionsträger) genau zu bestimmen, dreht der optische Lesearm 35 das optische Lesegerät 32, um die optischen Positionierungsmittel 140 zu scannen. Das optische Lesegerät 32 scannt die parallelepidonale Struktur sowohl in der radialen als auch in der Umfangsrichtung. Bei jedem Scanvorgang führt das optische Lesegerät 32 eine Mehrzahl von einheitlich beabstandeten optischen Reflektions-Intensitätslesevorgänge durch, und zwar auf eine unten detailliert beschriebene Weise. Beim Vergleich der Intensität von aufeinanderfolgenden Reflektionslesevorgängen, werden die genauen Standorte der Kanten der parallelepidonalen Struktur bestimmt. In der bevorzugten Ausführungsform werden die Standorte der Kanten als eine Anzahl von Schrittmotorschritten des Auslegerarms 30 und des Karussells 18 aus vorbestimmten Ausgangsstandorten dargestellt. Nachdem die Kantenstandorte der parallelepidonalen Struktur bestimmt werden, wird der Mittelpunkt der parallelepidonalen Struktur 142 leicht hergeleitet, indem die Abstände zwischen den gegenüberliegenden Kanten durch 2 geteilt werden und das Ergebnis zur Anzahl von Schritten zwischen dem Ausgangsstandort des Auslegerarms 30 bzw. des Karussells 18 und der Kante addiert wird. Kennt man die Nennabmessung des Karussells 18 und der Träger 80, kann daraufhin der Standort einer jeden Teststelle 84 bzw. andere Standorte relativ zu den Nullpunkt-Bezugskoordinaten berechnet werden.
Wie in Fig. 4 gezeigt, werden Codier-Ringsegmente 141, die mit einem Opto-Schalter - wie hiernach detailliert beschrieben - gelesen werden können, um das Karussell 18 plaziert. Die Ringsegmente 141 variieren vorzugsweise in der Länge, um jede Station kennzuzeichnen.
- Das Karussell 18 und der Träger 80 sind vorzugsweise aus einem synthetischen Plastikmaterial spritzgegossen. Für das Karussell 18 wird ein Azetalmaterial bevorzugt. Ein geeignetes Material für den Träger 80 ist als ABS-Plastik im Handel erhältlich.

TESTKARTENAUFBAU

Wie oben beschrieben, umfaßt der bevorzugte Reaktionsträger 80 einen Reaktionsbehälterabschnitt 86, der eine Testkarte 82 enthält und ausgebildet ist, eine Patientenprobe und ausgewählte Reagenzien während eines Tests in Kontakt mit der Testkarte 82 zu halten.
Auf die Fig. 8 Bezug nehmend, besteht die Testkarte 82 vorzugsweise aus einer lamellierten Struktur, wobei sie eine Bindeschicht 83 umfaßt, die an einem nicht-absorbierenden Substrat 85 haftet, indem ein Kleber- wie ein doppelseitiger Klebfilm 87 - verwendet wird. Der poröse Aufbau von Nitrozellulose wurde als mit ausgezeicheten Absorptions- und Adsorptionseigenschaften für eine große Breite von Flüssigkeits- Fangreagenzien ausgestattet befunden, die in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden können, und wird deshalb bevorzugt verwendet. Nylon besitzt ebenfalls ähnliche Merkmale und ist eine geeignete Bindeschicht. Eine Nitrozellulose-Bindeschicht 83 hat vorzugsweise eine Durchschnittsdicke von ungefähr 0.005 Zoll (127 µm Durchschnitt; im Bereich von ungefähr 115 bis zu 180 µm) und eine Porengröße von ungefähr .45 µm, obwohl eine Abweichung innerhalb dieser Parameter zulässig ist. Vorzugsweise wird auch eine Bindeschicht 83 für die DNA-Hybridisierungseigenschaft geprüft, um Proteine oder andere Materialien zu binden. Ein Nitrozelluloseprodukt, das als gut befunden wurde, in der bevorzugten Ausführungsform zu arbeiten, ist aus Millipore (Bedford, MA) erhältlich und als HAHY-Nitrozellulose gekennzeichnet.
Das nicht-absorbierende Substrat 85 ist geeigneterweise ein Polyesterfilm wie MYLAR-PLASTIK, der ein Dicke von annehernd 50,8 µm (0.002 Zoll) aufweist. Die Bindeschicht 83 ist vorzugsweise durch einen doppelseitigen Klebfilm 87 - wie den als V-23 oder V-29 gekennzeichneten Klebfilm, von denen beide aus Flexcon (Spencer, MA) im Handel erhältlich sind - an das nicht-absorbierende Substrat 85 gebunden. Ein mit einem Kleber versehener Polyesterfilrn ist aus mehreren Quellen - einschließlich Flexcon - im Handel erhältlich. Der gesamte lamellierte Aufbau einschließlich der Testkarte 82 ist ungefähr 254-355,6 um (0.010- 0.014 Zoll) dick.
Rollen des lamellierten Materials (Nitrozellulose-Kleb- Nicht-Poröses-Rückseitig-Verstärktes-Substrat), das zur Verwendung in der Testkarte 32 der vorliegenden Erfindung bevorzugt wird, werden durch Millipore (Bedford, MA) hergestellt, indem sie ihre Nitrozellulose mit dem mit einem Kleber versehenen Film verbinden.
In einer bevorzugten Herstellungsweise der Testkarten 82, werden die Rollen lamellierten Materials in Bögen (nicht gezeigt) von annähernd 127 mm (5 Zoll) Breite und 152,4 mm (6 Zoll) Länge geschnitten. Jeder Bogen wird zur Ausrichtung während des Herstellungsverfahrens mit Ausrichtungslöchern ausgestanzt.
Das Ultraschallgerät - typischerweise ein Branson 4AE oder ähnliches - umfaßt einen Ultraschall-Richter, der mit einer Anzahl erhobener kreisförmiger Rippen ausgestattet ist. Diese Rippen, die vorzugsweise um 635 µm (0.025 Zoll) angehoben sind, verwenden Ultraschallenergie - wenn in Kontakt mit dem lamellierten Bogen gebracht - um kreisförmige oder ringförmige Mulden 89 (am besten in Fig. 8 zu sehen) zu erzeugen, die im wesentlichen bzw. vollstähdig durch die Bindeschicht 83 gehen und in das nicht-absorbierende Substrat 85 bzw. den Klebfilm 87 eintreten können. Zusammen mit einem durchsichtigen Substrat sind die Mulden 89 im wesentlichen optisch durchsichtig.
Die kreisförmigen Mulden 89 in der Bindeschicht 83 erzeugen eine Vielzahl isolierter Teststellen 84, die sich jede aus einem Bindeschichtmaterial zusammensetzt, das von einer Luftraum-Grube 99 umgeben wird. Jede Teststelle 84 ist ausgebildet, um eine Reaktion zwischen einem Fangreagens und einer spezifischen bindenden Komponente in einer Meßprobe zu tragen und um den Fluß des Fangreagens, der an eine Teststelle 84 in einem spezifisch isolierten Bereich angelegt ist, einzuschränken. Wie in Fig. 5 gezeigt, werden in einer bevorzugten Ausführungsform eine Mehrzahl von Teststellen 84, die durch sie umgebende Gruben 99 isoliert werden, in einem vorbestimmten zwei-dimensionalen Feld auf der Testkarte 82 angeordnet. Jede Teststelle 84 weist einen Durchmesser von vorzugsweise annähernd 2,54 mm (0.1 Zoll) auf und jede Grube 99 hat 0,254 mm (0.01 Zoll) dazwischen. Es ist vorzuziehen, aber nicht essentiell, ein Feld zu benutzen, worin sich die Gruben 99 beträchtlich überlappen. Auf diese Weise wird die Anzahl der Teststellen 84 auf einer Testkarte 82 maximiert. Zusätzlich kann die Empfindlichkeit verbessert werden, indem man die Menge des unbenutzten Bindeschichtmaterials verringert, das mit den Teststellen um die Assay-bindenden Komponenten konkuriert.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, daß sich die Mulden im wesentlichen durch die poröse Bindeschicht 83 hindurch erstrecken, so daß es einige wenige - wen überhaupt welche - Poren gibt, die angrenzende Teststellen 84 miteinander verbinden, durch die die Fangreagenzien fließen können. Solchermaßen reicht die Mulde im wesentlichen durch die Bindeschicht und vorzugsweise in die Kleb- oder Substratschicht. Die Tiefe und Eigenschaft der Mulde werden durch die Auswahl der Parameter für das Ultraschallgerät gesteuert. in bezug auf Nitrozellulose bewegt sich der Ultraschall-Richter-Gesamtdruck vorzugsweise im Bereich von ungefähr 13,78950 x 10&sup4; - 28,957992 x 10&sup4; Pa (20 psi bis zu 42 psi). Die Haltezeit kann von ungefähr 10 ms bis zu ungefähr 100 ms variieren; die Schweißzeit kann im Bereich von ungefähr 150 ms bis zu ungefähr 400 ms liegen; und die Schallrichterfrequenz ist vorzugsweise annähernd 40 kHz Das zweidimensionale Feld von Teststellen 84 kann in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform durch die wiederholte Anwendung eines Ultraschall-Richters erreicht werden, der ein Feld von sechs ringförmigen Rippen aufweist. Ein Hochpräzisions- XY-Positionierungstisch, der durch hochauflösende, Computergesteuerte Schrittmotoren betrieben wird, wird verwendet, um die Bögen lamellierten Materials unter dem Schallrichter auszurichten. Vorteilhafterweise kann ein einziges Programm verwendet werden, um sowohl die Tischbewegung als auch die Schallrichterbewegung zu steuern. Eine Mehrzahl von Löchern ist im Tisch ausgebildet und mit einer Vakuumquelle verbunden, so daß der Bogen genau ausgerichtet fest am Tisch gehalten werden kann, indem die Längslöcher über die Paßstifte auf dem Tisch gelegt werden. Nach jeder Anwendung des Ultraschall-Richters wird der Bogen in ansteigender Menge in die X-Achsenrichtung und die Y- Achsenrichtung bewegt, und zwar so, wie es geeignet ist, um das in Fig. 5 gezeigte bevorzugte Feld zu erzeugen. Alternative Felder liegen vollständig innerhalb des Könnens des Durchschnittfachmanns auf diesem Gebiet.
Wenn eine gewünschte Anzahl von Feldern auf einem Bogen des lamellierten Materials verschweißt wird, ist der Bogen für das Hinzufügen eines oder mehrerer Fangreagenzien oder Assaybindender Komponenten bereit. Die Begriffe Fangreagens und Assay-bindende Komponente werden hierin miteinander austauschbar verwendet und bezeichnen irgendeine Komponente, die fähig ist, unmittelbar oder mittelbar eine gewünschte Komponente aus einer biologischen Meßprobe zu binden. Beispielsweise kann ein Fangreagens bzw. eine Assay-bindende Komponente Antikörper, Antigene, Biotin, Antibiotin, Avidin, Lektine oder Peptid- Sequenzproben umfassen, wie auch Kombinationen davon. Reagenzien werden typisch in wässrige Lösungen mit oder ohne Stabilisatoren freigegeben, die detaillierter unten erörtert werden.
In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform ist das Fangreagens ein spezifisches Allergen, das die menschlichen Antikörper der IgE-Klasse aus einer Serumprobe eines Patienten bindet. Eine ziemlich verständliche Kompilation eines solchen Allergens findet man im EP-Patent 106 324, das unter dem Namen AXONICS angemeldet ist. Natürlich ist es auch möglich, Antikörper wie das Fangreagens zu benutzen, um Antigene aus der Patientenprobe zu binden. Die Proben können Serum, Blut, Urin, CSF, Speichel und ähnliches umfassen.
Vorteilhafterweise wird an jede Teststelle 84 ein anderes Fangreagens abgegeben, so daß eine einzige Probe gleichzeitig in bezug auf die Anwesenheit von Bindungskomponenten, die spezifisch für jedes eines Panels verschiedener Fangreagenzien ist, getestet werden kann. Einige Teststellen 84 können einen Analyten aufweisen, der dahin abgegeben wird, um als positive Steuerstellen zu dienen. Andere Teststellen 84 können keine dahin abgegebenen Reagenzien aufweisen und als negative Steueroder Bezugsstandorte dienen. Vorzugsweise wird von ungefähr 1,5 bis zu 4 µl an Fangreagenslösung an jede Teststelle abgegeben. Diese Menge übersteigt diejenige, die durch die Nitrozelluloseporen, die jede Teststelle 84 umfassen, adsorbiert oder absorbiert werden kann, und das Überschuß-Reagens wird über die Teststelle 84 sicken, bis es trocknet und verdampft. Wenn eine beträchtlich größere Menge von Fangreagens abgegeben wird, kann jedoch das Reagens die Grube 99 füllen und zu angrenzenden Teststellen 84 kreuzen, was zu falschen Testergebnissen führen könnte.
Das Fangreagens kann durch irgendein geeignetes Abgabeverfahren an eine Teststelle 84 abgegeben werden, einschließlich eines Reagenzienausstoßes, einer dosierten Luftabgabe, positiver Luftverdrängungs-Pumpen oder durch einen Kapillarschlauch, der auf die Oberfläche der Teststelle 84 herabgesenkt wird. In einer bevorzugten Herstellungweise werden Fangreagenzien gleichzeitig an eine Vielzahl von Teststellen 84 abgegeben.
Positive Luftverdrängung ist das gegenwärtig verwendete Verfahren, um die Reagenzien an Teststellen 84 abzugeben. In diesem Verfahren wird ein Bogen eines Testkarten-lamellierten- Materials auf einem XY-Einstelltisch - ähnlich dem vorher beschriebenen - Vakuum-montiert. Ein genaue Reagenzienmenge (ungefähr 2 µl beispielsweise) wird durch eine positive Luftverdrängungs-Spritzpumpe abgegeben, die eine gewöhnliche Antriebsschraube oder einen Schrittmotor aufweist, der die Kolben einer Mehrzahl von an einer Stütze angebrachten Spritzen verdrängt. Die Spritzen münden durch Schläuche in eine Mehrzahl von Ausfluß-Kapillarschläuchen.
Bis zu 60 (aber vorzugsweise von 6 bis 10) solcher Abgabeschläuche können in einer Befestigung angeordnet sein, die angehoben und gesenkt werden kann, indem Hochpräzision-Antriebsmittel in einem Durchlaß verwendet werden, um Reagenzientröpfchen auf den Nitrozellulose-Teststellen abzulegen. Der Bogen wird dann durch den XY-Tisch bewegt und ein vorgewähltes Reagens auf dem folgenden Feld abgelegt. Wenn alle zweidimensionalen Felder auf einem Bogen des Testkarten-Materials mit dem ersten Durchlass von Fangreagenzien äufgefüllt werden, kann ein neuer Spritzpumpensatz von Reagenzien für die Abgabe eines zweiten Durchlasses an andere Teststellen in allen Feldern eingerichtet werden. Das Auseinanderhalten der Abgabeschläuche und der Durchlässe, so daß nicht-aneinandergrenzende Teststellen während jeden Durchlasses und zwischen zwei Durchlässen betröpfelt werden, verringert das Risiko, daß die Reagenzien vor dem Trocknen zusammenlaufen.
Wenn jede Teststelle 84 auf einem Bogen des Testkarten- Materials mit Fangreagenzien (oder Steuerreagenzien) betröpfelt wurde, dürfen die Teststellen bei Zimmertemperatur gründlich getrocknet werden. Die Zeit des Trocknens kann von ungefähr 3-72 Stunden betragen, ist aber vorzugsweise mindestens 9 Stunden.
Nachdem das Trocknen abgeschlossen ist, wird die Bindeschicht 83 des Testkarten-Materials vorzugsweise mit einer Proteinschicht - wie beispielsweise nicht reaktionsfähiges Pferdeserum oder Fischgelatin - "blockiert". Blockiermasken verstärken nicht-spezifische Bindestellen auf der Bindeschicht 83 (einschließlich Steuer- und Bezugsteststellen, die kein Fangreagens aufweisen) und beseitigen Überschuß-ungebundene Fangreagenzien, um das Konkurrieren und die nicht-spezifische Bindung zu verringern. Die geeignete Blockierung erhält man während einer Inkubationsdauer von ungefähr 1 Stunde bei annähernd 37ºC und wird vorzugsweise in Kesseln unter Umrührung während der Inkubation endgültig erreicht.
Nach dem Blockierungsvorgang wird das Testkarten-Material dreimal in 10 mM Dreifach-Puffersalzlösung (TB5) gewaschen und darf über Nacht trocknen.
Die einzelnen Testkarten 82 werden vorzugsweise aus getrockneten Bögen lamellierten Materials in im allgemeinen rechteckige Formen geschnitten, die ausgebildet sind, um in die Reaktionsbehälter 86 der Träger 80 zu passen. Bezugsiöcher werden ebenfalls verwendet, um die Bögen in bezug auf eine Stanze auszurichten, die betrieben wird, um einzelne Testkarten 82 auszuschneiden. Um die Assay-Empfindlichkeit zu verbessern, wird es bevorzugt, daß die ausgeschnittenen Testkarten 82 minimale unbenutzte Bereiche von Bindeschichtmaterial aufweisen.
Die einzelnen Testkarten 82 werden vorzugsweise an die ünteren Flächen der Reaktionsbehälter 86 geklebt, indem ein zweiseitiges Klebeband verwendet wird. Das genaue Positionieren der Testkarten 82 in die Behälter 86 ist kritisch, da das genaue optische Lesen der Teststellen 84 von der genauen Positionierung der Felder in bezug auf die oben beschriebenen Null-Standord- Bezugskoordinaten abhängt. Aus diesem Grund wird vorzugsweise eine Vakuurnlehre (nicht gezeigt) verwendet, um Testkarten 82 in die Behälter 86 zu stecken. Jede Testkarte 82 wird in die Ecke einer Lehre gelegt, die an zwei Seitenwände grenzt. Vakuumbeaufschlagte Löcher in der Lehre halten die Testkarte 82 in Stellung. Wenn die Testkarte 82 für den Transfer bereit ist, fährt ein beweglicher, mit Stiften auf der Lehre ausgerichteter Kopf abwärts und berührt die Testkarte 82. Das Vakuum wird aus der Lehre zum Kopf übertragen und der Kopf mit der nunmehr angebrachten Testkarte 82 zu einer zweiten Lehre bewegt, die identische Paßstifte aufweist. Der Kopf wird über die Stifte und in den Reaktionsbehälter 86 eines Reaktionsträgers 80 herabgesenkt, der in der zweiten Lehre angebracht ist, so daß der Kopf die Testkarte 82 im Behälter 86 genau ausrichtet. Das Vakuum im Kopf wird dann unterbrochen und das doppelseitige Klebeband auf der Oberfläche des Behälters 86 klebt die Testkarte 82 an einer genauen Stelle fest.
Stabilisatoren können, falls erwünscht, verwendet werden, um die Stabilität der an die Teststellen 84 freigesetzten Fangreagenzien zu verbessern. Beispielsweise können viele Allergene durch Cross-linking mit bekannten Agenzien stabilisiert werden. Eine beispielhafte Auflistung solcher Agenzien und ihre letztlich bevorzugten Konzentrationen werden in der Tabelle 1 angegeben. TABELLE 1 Crosslinking-Agenzien Agens Konzentration 1-ethyl-3-dimethyllaminopropylcarbodiimid (EDAC) /NABH&sub4; Formalin Tetrahydrofuran Formalin/THF Essigsäure/NaOH Neutralisation Glutaraldehyd Essigsäure
Zusätzlich können einige Proteine mittels Photo-Cross-linking stabilisiert werden. Beispielsweise wurde die Verwendung von N- Hydroxysuccinimidyl-4-azidobenzoat (HSAB) und UV-Licht beschrieben, um Insulin an Nitrozellulose zu binden. Sieh Kakita et al., Diabetes v.31, S. 648-652, Juli 1982. Durch die Verwendung dieser bekannten Verfahrensweisen kann das Fangreagens ohne kovalentes Binden an eine Teststelle 84 angebracht werden.
Alternativ kann kovalentes Binden verwendet werden, um das Fangreagens mit oder ohne Abstands- oder Verbindungsmoleküle an eine Teststelle 84 zu binden. Die Funktionalität eines Bindeschichtmaterials, wie Nitrozellulose oder Nylon, kann durch eine Anzahl von in der Technik bekannten Mechanismen erreicht werden.

HORIZONTALE AUSLEGERARME UND ANTRIEBE

Auf die Fign. 9 und 10 Bezug nehmend, wird eine detailliertere Beschreibung des bevorzugten Auslegerarms 30 bereitgestellt. Der horizontale Auslegerarm 30 stellt die Mittel zur Positionierung des optischen Lesegeräts 32 und der Wasch/Abwasserprobe 28 über die Träger 80 in Karussell 18 bereit. In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Auslegerarm 30 sowohl den Probenarm 33 als auch das optische Lesegerät 35, die mechanisch miteinander verbunden sind. Vorzugsweise wird ein Schrittmotor 50 mit einer hohen Auflösung verwendet, um den Auslegerarm 30 zu drehen, damit das optische Lesegerät 32 und die Probe 28 entlang eines gekrümmten Pfads in genauen Abständen positioniert werden. Der Schrittmotor 50 umfaßt einen Schaft mit einem fest angetrachten Zahntriebwerk 51, das vorzugsweise mit einem Zahnsegment 52 im Eingriff steht. Das Zahnsegment 52 ist wiederum fest an einem Schaft 53 angebracht, der ein ortsfestes Ende eines optischen Lesegeräts 35 des Auslegerarm 30 stützt. Der Schaft 53 ist vorzugsweise durch eine gewöhnliche Lagervorrichtung drehbar an einer Basisplatte 54 angebracht. Die Basisplatte 54 kann aus einem geeigneten Material wie beispielsweise gegossenen Aluminium hergestellt sein.
Da die genaue Ausrichtung zwischen dem Auslegerarm 30 und dem Zahntriebwerk erwünscht ist, sind der Auslegerarm 30 und das Zahntriebwerk 51 mittels einer verkeilten Anordnung an ihren jeweiligen Schäften angebracht.
Das Zähnezahlverhältnis vom Zahnsegment 52 zum Zahntriebswerk 51 kann jedes geeignete sein, das für die erforderliche genaue Positionierung des Auslegerarms sorgt, aber es wird gegenwärtig ein Verhältnis von ungefähr 13.88/1 in bezug auf das Zahntriebwerk, das einen Rollkreisdurchmesser von annähernd 9,525 mm (0.375 Zoll) aufweist, und eine Gesamtzahl von 18 Zähnen bevorzugt.
- Das Karussell 18 wird vorzugsweise durch eine ähnliche Schrittmotoranordnung angetrieben. Ein Karussell-Schrittmotor 56, der an der Basisplatte 54 angebracht ist, treibt drehbar einen Schaft mit einem fest angebrachten Zahntriebwerk 57 an. Das Zahntriebwerk 57 wiederum greift in ein Getriebe 58, das fest an dem Montageschaft des Karussells 18, der mittels einer gewöhnlichen Lagervorrichtung an einer Basisplatte 54 angebracht ist, montiert ist. In einer bevorzugten Ausführungsform hat das Getriebe 58 einen Rollkreisdurchmesser von annähernd 9,525 mm (0.375 Zoll) und ein Zähnezahlverhältnis von annähernd 10/1 in bezug auf das Zahntriebwerk 57, das auch einen Rollkreisdurchmesser von ungefähr 9,525 mm (0.375 Zoll) und eine Gesamtzahl von 18 Zähnen aufweist. Wie bei dem Auslegerarm, wird der Schaft des Schrittmotors 56 vorzugsweise mit einer verkeilten Anordnung bereitgestellt, um das Zahntriebwerk 57 genau zu positionieren.
Das Zahnsegment 52 und das Getriebe 58 können aus jedem geeigneten Material, wie Aluminium oder ein Plastikmaterial wie beispielsweise Acetal, hergestellt sein. Ein Material, das unter der Handelsbezeichnung DELRIN im Handel erhältlich ist, wird momentan zur Verwendung bevorzugt. Ähnlich können die Zahntriebwerke 51 und 57 aus jedem geeigneten Material hergestellt sein. Gegenwärtig wird es bevorzugt, diese Getriebe aus rostfreiem Stahl maschinell herzustellen. Geeignete Schrittmotoren mit einer hohen Auflösung können aus verschiedenen Handelsquellen bezogen werden. Ein besonders bevorzugter Schrittmotor ist aus Vexta als Modell Nr.PXC43-03AA im Handel erhältlich.
Da die genaue Positionierung des optischen Lesegeräts 32 in bezug auf das Karussell 18 kritisch ist, muß das optische Lesegerät 32 soweit wie möglich auf einem Niveau mit dem Karussell 18 gehalten werden. Deshalb sind die Schäfte, die den Auslegerarm 30 und das Karussell 18 drehen, vorzugsweise sorgfältig mit einem vorbestimmten Mitte- zu Mitteabstand zwischen ihnen mit einer geringer Toleranz montiert. Zusätzlich werden beide Schäfte vorzugsweise sorgfältig angebracht, um die genaue senkrechte Ausrichtung zwischen ihren Mittelachsen beizubehalten.
Falls erwünscht, kann die weitere Niveauangleichung erreicht werden, indem eine flache Positionier-Deckplatte (nicht gezeigt) an der Karussell-Antriebswelle zwischen dem Getriebe 58 und dem Karussell 18 fest montiert wird. Eine solche Deckplatte umfaßt vorzugsweise Paßstifte, die mit entspechenden Öffnungen im Getriebe 58 im Eingriff stehen, um die Deckplatte in bezug auf das Getriebe 58 exakt auszurichten. Das Karussell 18 umfaßt vorzugsweise Mittel, die mit einer Zahnvorrichtung auf der Deckplatte im Eingriff stehen, um das Karussel genau auf der Deckplatte zu positionieren. Vorzugsweise werden auch Mittel bereitgestellt, um das Karussell 13 in bezug auf die Deckplatte zu sichern. Die -Deckplatte kann aus irgendeinem geeigneten Material, wie ein Aluminium-beschichtetes, mit einem geeigneten Finish hergestellt sein.
Wie zuvor erwähnt, wird die genaue Positionierung des Auslegerarms 30 und des Karussells 18 ausgeführt, indem die Schrittzahl gezählt wird, die durch die Schrittmotoren 50 und 56 genommen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die genaue Positionierung des optischen Lesegeräts 32 über jede Teststelle 84 eines Trägers 80 auf dem Karussell 18 durch eine kombinierte Bewegung des optischen Lesegeräts 32 an einen gekrümmten Pfad und eine Drehung des Karussells 18 verbessert, damit ein Träger 80 in die Lesestellung gebracht wird, die den Pfad des optischen Lesegeräts 32 kreuzt.
Da die genaue Schrittzahl, die durch die Schrittmotoren 50 und 56 gewählt wird, für die Positionierung des Lesekopfes 32 über eine besondere Teststelle 84 kritisch ist, kann der von den Schrittmotoren 50 und/oder 56 an die Getriebe 52 und 53 übertragene Hubverlust Positionierungsfehler einführen, die zu einem Fehler in den optischen Lesevorgängen führen können. Um einen solchen Hubverlust zu verringern, werden vorzugsweise schwebende Lagerungsmittel für die Schrittmotoren 50 und 56 bereitgestellt. In einer speziell bevorzugten Ausführungsform wird beispielsweise ein Federblatt 61 (in Fig. 11 in bezug auf den Schrittmotor 50 gezeigt) ausgebildet, um das Zahntriebwerk 51 mit einem Bewegungsfreiraum in der Y-Richtung bereitzustellen, während die Bewegung in der X-Richtung eingeschränkt wird. Das Federblatt 51 ist an der Basisplatte 54 nahe dem Außenabschnitt 62 fest angebracht. Der Schrittmotor 50- ist durch gewöhnliche Anbringungsmittel fest am Mittelabschnitt 63 des Federblattes 61 angebracht. Auf diese Weise steht das Zahntriebwerk 51 mit dem Zahnsegment 52 im Eingriff, wenn sich der Schrittmotor 50 in eine Vorwärtsrichtung bewegt. Die einzige freie Bewegungsrichtung die durch das Federblatt 51 bereitgestellt wurde, verhindert, daß irgendein Hubverlust aus dem Schrittmotor 50 auf das Zahnsegment 52 übertragen wird.
Auf die Fig. 9 Bezug nehmend, weist der horizontale Probenarm 33 des Auslegerarms 30 ein ortsfestes Ende auf, das mechanisch mit dem optischen Lesearm 35 verbunden ist, und ein freies Ende auf, das die Wasch/Abwasserprobe 28 trägt. Der Probenarm 33 wird vorzugsweise durch einen Drehzapfen 65 drehbar an Ösen angebracht, die sich aus dem optischen Lesearm 35 nach unten erstrecken.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein linearer Stellantriebsmotor 66, der einen Schaft 67 aufweist, an eine Zunge 68 gekoppelt, die sich aus dem Probenarm 33 nach oben erstreckt. Wenn der Schaft 67 zurückgezogen wird, dreht sich der Probenarm 33 um den Drehzapfen 65 nach oben. Wenn der Schaft 67 ausgefahren wird, dreht sich der Probenarm 32 um den Drehzapfen 65 nach unten. Geeignete lineare Stellantriebsmotoren sind von einer Reihe von Quellen einschließlich Airpax im Handel erhältlich.
Wie am besten in Fig. 9 veranschaulicht, kann der äußere Seitenabschnitt des Probenarms 33 offengelassen werden, um den Zugang an die Wasch- und Abwasserverrohrung 23 und 21 zu e-rlauben, die gelegentlich oder routinemäßig ausgetauscht werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Probenarm 33 mit einer Schnapp- oder Führungsvorrichtung bereitgestellt, um die Rohre 21 und 23 in der Stellung zu halten und das einfache Entfernen und Einführen der Rohrleitung zu erlauben.
Die Rohre 21 und 23 schließen sich vorzugsweise an eine Proben-Sperrvorrichtung 31 an, die auf jede geeignete Art und Weise nahe dem freien Ende des Probenarms 33 angebracht werden kann. Die Proben-Sperrvorrichtung 31 stellt Mittel sowohl für die Wasch- als auch die Abwasserpumpen 25 und 27 bereit, um Flüssigkeit durch dieselbe Wasch/Abwasserprobe 28 abzugeben und zu entfernen. Die Proben-Sperrung 31 verhindert die Kontamination der Probe 28, indem sie für getrennte Eintrittsstellen für die Wasch- und Abwasserflüssigkeiten sorgt, wobei die Waschstelle vorzugsweise über der Abwasserstelle liegt. Sowohl die Wasch- als auch die Abwasserstellen sind mit einen gewöhnlichen Flüssigkeitskanal verbunden, der sich seinerseits in die Probe 28 hinein öffnet. Das Aufladen der Proben-Sperrvorrichtung 31 kann erreicht werden, indem Waschlösung an die Proben-Sperrung zugeführt und gleichzeitig Flüssigkeit aus dem Probenblock abgesaugt wird. Wie zuvor erwähnt, wird die Abwasserpumpe 27 vorzugsweise bei einer höheren Geschwindigkeit als die Waschpumpe 25 betrieben, so daß während des Aufladens die Waschlösung niemals aus dem Probenende 28 ausströmt und unmittelbar in das Abwassersystem geführt wird. Dieses Aufladeverfahren wird vorzugsweise vor jedem Testvorgang durchgeführt und wird auch vorteilhaft nach dem Austausch der Wasch- und Abwassereinheiten 22 und 24 oder vor und nach dem Austauch der Rohrleitung durchgeführt.
Vorzugsweise umfassen die Antriebsanordnungen auch Ausgangsstellungs-Anzeigervorrichtungen, die mit dem Karussell 18 und dem Auslegerarm 30 verbunden sind. Solche Vorrichtungen stellen vorteilhaft Signale bereit, die anzeigen, sobald sich das Karussell 18 und der Auslegerarm 30 in ihren jeweiligen vorbestimmten Ausgangs- oder Startstellungen befinden. Diese Vorrichtungen umfassen optische Schalter (nicht gezeigt), die mit optischen Sperrflags auf dem Karussell 18 und dem Probenarm 30 zusammenwirken, um anzuzeigen, wann das Karussell 18 und der Probenarm 30 vorbestimmte Anfangsstellungen passieren. Die vorher beschriebenen Codier-Ringsegmente 141 können als Ausgangsstellungs-Anzeiger dienen. Die geeigneten optischen Schalter sind von Opto Switch, Inc. Of Mckinney, Texas, als Modell Nr. 0288 im Handel erhältlich. Diese Schalter werden insbesondere zur Verwendung mit einem Mikroprozessor-gesteuerten Analysator vorgezogen, weil sie fähig sind, eine digitale Ausgabe zu erzeugen.

DAS OPTISCHE LESEGERÄT

In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform arbeitet das optische Lesegerät 32 auf dem Prinzip des Remissionsgrads (Grad der zerstreuten Reflexion), um Testergebnisse aus den Teststellen 84 der Reaktionsträger 80 zu lesen. Im Remissionsgrad-Arbeitsprinzip wird optische Strahlung auf die optische Streufläche einer Teststelle 34 ausgestrahlt und die Intensität der durch die Oberfläche zerstreut reflektierten optischen Strahlung erfaßt. Die Dichte variiert als ein Ergebnis von Farbentwicklungen, indem die konjugierte Verbindung hinzugefügt und wie hiernach im Detail beschrieben entwickelt wird. Die Intensität der zerstreut reflektierten optischen Strahlung wird dann wie detailliert unten beschrieben bearbeitet, um einen optischen Dichtewert zu erhalten, der die Größe der Bindungsreaktion zwischen einem an eine Teststelle 84 gebundenen Fangreagens oder einer Assay-bindende Komponente und einer zweiten bindenden Komponente von Interesse in einer zu prüfenden Probe anzeigt, wobei die zweite Komponente eine spezifische Affinität für die erste Komponente aufweist. Es wird von Fachleuten auf dem Gebiet geschätzt werden, daß ein alternatives optisches Lesegerät - wie beispielsweise ein Fluorometer - falls erwünscht, abhängig von der angewandten Assay-Chemie genauso gut verwendet werden könnte.
Auf Fig. 12 Bezug nehmend, umfaßt in der bevorzugten Ausführungsform das optische Lesegerät 32 ein Reflektometer 160, das in einem Lesekopf 155 angebracht ist. Der Lesekopf 155 ist vorzugsweise integral mit dem freien Ende des horizontalen optischen Lese-Auslegerarm 33 ausgebildet oder alternativ mechanisch damit verbunden, wie am besten in den Fign. 1 und 9 zu sehen.
In der gegenwartig bevorzugten Ausführungsform umfaßt das Reflektometer 160 ein optisches Quellenmittel 162 und eine optische Detektorvorrichtung 164. Das optische Quellenmittel 162 ist vorzugsweise ein Halbleiterbauelement wie beispielsweise eine Licht-emittierende Diode (LED). Insbesondere wird eine Modell H-3000-Hochleistungs-rote LED bevorzugt, die im Handel durch Stanley verkauft wird und die optische Strahlung bei einer Nenn-Wellenlänge von annähernd 660 Nanometern bei 350 Zentigrad ausstrahlt. Die optische Detektorvorrichtung 164 ist auch vorzugsweise ein Halbleiterbauelement wie beispielsweise eine Photodiode oder ein Phototransistor. Besonders ein Modell VDT 020D-Hybrid-Silikon-Photodetektor/Verstärker, der von United Detector Technology im Handel erhältlich ist, wird bevorzugt.
Eine zylindrische Beleuchtungsbohrung 166 und eine zylindrische Reflexionsbohrung 168 werden mittels passender Verarbeitung im optischen Lesekopf 155 bereitgestellt. Die Reflexionsbohrung 168 wird vorzugsweise senkrecht ausgebildet, so daß ihre Mittelachse im wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Teststellen 84 steht, um gelesen zu werden, sobald das Lesegerät 32 über einem Reaktionsträger 80 positioniert wird. Die Beleuchtungsbohrung 166 ist vorzugsweise mit ihrer Mittelachse spitzwinklig zur senkrechten Mittelachse der Reflexionsbohrung 168 ausgebildet. Insbesondere wird die Beleuchtungsbohrung 166 so ausgebildet, daß ihre Mittelachse in einem Winkel von annähernd 30º zur senkrechten Mittelachse der Reflexionsbohrung steht. Diese Anordnung verringert die Menge an optischer Strahlung, die von einer Teststelle zur optischen Detektorvorrichtung 164 spiegelnd reflektiert wird, und vermeidet die Okklusion des optischen Strahls, der durch das optische Quellenmittel 162 ausgestrahlt wird, durch die Wand 88 des Reaktionsbehälters 86, was unerwünschterweise die Signalpegel verringern würde.
Die Illuminationsbohrung 166 weist drei konzentrische Abschnitte 166a, 166b und 166c mit dem oberen Abschnitt 166a auf, der einen etwas größeren inneren Durchmesser als der Mittelabschnitt 166b aufweist, und wiederum der Mittelabschnitt 166b einen etwas größeren inneren Durchmesser aufweist als der untere Abschnitt 166c. Ein ringförmiges Schulterstück 170 ist zwischen dem Mittel- und dem unteren Abschnitt 166b und 166c ausgebildet. Ein Linsenmittel 172, das vorzugsweise ein kreisförmiges bikonvexes Linsenmittel ist, weist einen geringfügig kleineren Außendurchmesser als den Innendurchmesser des Mittelabschnitts 166b auf. Das Linsenmittel 172 ist im Mittelabschnitt 166b angebracht und wird darin durch das Schulterstück 170 um seine äußere Begrenzung gestützt. Ein ringförmiger Ring 174, der einen Außendurchmesser, der wiederum etwas kleiner als der Innendurchmesser des Mittelabschnitts 166b ist, und einen Innendurchmesser aufweist, der gewählt ist, um die optische Störung mit dem Linsenmittel 172 zu minimieren, ist im Mittelabschnitt oberhalb des Linsenmittels 172 angebracht. Eine ringförmige Druckfeder 176, die auch einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Mittelabschnitts 166b ist, ist längs darin oberhalb des ringförmigen Rings 174 angebracht und dadurch um seinen äußeren Rand herum gestützt.
Die Ringfeder 176 erstreckt sich nach oben in den oberen Abschnitt 166a und steht mit dem unteren Teil eines zylindrischen LED-Halters 178 im Eingriff, der einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des oberen Abschnitts 166a ist und im oberen Abschnitt 166a angebracht ist. Der LED-Halter 178 enthält eine zylindrische LED-Montagekammer 180. Eine konzentrische, zylindrische kegelige Senkung 182 ist um den oberen Teil der Kammer 180 ausgebildet, um damit zusammen ein ringförmiges Schulterstück 184 zu bilden. Das Schulterstück 184 ist angepaßt, um die angeflanschte äußere Begrenzung einer LED 162 zu stützen, die in der Montagekammer 180 angebracht ist. Die LED 162 wird auch vorzugsweise in die Montagekammer 180 geklebt, indem ein geeigneter Kleber verwendet wird, um ihre Bewegung zu verhindern, die nachteilig das Lesen der Testergebnisse beeinflussen könnte. Der LED-Halter 173 ist vorzugsweise aus einem eloxierten Aluminium hergestellt und wird mit einer geschwärzten Innenfläche bereitgestellt, um die optische Streuung zu minimieren. Jedoch können auch andere Verfahren und Materialien verwendet werden, die den Fachleuten auf dem Gebiet bekannt sind und die geeignete optische Eigenschaften besitzen.
Eine große zylindrische Öffnung 196, die verglichen mit dem Durchmesser der Bohrung 166 einen ziemlich kleinen Durchmesser aufweist, wird vorzugsweise in der unteren Wand des LED- Halters 178 bereitgestellt, um die optische Strahlung, die durch die LED 162 ausgestraht wird, in die Beleuchtungsbohrung 166 zu übertragen. Die große Öffnung 196 ist vorzugsweise mit der Montagekammer 180 und der Beleuchtungsbohrung 166 konzentrisch und hat vorzugsweise eine längliche Ausdehnung, die um einiges größer als ihr Innendurchmesser ist, der in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform annähernd 0,635 mm (0.025 Zoll) sein kann.
Die Verwendung der großen Öffnung 196 ist besonders vorteilhaft, um die optischen Aberrationen zu minimieren, die für gewöhnlich mit den LEDS verbunden sind. Beispielsweise sind typische LEDS bekannt, um nicht-einheitliche Quellen optischer Strahlung bereitzustellen, die auf das Vorhandensein von Dunkelflecken und/oder ungenauen Stellungen der Halbleiterübergänge zurückgehen. Die große Öffnung 196 arbeitet, um die aus der Linse der LED 162 ausgestrahlte optische Strahlung zu bündeln und zu zerstreuen, damit für eine einheitlichere optische Quelle gesorgt wird.
In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform werden Einstellmittel bereitgestellt, um den aus der Beleuchtungsbohrung 166 ausgestrahlten optischen Strahl zu justieren. Eine Montagezunge 186, die eine Öffnung 188 aufweist, ist integral mit dem LED-Halter 178 ausgebildet. Die Montagezunge 186 faßt in eine Vertiefung 190, sobald der LED-Halter 178 im Lesekopf 155 angebracht wird. Eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 192, die mit der Öffnung 188 konzentrisch ist, wird bereitgestellt, um in einen mit einem Gewinde versehenen Verschluß 194, beispielsweise eine Schraube, einzugreifen, der durch die Öffnung 188 aufgenommen werden kann. Der mit einem Gewinde versehenen Verschluß 194 kann manuell gedreht werden, um die Stellung des LED-Halters 178 und somit die LED 162 in der Beleuchtungsbohrung 166 zu justieren.
Die Reflexionsbohrung 168 weist zwei konzentrische zylindrische Abschnitte 168a und 168b mit dem Innendurchmesser von Abschnitt 168a auf, der etwas größer als der Innendurchmesser des Abschnitts 168b ist, so daß eine ringförmige Schulter 200 zwischen den zwei Abschnitten ausgebildet wird. Ein Linsenmittel 202, das vorzugsweise eine kreisförmige plankonvexe Linse ist, weist einen etwas kleineren Außendurchmesser als den Innendurchmesser von Abschnitt 168a auf und ist darin durch die Schulter 200 um den äußeren Rand seiner ebenen Seite gestützt angebracht.
Ein ringförmiger Dichtungsring 204, der ebenfalls einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser von Abschnitt 168a ist, ist darin oberhalb des Linsenmittels 202 und insbesondere oberhalb der konvexen Seite des Linsenmittels 202 angebracht. Der Innendurchmesser des Dichtungsrings 204 ist vorzugsweise so groß, um die optische Störung mit dem Linsenmittel 202 zu minimieren.
Ein verlängerter ringförmiger Einsatz 206, der einen Außendurchmesser hat, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Abschnitts 168a ist, und einen Innendurchmesser, der annähernd dem des Rings 204 entspricht, ist längs in Abschnitt 168a oberhalb des ringförmigen Ringes 204 angebracht. Der Einsatz 206 ist vorzugsweise schwarz und ausgebildet, um im wesentlichen die ganze ungeschützte Innenfläche der Reflexionsbohrung 168 abzudecken, um die optische Streuung darin zu minimieren. Die Innenfläche des Einsatzes 206 wird vorteilhafterweise mit schraubenähnlichen Unstetigkeiten bereitgestellt, die diese Funktion weiterhin unterstützen. In der bevorzugten Ausführungsform ist der Einsatz aus einem schwarzen Plastik gegossen oder hergestellt - vorzugsweise ein Plastik, das im Handel unter dem Handelsnamen DELRIN verkauft wird - obwohl auch andere Materialien, die die geeigneten optischen Eigenschaften aufweisen, verwendet werden können.
Vorzugsweise ist ein kreisförmiger optischer Filter 208, der einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Abschnitts 168a ist, darin oberhalb des Einsatzes 206 angebracht. Der optische Filter 208 ist vorzugsweise ein roter Schott-Glas-Bandsperrfilter, der eigentlich nur optische Strahlung mit einer Wellenlänge von annähernd über 630 Nanometern durchläßt.
Ein zylindrischer Detektorbehälter 210, der einen Innendurchmesser aufweist, der größer als der Innendurchmesser des Abschnitts 168a und konzentrisch mit dem Abschnitt 168a ist, wird vorzugsweise um das obere Ende des Abschnitts 168a ausgebildet. Ein ringformiges Öffnungselement 212, das einen Außendurchmesser aufweist, der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Detektorbehälters 210 ist, wird, die optischen Filtermittel 208 überlagernd, darin angebracht. Die optische Detektorvorrichtung 164 erstreckt sich innerhalb des Detektorbehälters 210, wobei ihre optische Aktivfläche dem Öffnungselement 212 gegenüberliegt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die optische Detektorvorrichtung 164 unmittelbar an einer gedruckten Schaltung (nicht gezeigt) angebracht, die über dem Detektorbehälter 210 liegt.
Die durch den Innendurchmesser des ringförmigen Öffnungselements 212 gebildete kreisförmige Öffnung ist vorzugsweise mit der Reflexionsbohrung 168 und dem Detektorbehälter 210 konzentrisch. Der Durchmesser der Öffnung bestimmt die Größe des Bereichs einer Teststelle 84, aus der reflektierte optische Strahlung zum optisch aktiven Bereich der optischen Detektorvorrichtung 164 eingeführt wird. Vorzugsweise ist die Öffnung so gewählt, daß sie einen Durchmesser hat, der etwas größer als der des optischen Strahls ist, der auf die Teststelle auftritt, um für eine etwas größere Schärfentiefe zu sorgen. Dieses Merkmal verringert vorteilhaft die Empfindlichkeit des optischen Detektor-Ausgabesignals, um Veränderungen im senkrechten Abstand zwischen den verschiedenen Teststellen und dem optischen Lesegerät 32 zu verkleinern. Zusätzlich wird der Durchmesser der Öffnung vorzugsweise lieber gewählt, um der reflektierten optischen Strahlung zu erlauben; im wesentlichen auf die gesamte optischempfindliche Fläche der optischen Detektorvorrichtung 164 aufzutreffen, damit der Ausgabesignalpegel der optischen Detektorvorrichtung 164 maximiert wird.
Es ist möglich, daß die Wand 88, wenn das optische Lesegerät 32 mit der Reflexionsbohrung 168 über einer Teststelle 84 positioniert wird, die an die Behälterwand 88 eines Trägers 80 angrenzend angebracht ist, den aus der Beleuchtungsbohrung 166 ausgestrahlten optischen Strahl einschließen und nachteilig das Lesen der Teststelle beeinflussen kann. Diese Möglichkeit kann verhindert werden, indem die Beleuchtungsbohrung 166 um ein paar Grad radial aus der Reflexionsbohrung 163 in Richtung des freien Endes des optischen Lesearms versetzt wird. Beispielsweise wurde in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform, unter Voraussetzung einer senkrechten Wand 88, die ein Ausmaß von annähernd 12,7 mm (.5 Zoll) hat, eine senkrechte Nennabmessung des unteren Teils des Lesekopfes 155 von annähernd 12,192 mm (.48 Zoll) in bezug auf die Oberfläche einer Teststelle 84, die an die Wand angrenzt, und ein Nennwinkel von 30 Grad zwischen der Beleuchtungs- und der Reflexionsbohrung des Lesegeräts und eine Versetzung von annähernd 10.5 Grad als geeignet befunden, um die Okklusion des Strahls zu vermeiden.
Um die Höhen-abhängigen Ausgabesignalunterschiede zu minimieren, ist das optische Lesegerät 32 vorzugsweise derart aufgebaut, daß die Detektoröffnung 212 am Tangentenschnittpunkt 201 der optischen Achse zweier Lichtpfade defokussiert wird. Aus unten beschriebenen Gründen liegt die bevorzugte Zielebene des optischen Lesegeräts 32 über dem Tangentenschnittpunkt 201, wobei das Beleuchtungsfeld des optischen Strahls in Richtung der Beleuchtungsseite des optischen Lesegeräts 32 versetzt ist.
Der Sammelwirkungsgrad der optischen Instrumente des Detektors wird gesteigert, indem die Zielebene in Richtung des optischen Lesegeräts 32 aus dem Tangentenschnittpunkt 201 angehoben wird. Gibt man das senkrechte Ausmaß und den Winkelwert der oberen beispielhaften Anordnung, liegt der beste Brennpunkt der Detektoröffnung 212 annähernd 6,096 mm (0.240 Zoll) über dem Tangentenschnittpunkt 201. Jedoch bewegt sich, während die Zielebene in Richtung des optischen Lesegeräts 32 angehoben wird, das Beleuchtungsfeld des aus der Beleuchtungsbohrung 166 ausgestrahlten optischen Strahls in Richtung der Beleuchtungsseite des Lesegeräts 32, wobei das beleuchtete Ziel aus dem Bereich maximaler Empfindlichkeit der optischen Instrumente des Detektors wegbewegt wird. Während sich die Zielebene dem optischen Lesegerät 32 nähert, fällt das Beleuchtungsfeld an einem Punkt aus dem erfaßbaren Bereich und das Detektor-Ausgabesignal schwächt ab. Der Punkt des stärksten Signals ist der Bereich der geringsten Empfindlichkeit in bezug auf die Höhe des Ziels. In der oben gegebenen beispielhaften Anordnung liegt der Punkt des stärksten Signals annähernd 0,762 mm (0.030 Zoll) über dem Tangentenschnittpunkt 201.
Bei der Verwendung des optischen Lesegeräts 32 wird der mit einem Gewinde versehene Verschluß 194 vorzugsweise verwendet, um den Abstand zwischen der optischen Quelle 162 und dem Linsenmittel 172 zu justieren, um einen Strahl optischer Strahlung an dem Schnittpunkt der Achsen der Beleuchtungs- und Reflexionsbohrung 166 und 168 bereitzustellen, die einen Durchmesser von annähernd 0,762 mm (.03 Zoll) haben.
Das Linsenmittel 202 in der Reflexionsbohrung 168 bündelt die optische Strahlung, die durch die Lichtstreufläche der Teststelle 84, die neben der Reflexionsbohrung liegt, in einer im wesentlichen senkrechten Richtung reflektiert wird, und projiziert sie - vorzugsweise leicht defokussiert - auf die Oberfläche des optischen Filtermittels 208. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das eine Öffnungselement 212 mit einem Innendurchmesser von annähernd 2,413 mm (.095 Zoll) bereitgestellt, so daß die optische Strahlung aus einem Bereich, der etwas größer als der Bereich der Teststelle ist, auf die der optische Strahl auftrifft, zum lichtempfindlichen Bereich der optischen Detektorvorrichtung 164 gesendet wird.
Auf die Fig. 13 Bezug nehmend, wird eine detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform einer Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung für das optische Lesegerät 32 bereitgestellt. Bevorzugte Komponenten und Komponentenwerte der Schaltung sind wie veranschaulicht.
Anfänglich sollte angemerkt werden, daß die bevorzugte Schaltung in einer gewöhnlichen gedruckten Schaltung enthalten sein kann, indem gewöhnliche gedruckte Schalt-Herstellungsverfahren verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die gedruckte Schaltung so gebildet, daß sie in den optischen Lesearm 35 paßt und durch herkömmliche Anbringungsmittel in einem Hohlraum 215 angebracht werden kann, der sich in den Lesekopf 155 über dem Reflektometer 160 (Fig. 12) erstreckt. In dieser Ausführungsform wird das obere Ende des optischen Lesearms 35 vorzugsweise als entfernbarer Deckel 217 bereitgestellt, der durch Schrauben oder ähnliches gesichert ist, um für den Zugriff auf die gedruckte Schaltung und das Reflektometer 160 zu sorgen.
Die gegenwärtig bevorzugte optische Lesegerät-Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung 225 umfaßt eine Vorrichtung zur Umwandlung eines analogen Ausgabesignals der optischen Detektorvorrichtung 164 - das in einem unmittelbaren Bezug zur Intensität der optischen Strahlung steht, die von einer Teststelle 84 oder einem anderen optischen Ziel reflektiert wird - in ein digitales Signal zur weiteren Verarbeitung. Die bevorzugte Schaltung umfaßt auch Mittel zur Steuerung des Treibersignals der LED 162, um ihre Ausgabeintensität zu steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform, die detaillierter unten beschrieben wird, ist dieses Merkmal nützlich, um Unterschiede in der Ausgabeintensität auszugleichen, die aufgrund von Temperaturveränderungen auftreten.
Speziell wird in der bevorzugten Schaltung 225 die Analogsignalausgabe der optischen Detektorvorrichtung 164 an die Signaleingabe VIN des A/D-Wandlers 220 geleitet. Der A/D-Wandler 220 ist vorzugsweise vom Spannung-zu-Frequenz-Typ-Wandler, aber andere Typen von A/D-Wandlern können, falls erwünscht, ebenfalls verwendet werden. Der A/D-Wandler 220 tastet den momentanen Pegel des optischen Detektor-Analogausgabesignals ab, das an der VIN Signaleingabe bei einer durch das Taktsignal CLK IN bestimmten Rate vorliegt. Vorzugsweise weist das CLK IN-Signal, das durch einen Quarzoszillator oder einer anderen bekannten Taktsignal-Generatorvorrichtung bereitgestellt wird, eine Nennfrequenz von annähernd 2MHz.
Der A/D-Wandler 220 erzeugt Ausgabesignale an der FOUT- Signalausgabe, die eine digitale Pulsfolge umfassen, die eine Frequenz haben, die zum abgetasteten Pegel des Analogsignals an der VIN-Eingabe in einem linearen Bezug stehen.
Die FOUT-Signalausgabe ist mit der Trigger- oder Taktsignaleingabe TRIG eines Zählermittels 222 verbunden, das geeigneterweise ein herkömmlicher 16-Bit Zähler ist. Der Zähler 222 wird durch einen Mikroprozessor 315 (Fig. 15), der detaillierter unten beschrieben wird, mittels eines Zähler- Freigabesignals COUNT ENAB und eines Zähler-Rücksetzsignals COUNT RESET gesteuert. Das COUNT ENAB-Signal wird am Zähler- Freigabeeingang ENAB zur Verfügung gestellt und das COUNT RESET- Signal wird am Zähler-Rücksetzeingang RST des Zählers 222 zur Verfügung gestellt.
In der bevorzugten Ausführungsform wird das COUNT ENAB- Signal verwendet, um eine Integrationsdauer zu bestimmen, in der der Zähler 222 die durch den A/D-Wandler 220 erzeugten Digitalimpulse zählt. Das COUNT ENAB-Signal kann durch herkömmliche Vorrichtungen wie einem monostabilen Multivibrator erzeugt werden. Jedoch wird für eine zusätzliche Flexibilität die Verwendung eines programmierbaren Intervalltimers (PIT) 344 (Fig. 15) bevorzugt. Solchermaßen ist in einer bevorzugten Ausführungsform der PIT 344 programmiert, um ein durch einen Mikroprozessor 315 ausgewähltes Intervall abzuzählen; der dann das COUNT ENAB-Signal setzt, um den Zähler 222 freizugeben. Wenn der PIT 344 aussetzt, reagiert der Mikroprozessor 315, indem er das COUNT ENAB-Signal neu setzt, um die weitere Zählung durch den Zähler 222 zu verhindern. Durch die Auswahl eines Integrationsintervalls, das größer als die Abtastdauer des A/D- Wandlers 220 ist, arbeitet der Zähler 222, um das optische Detektor-Ausgabesignal über die Zeit zu integrieren und durch die Auswirkung von parasitären Hochfrequenz-Rauschkomponenten herabzusetzen. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird ein Integrationsintervall von annähernd 25 Millisekunden bevorzugt.
Jedes Integrationsintervall entspricht einem optischen Lesevorgang. Nach Beendigung eines Integrationsintervalls liest der Mikroprozessor 315 den letzten Zählwert der Zähler-Ausgaben DO-D15 ab. Die Zählwerte stellen die Intensität der optischen Strahlung dar, die von der Oberfläche einer Teststelle 84 oder eines anderen optischen Ziels reflektiert wird, das während des ausgewählten Zeitintervalls integriert wird. Vor dem Starten eines jeden nachfolgenden Integrationsintervalls erzeugt der Mikroprozessor 315 das COUNT RESET-Signal, um die Zähler-Ausgaben DO-D15 zurückzusetzen.
Wie zuvor erwähnt, wird in einer gegenwartig bevorzugten Ausführungsform eine Hochintensitäts-LED als das optische Quellenmittel 162 verwendet. Um zu verhindern, daß Temperaturunterschiede in der LED Veränderungen in der Ausgabeintensität der LED bewirken, was wiederum nachteilig die Genauigkeit des optischen Lesevorgangs beeinflussen würde, umfaßt eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltung 225 ein Temperaturfühlermittel 226 und ein LED-Treiber-Steuermittel 224, das daraufreagiert. Das Temperaturfühlermittel 226 ist ge-eigneterweise ein Thermistor oder eine ähnliche Vorrichtung, der ein Signal erzeugt, dessen Wert in bezug zur Umgebungstemperatur steht. Vorzugsweise ist das Temperaturfühlermittel 226 so nah wie möglich an der LED angebracht. Beispielsweise auf die Fig. 12 Bezug nehmend, kann das Temperaturfühlermittel 226 in einem Hohlraum 183 des optischen Lesekopfes 155 unmittelbar hinter der LED angebracht sein. Obwohl in Fig. 13 nicht veranschaulicht, um die Verdoppelung zu vermeiden, werden ein A/D-Wandler und ein Zähler, die identisch mit dem A/D-Wandler 220 und dem Zähler 222 sind, vorzugsweise bereitgestellt, um das durch das Temperaturfühlermittel 226 erzeugte Analogsignal in einen digitalen Zählwert umzuwandeln, der durch den Mikroprozessor 315 gelesen werden kann. Das LED- Treiber-Steuermittel 224 umfaßt vorzugsweise eine Spannungsgesteuerte variable Impedanz - wie eine Transistorvorrichtung, die einen Kollektor aufweist, der mit der Kathode der LED 162 verbunden ist, und einen Emitter, der geerdet ist. Der Pegel eines LED-Treiber-Steuersignals LED CONTROL bestimmt den Basisstrom der Transistorvorrichtung, der wiederum den Impedanzwert des Kollektor-Emitterpfads der Transistorvorrichtung bestimmt, die mit der LED 162 in Reihe geschaltet ist. Alternativ können andere steuerbare variable Pegel-Impedanzvorrichtungen verwendet werden.
In dieser Ausführungsform liest der Mikroprozessor 315 vor dem Starten eines jeden Integrationsintervalls und der Durchführung eines optischen Lesvorgangs den Digitalwert, der die Temperatur der LED darstellt. Eine Tabelle von digitalen Eingabewerten für einen D/A-Wandler 342 (Fig. 15), die LED- Analog-Betriebsströmen entsprechen, die notwendig sind, um die Ausgabeintensität der LED bei einem vorbestimmten konstanten Pegel bei unterschiedlichen Temperaturen beizubehalten, ist empirisch vorbestimmt und in einem Speicher wie einem RAM 334 (Fig. 15) gespeichert. Der Mikroprozessor 315 verwendet den gemessenen digitalen Temperaturwert als einen Index für die Tabelle, lädt den geeigneten digitalen D/A-Eingabewert und gibt ihn an den D/A-Wandler 342 ab. Der D/A-Wandler 342 wiederum erzeugt ein entsprechendes analoges LED-Treiber-Steuersignal LED CONTROL, das an das LED-Treiber-Steuermittel 224 abgegeben wird. Das LED-Treiber-Steuermittel 224 reagiert auf ein LED CONTROL- Signal, um den Betriebsstrom zu steuern, der durch die LED fließen darf, und um dadurch die gewünschte Ausgabeintensität der LED in einem bestimmten Temperaturbereich zu halten.
In einer zweiten bevorzugteren Ausführungsform verwendet der Mikroprozessor 315 einen vorbestimmten Temperatur-Ausgleichsfaktor, um optisch gelesene Reflexions-Intensitätswerte in bezug auf Veränderungen der gemessenen Temperatur von einer vorbestimmten Bezugstemperatur von beispielsweie 35 Grad Celsius auszugleichen. In dieser bevorzugteren Annäherung verwendet der Mikroprozessor 315 einen vorbestimmten Digitalwert, der einer gewünschten Ausgabeintensität der LED 162 an den D/A-Wandler 342 entspricht. Obwohl der D/A-Wandler für die Flexibilität sorgt, um den Betriebsstrorn, falls notig oder erwünscht, durch eine einfache Veränderung des digitalen Eingabewerts zu ändern, ist es unnotig, den Wert in Zusammenhang mit Temperaturänderungen zu verändern, da die Reflektions-Intensitätslesvorgänge unmittelbar für die Temperaturveränderung kompensiert werden.
Bevor detailliert beschrieben wird, wie der Temperaturausgleichsfaktor in der bevorzugteren Ausführungsform berechnet wird, wird die Aufmerksamkeit auf die Fig. 10 gelenkt, worin die optische Bezugsvorrichtung 70 veranschaulicht wird. Die optische Bezugsvorrichtung 70 sorgt für einen weißen optischen Bezug, der als gemeinsamer Standard verwendet wird, gegenüber dem die Reflexionsintensitätslesevorgänge normiert werden, die aus den Teststellen 84 auf den verschiedenen Reaktionsträgern 80 vorgenommen werden. Vorzugsweise umfaßt die optische Bezugsvorrichtung 70 einen gestanzten Stahlpfosten, der ein flaches oberes Ende aufweist. Eine Keramikmischung, die einen vorgewählten optischen "Weißwert" aufweist, wird vorzugsweise auf das obere Ende des Pfostens aufgetragen und dann gebrannt. Beispielsweise wird derzeit ein weißes Keramik-Endstück, das der weißen Bezugsprobe Nr. 1 gemäß dem National Bureau of Standards entspricht, bevorzugt verwendet. Jedoch sollte beachtet werden, daß die Keramik einen willkürlich ausgesuchten weißen Bezugswert definiert, und daß deshalb auch andere weiße Standards verwendet werden können. Der Pfosten ist vorzugsweise so an einer Stelle des Analysators 10 angebracht, die den gekrümmten Pfad des optischen Lesegeräts 32 schneidet, so daß die Reflexionsbohrung 168 des Reflektometers 160 unmittelbar über dem oberen Ende der Keramik positioniert werden kann. Der Pfosten selbst ist vorzugsweise auf solche Art und Weise angebracht, um senkrecht einstellbar zu sein, so daß der senkrechte Abstand zwischen dem optischen Lesegerät 32 und der Oberfläche der Keramik eingestellt werden kann, um den senkrechten Abstand zwischen dem Lesekopf 155 und der Oberfläche der Teststellen 84 auf den Reaktionsträgern 80 anzugleichen. Beispielsweise kann der Pfosten an seiner unteren Hälfte gewindet sein und in eine entsprechende gewindete Aufnahmebohrung im Analysator 10 geschraubt werden.
Ein Deckel 72 wird vorzugsweise ebenfalls am Analysator 10 angebracht und vorzugsweise positioniert und geformt, um auf der optischen Bezugsvorrichtung 70 zu liegen. Der Deckel 72 ist ausgebildet, um davor zu schützen, daß sich Staubpartikel oder andere Schutt-Teile auf der Keramikfläche der Bezugsvorrichtung ansammeln und die Lichtreflexion der keramischen Oberfläche verändern. Der Deckel 72 ist vorzugsweise drehbar in einer normalerweise geschlossenen Stellung angebracht und vorgespannt Entsprechende Zungen (nicht gezeigt) können auf dem Deckel 72 und dem Auslegerarm 30 bereitgestellt werden, so daß, wenn das optische Lesegerät 32 in die Stellung gedreht wird, um die optischen Bezugsvorrichtung 70 zu lesen, die Zungen mit dem Deckel 72 im Eingriff stehen und ihn drehen, um die Keramikfläche zu exponieren. Wenn sich der Auslegerarm 30 aus der Bezugsvorrichtung 70 wegdreht, kehrt der Deckel 72 vorzugsweise in seine normalerweise geschlossene Stellung zurück.
Beschreibt man jetzt detailliert das bevorzugte Verfahren zum Berechnen des Temperaturausgleichfaktors, wird anfänglich angemerkt, daß empirisch bestimmt wurde, daß die Ausgabeintensität der LED 162 in der momentan bevorzugten Ausführungsform im wesentlichen linear zu Temperaturunterschieden über einen erwarteten Höchsttemperaturbereich von annähernd 30º-40º C variiert. Entsprechend kann eine lineare Gleichung, die die LED-Ausgabeintensität in bezug auf die Temperatur betrifft, hergeleitet werden.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herleitung der Gleichung schließt eine erste Positionierung des optischen Lesegeräts 32 über die Bezugsvorrichtung 70, die Vornahme eines Dunkel- Reflexionsintensitätslesevorgangs in Zusammenhang mit der LED und die Speicherung des Lesevorgangs ein. Als nächstes wird die Temperatur in der Bearbeitungskammer 11 über den erwarteten Bereich der Temperaturwerte zyklisch durchlaufen und eine Vielzahl von Reflexionsintensitätslesevorgängen werden über den gesamten Temperaturbereich von der Bezugsvorrichtung 70 vorgenommen. Jedesmal wenn ein Lesevorgang vorgenommen wird, wird die Temperatur gemessen. Jede Reflexionsintensitätslesung wird korrigiert, indem der gespeicherte Dunkel-Reflexionsintensitäts- Lesewert subtrahiert wird, um die Komponenten aufgrund der Gegenwart umgebender Strahlung zu entfernen. Die entsprechende gemessene Temperatur und Netto-Reflexionsintensitäts-Datenpaare werden daraufhin gespeichert. Dieses Verfahren wird vorzugsweise mindestens zwei weitere Male wiederholt, um einen repräsentativen Datensatz zu erzeugen.
Als nächstes werden die während des Temperaturzyklus erzeugten jeweiligen Datenpaare verarbeitet, indem herkömmliche lineare Regressionsverfahrensweisen verwendet werden, um die Richtungskoeffizienten und die Abfangstellen der am besten passenden linearen Gleichungen zu erhalten, die ein vorhergesagtes Verhältnis zwischen der Reflexionsintensität der bekannten weißen Bezugsvorrichtung 70 und der für jeden Zyklus gemessenen Temperatur definieren. Jede hergeleitete Gleichung wird dann gelost, um einen Netto-Reflexionsintensitätswert bei 35º Celsius zu erhalten, und der Richtungskoeffizientenwert einer jeden Gleichung wird auf 35º normiert, indem der Richtungskoeffizientenwert durch den vorhergesagten Netto-Intensitätswert bei 35º geteilt wird. Von den normierten Richtungskoeffizientenwerten wird dann der Durchschnitt genommen und der Durchschnitts-Richtungskoeffizientenwert, der in Zähleinheiten pro Grad ausgedrückt wird, als der Temperaturausgleichsfaktor gespeichert.
In einer dritten Ausführungsform, die noch bevorzugter ist, wird der Thermistor 226 der ersten Ausführungsform durch einen zweiten optischen Detektor (nicht gezeigt) ersetzt. In dieser Ausführungsform wird der zweite optische Detektor unmittelbar hinter der LED 162 angebracht und erzeugt ein Analogsignal einer Größe, die unmittelbar im Zusammenhang zur Intensität der optischen Strahlung steht, die aus der LED 162 rückgestreut wird. Jedesmal wenn ein optischer Lesevorgang stattfindet, werden die Signale aus dem ersten und dem zweiten optischen Detektor umgewandelt und während desselben Integrationsintervalls integriert. Dann verarbeitet der Mikroprozessor die zwei Zählwerte, um das Verhältnis der gemessenen Reflexionsintensität zur Rückstreu-Intensität zu bilden und danach das Verhältnis als Reflexionsintensitätslesewert zu behandeln. Da beide Lesewerte gleichermaßen von den Ternperaturunterschieden der LED 162 beeinflußt werden, bleibt das Verhältnis konstant und sorgt für einen Temperatur-ausgeglichenen Reflexionsintensitätswert. Weder die Temperaturmessungen noch die zusätzliche Kompensation der Reflexionsintesitätslesungen sind in dieser Ausführungsform nötig.
Die optische Bezugsvorrichtung 70 stellt auch einen Reflexions-Bezugs-Grauwert, d.h. Schwärzungzwert, zur Verfügung, der vorteilhaft verwendet wird, um die Reflexions-Grauwerte zu eichen oder normieren, die von den Reflexionsintensitätslesungen der verschiedenen Teststellen 84 auf den verschiedenen Reaktionsträgern hergeleitet werden, die durch das optische Lesegerät 32 durchgeführt werden. Der Reflexions-Bezugs-Grauwert wird an die optische Bezugsvorrichtung 70 übertragen, indem zunächst der Reflexionsintensiätswert der optischen Bezugsvorrichtung auf die oben detailliert beschriebene Weise gelesen wird. Als nächstes wird der Reflexions-Intensitätswert einer Mehrzahl von optischen Standards gelesen, die bekannte Reflexions-Grauwerte aufweisen. Beispielsweise kann eine gewöhnliche optische Filter-Testkarte, die eine Mehrzahl optischer Filter aufweist, die jeder einen anderen bekannten Reflexions-Grauwert haben, gelesen werden. Eine geeignete Testkarte, die acht optische Filter aufweist, die jeder einen anderen bekannten Reflexions-Grauwert haben, ist von Munsell im Handel erhzltlich.
Jeder der Reflexionsintensitätswerte, die aus der optischen Bezugsvorrichtung 70 und den optischen Standards gelesen werden, wird korrigiert, indem die vormals gespeicherte Dunkel- Reflexionsintensität der optischen Bezugsvorrichtung 70 substrahiert wird. Danach werden alle Netto-Reflexionsintensitätswerte - falls erforderlich - in der vorher beschriebenen Art und Weise äuf 35º C kompensiert bzw. normiert.
Die Temperaturausgleichs-Netto-Reflexionsintensitätswerte und die bekannten Reflexions-Grauwerte für die optischen Standards werden dann verarbeitet, indem gewöhnliche lineare Regressionsverfahrensweisen verwendet werden, um das vorhergesagte Verhältnis zwischen dem Reflexionsgrauwert einer optischen Oberfläche und dem entsprechenden Reflexionsintensitätswert der durch das optische Lesegerät gemessenen Fläche zu bestimmen. Der Temperaturausgleichs-Netto-Reflexionsintensitätswert der optischen Bezugsvorrichtung 70 wird verwendet, um die lineare Regression für den vorhergesagten Reflexions-Grauwert der optischen Bezugsvorrichtung 70 aufzulösen. Dieser Wert wird als Reflexions-Bezugs-Grauwert gekennzeichnet und für die Verwendung in der Normierung aufeinanderfolgend durchgeführten Reflexionsintensitätslesevorgänge der verschiedenen Teststellen 84 gespeichert.
In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform wird der Reflexionsintensitätswert, der durch das optische Lesegerät 32 aus jeder Teststelle 84 gelesen wird, in einen entsprechenden Schwärzungswert umgewandelt. Wie zuvor erwähnt, kann sich der Schwärzungswert einer Teststelle 84 unmittelbar auf die Größe der Bindungsreaktion zwischen einem darauf verteilten Fangreagens und einer entsprechenden Assay-bindende Komponente von Interesse in der geprüften Probe beziehen, die spezifisch in bezug auf das Fangreagens ist. Das wiederum zeigt den Grad allergischer Empfindlichkeit des Patienten auf die spezifisch bindende Komponente, worin beispielsweise das Fangreagens ein vorgewähltes Allergen und die bindende Komponente ein dafür spezifischer menschlicher Antikörper der IgE-Klasse ist.
Der für jede Teststelle 84 bestimmte Schwärzungswert kann unmittelbar als Ergebnis des mit der Stelle verbundenen Assays aufgezeichnet werden. Jedoch wurde entdeckt, daß verschiedene Antikörper der IgE-Klasse - sogar wenn sie dieselben Konzentrationen aufweisen - verschiedene Ausmaße allergischer Empfindlichkeit bei Patienten erzeugen, die in Kontakt zu den Allergenen gebracht wurden, für die die Antikörper spezifisch sind. Solchermaßen werden in einer bevorzugten Ausführungsform die Schwärzungswerte in einen fünf Stufen umfassenden Klassen-Ergebnisbereich von 0, was keine allergische Empfindlichkeit, bis 4, was eine hohe allergische Empfindlichkeit darstellt, umgewandelt. Das Fünf-Stufen-Ergebnissystem erlaubt, daß die Testergebnisse in einem einheitlichen Format aufgezeichnet werden. Jedes Klassenergebnis entspricht vorzugsweise einem vorbestimmten Bereich von Schwärzungswerten, die jedoch für die verschiedenen Assays unterschiedlich sein können. Um für Einheitlichkeit zu sorgen und Genauigkeit zu sichern, werden die Klassenergebnisse und die jeweiligen Bereiche von optischen Schwärzungswerten für jedes Assay mit den Ergebnissen derselben allergischen Tests in Wechselbeziehung gebracht, indem bekannte Verfahrensweisen wie Hauteinstich und/oder RAST-Testen verwendet werden.

EICHDATENSYSTEM

Zusätzlich zu den oben beschriebenen Vorrichtungen zur Bereitstellung des Temperaturausgleichs, der optischen Eichung und der Umwandlung der Reflexionsintensitätswerte, werden in einer bevorzugten Ausführungsvorrichtung Mittel vorgesehen, um Assayeichdaten bereitzustellen, die verwendet werden, um die Assayergebnisse aus verschiedenen Teststellen auf verschiedenen Reaktionsträgern in bezug auf gemeinsame vorbestimmte Standardwerte zu eichen oder normieren.
Der Wunsch zur Bereitstellung der Assayeichdaten erwächst aus der Tatsache, daß die Allergene oder andere Assay-bindende Komponenten, die während der Herstellung der Reaktionsträger an getrennte Teststellen gebunden sind, notwendigerweise in Chargen mit beschränkten Volumen hergestellt werden. Da keine Charge mit genau der gleichen Konzentration einer spezifisch bindenden Komponente wie irgendeine andere Charge derselben bindenden Komponente vorbereitet werden kahn, können verschiedene Teststellen, die mit derselben vorgewählten bindenden Komponente aus verschiedenen Chargen gebunden sind, unterschiedliche Assay- Ergebnisse für dieselbe Probe erzeugen.
Chargenspezifische Assayeichdaten, die für jede unterschiedliche Charge bereitgestellt werden, stellen eine Vorrichtung zur Normierung der Assayergebnisse bereit, die in bezug auf einen oder mehrere vorbestimmte gemeinsame Standardwerte mit getrennten Teststellen auf einer Mehrzahl von Reaktionsträgern verbunden sind. Als ein Ergebnis erscheinen die Charge-zu-Charge-Unterschiede nicht in den Assayergebnissen, da alle Assayergebnisse aus allen Teststellen auf einen oder mehrere gemeinsame Standards normiert werden.
Auf die Fig. 14 Bezug nehmend, werden in einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform vorbestimmte Assayeichdaten 300 - vorzugsweise in einem Maschinen-ablesbaren Format - für jede Charge von Assay-bindenden Komponenten oder Fangreagenzien zur Verfügung gestellt. Die Assayeichdaten 300 können in jedem geeigneten Format und auf jedes geeignete Datenquellenmedium - beispielsweise einschließlich eines magnetischen Bandes oder gestanzten Papierbandes oder -mediums - bereitgestellt werden. Ein optisches Strichcodeformat wird gegenwärtig bevorzugt, und insbesondere ein optischer Strichcode in einem auf dem technischen Gebiet der Erfinding als ASCII 3 aus 9 bekannten Format. In der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform werden die Assayeichdaten 300 auf einem Blatt Papier bereitgestellt.
Die Assayeichdaten 300 können sowohl die maschinenlesbare als auch vom Menschen ablesbare, falls erwünscht, vermischte Information umfassen. Die vom Menschen lesbare Information kann ziemlich von Nutzen sein, um beispielsweise einem Techniker oder einem anderen Benutzer bei der Festlegung zu helfen, welcher Charge von Assays oder welchem Panel von Assays die Eichdaten 300 entsprechen, bevor die Daten in den Analysator 10 eingeben werden. Eine entsprechende Chargennummer in vom Menschen lesbarer Form wird vorzugsweise ebenso an jedem Reaktionsträger (siehe Fig. 5) bereitgestellt, um dem Benutzer bei der Auswahl geeigneter Eichdaten 300 für jede Charge zu helfen, bevor ein Testzyklus gestartet wird.
Alternativ können die Assayeichdaten 300 in einem vorn Menschen lesbaren Format bereitgestellt werden, wenn manuelle Dateneingabemitt el, wie beispielsweise eine Tastatur, verfügbar sind. Dies ist eine weniger bevorzugte Alternative, da, wie unten offensichtlich werden wird, dann eine große Menge von Eichdaten manuell eingegeben werden muß, was sowohl die Zeit und die Kosten des Handanlegebetriebs, der mit den Tests verbunden ist, als auch das Fehlerrisiko erhöht.
Der maschinenlesbare Abschnitt der Eichdaten umfaßt vorzugsweise mindestens die Eichdaten 300 und den Code für eine Charge, der die Eichdaten 300 entsprechen. Wenn verschiedene Panele von Assays auf Reaktionsträgern 80 verfügbar sind, die hergestellt werden, indem Fangreagenzien aus denselben Chargen verwendet werden, wird vorzugsweise auch ein Panel- Kennzeichnungscode als Teil des Codes der Chargen verwendet.
Es handelt sich um ein bedeutendes Merkmal, daß die Eichdaten 300 dann festgelegt werden, wenn die Reaktionsträger hergestellt werden, so daß es für einen Techniker oder anderen Benutzer unnötig ist, vor dem Starten eines Testzyklus Standardoder Eichvorrichtungen zu durchlaufen. Die Eichdaten werden vorzugsweise erzeugt, indem aus jeder Charge eines Fangreagens eine Probe verwendet wird, um ein oder mehrere Standardmuster zu prüfen, die alle einen bekannten Konzentrationswert einer zweiten Assay-bindenden Komponente aufweisen, der in bezug auf das Fangreagens spezifisch ist.
Wie gegenwärtig bevorzugt, wird jede Fangreagenzienprobe verwendet, um eine Charge von Standardlösungen zu prüfen, die alle einen unterschiedlich bekannten Konzentrationswert einer Probenassay-bindenden Komponente aufweisen, der für das Fangreagens spezifisch ist. Die Assayergebnisse und die bekannten Konzentrationen der geprüften Lösungen werden verarbeitet, indem herkömmliche Fehlerguadrat-Regressionsmethoden verwendet werden, um die Richtungskoeffizienten- und Abfangwerte für eine 4-Punkt-lineare Eichkurve für jede Charge des Fangreagens zu erhalten. Für Fachmänner auf dem Gebiet wird es offensichtlich sein, daß abhängig vom benötigten Genauigkeitsgrad oder der Art der Eichkurve mehrere oder wenigere Standardlösungen geprüft werden können.
Wie oben erwähnt, sollte es jetzt auch ersichtlich sein, warum die manuelle Eingabe der Eichdaten nicht bevorzugt wird. Beispielsweise müßten bei einem gegebenen Panel von 50 Teststellen, die alle mit einem anderen Fangreagens gebunden sind, und fünf Standardlösungen, 250 individuelle Datenfelder von Eichdaten manuell eingegeben werden. Die Anzahl der für einen vorgegebenen Testzyklus eingegebenen Datenfelder würde des weiteren durch die Anzahl von Reaktionsträgern multipliziert werden, die hergestellt werden, indem Fangreagenzien aus unterschiedlichen Chargen verwendet werden.
Vorzugsweise werden herkömmliche Lesemittel 306 für optische Codes und Verarbeitungsmittel 308 für optische Codes bereitgestellt, um die Eichdaten 300 für jede Charge aus jedem Bogen 302 einzugeben. Spezifischer können eine Verarbeitungsschaltung für optische Codes, die durch Hewlett- Packard Co. als Modell Nr.HBCR-1800 verkauft wird, und jeder im Handel erhältliche Strichcode mit Handlesekopf verwendet werden, der damit kompatibel ist. Das Verarbeitungsmitt el 308 für optische Codes kann vorzugsweise durch jedes geeignete Mittel, beispielsweise durch einen herkömmlichen Peripherie-Schnittstellen-Adapter (PIA), mit dem Mikroprozessor 315 verbunden werden.
Der Mikroprozessor 315 wiederum kommuniziert auf eine bekannte Art und Weise mit einem Datenspeichermittel 310, das geeigneterweise ein gewöhnlicher RAM-Speicher wie beispielsweise der RAM 334 (Fig. 15) ist. In einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform speichert der Mikroprozessor 315 die Eichdaten für jede Charge in einem verfügbaren Bereich 314 von Datenspeichermitteln 310, die für solche Daten reserviert sind, und speichert die Ausgangsspeicherstelle zusammen mit dem Chargencode und dem Panelcode, falls vorhanden, der Eichdaten in einer getrennten Verweistabelle 312 entweder in die Datenspeichermittel 310 oder - falls erwünscht - in andere Speichermittel. Wie in Fig. 14 gezeigt, werden z.B. drei Sätze von Eichdaten, die jeder einer unterschiedlichen Charge von Fangreagenzien entsprechen, zusammen mit dem jeweiligen Chargencode und der Ausgangsspeicherstelle (in Hexadezimal) für jeden Satz in den Datenspeichermitteln gespeichert gezeigt.
Wie zuvor erwähnt, werden vorzugsweise Codierungsmittel 94 auf jedem Reaktionsträger 80 bereitgestellt, die dem Techniker oder einem anderen Benutzer übergeben werden, um ein Probenpanel durchzuführen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen alle Codierungsmittel - neben anderen Informationsnachrichten - einen Code 318, der die Charge kennzeichnet, aus der die Fangreagenzieh, die an die Teststellen 84 der Träger gebunden sind, herstammen. Zusätzlich umfaßt der Code 318, wenn mehrere Träger verfügbar sind, die verschiedene vorgewählte Probenpanele enthalten und unter Verwendung von Fangreagenzien aus derselben Charge hergestellt sind, einen Panel-kennzeichnenden Code.
Für die Zwecke dieses Erfindungsmerkmals können die Codierungsmittel 94 jedes geeignete Format annehmen und auf allen geeigneten Datenguellenmedien vorhanden sein. Jedoch wird bevorzugt, daß die Codierungsmittel 94 maschinenlesbar sind, und es wird noch stärker bevorzugt, daß die Codierungsmitt el 94 in einem optischen Strichcodeformat vorliegen. Zusätzlich ist es, obwohl das Codierungsmitt el vorzugsweise auf die Reaktionsträger 80 in der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform aufgetragen wird, verständlich, daß die Codierungsmittel auch an andere Mittel angelegt werden könnten, die zur Durchführung von Proben in unterschiedlichen Anordnungen verwendet werden. Ohne Einschränkung könnten andere Mittel verschiedene Flüssigkeitsbehälter, Reaktionsträger oder Träger, Festphasen-Testsubstrate oder ähnliches enthalten.
Im Betrieb, vor dem Starten eines Testzyklus, pruft der Benutzer vorzugsweise die zu verwendenden Reaktionsträger und notiert die Chargennummern. Der Benutzer erhält dann die Eichdatenbögen 302, die die entsprechenden Chargennummern aufweisen, und verwendet die Lichtcode-Lesegerätmittel 306, um die Eichdaten aus den Bögen in den Analysator 10 einzugeben, wo sie, wie oben beschrieben, gespeichert werden.
Während des Betriebs des anschließenden Testzyklus verwendet der Analysator 10 vorzugsweise ein zweites Lesegerät 316 für optische Codes, um automatisch die Codierungsmittel 94 auf jedem Reaktionsträger 80 zu lesen. Geeignete Lesegeräte für optische Codes sind aus zahlreichen Quellen im Handel erhältlich. Alternativ könnten die optischen Lesegerätmittel 32 verwendet werden, um die Codierungsmittel zu lesen - falls erwünscht. Weniger bevorzugt können die Codierungsmittel 94 manuell von den Trägern 80 gelesen werden, indem die Lesegerätmittel 306 für optische Codes oder andere manuellmanipulierte Code-Lesegerätmittel verwendet oder manuell eingegeben werden, indem die Tastatur verwendet wird.
Der Mikroprozessor 315 speichert den Chargen- und den Panelcode - falls vorhanden - der von jedem Träger 80 zusammen mit der Stellung des Trägers 80 auf dem Karussell 18 in einen Speicher 334 eingegeben wird. Am Ende des Testzyklus - sobald das optische Lesegerät 32 die Assayergebnisse aus den Teststellen 84 auf jedem Träger 80 ausliest - liest der Mikroprozessor 315 den chargencode für jeden Träger 80 aus und vergleicht ihn mit den zuvor in der Tabelle 312 gespeicherten Chargencodes. Wenn eine Übereinstimmung gefunden wird, verwendet der Mikroprozessor die entsprechende Ausgangsspeicherstelle in der Tabelle 312, um die aktuellen Eichdaten 300 aus dem Speicherbereich 314 zurückzuholen. Der Mikroprozessor 315 verwendet dann die Eichdaten 300, um die Assayerge bnisse für jede Teststelle 84 zu normieren, die in der vorher beschriebenen Weise bestimmt wird, indem ein Regressions-Analyseverfahren auf eine den Fachleuten auf dem Gebiet bekannte Art und Weise verwendet wird. Natürlich können - falls erwünscht - anstelle dieses andere bekannte Normierungsverfahren verwendet werden.

STEUERARCHITEKTUR DES SYSTEMS

Vorzugsweise werden zentrale Steuermittel bereitgestellt, um die verschiedenen mechanischen und elektrischen Elemente des Analysators 10 auf eine vorbestimmte Weise zu steuern, damit gleichzeitig verschiedene vorgewählte Probenpanele an einer Mehrzahl von biologischen Proben durchgeführt werden. Das Herz der zentralen Steuermittel ist vorzugsweise ein programmierbarer Mikroprozessor 315, der eine Ein/Ausgabesteuerung, Rechen- und Datenverarbeitugsmittel aufweist. Ein Intel 80186-Mikroprozessor wurde als die erwünschten Eigenschaften mitbringend befunden und wird gegenwärtig zur Verwendung als zentrales Steuermittel bevorzugt.
Der Mikroprozessor 315 kommuniziert mit und steuert mittels seines Systembusses die verschiedenen mechanischen und elektrischen Elemente des Analysators 10. Der Systembus 320 umfaßt geeigneterweise einen herkömmlichen Rechnerbus, der eine ausreichende Anzahl von Daten-, E/A-Steuerungs- und Adressleitungen aufweist, um den bevorzugten Mikroprozessor 315 unterzubringen, und stellt eine Schnittstelle für die verschiedenen mechanischen und elektrischen peripheren Einheiten, die den Analysator 10 umfassen, bereit. Die Auswahl, Schnittstellenbildung und der Betrieb des Systembus sind klar innerhalb der Fertigkeiten des durchschnittlichen Fachmanns auf dem technischen Gebiet der Erfindung, weshalb eine weitere detaillierte Beschreibung für ein vollständiges Verständnis der Erfindung unnötig ist.
Programmspeichermittel - vorzugsweise in der Form von PROM 335 - werden bereitgestellt, um ein Steuerungsprogramm zu speichern, das die Befehle enthält, die für den Mikroprozessor 315 notwendig sind, um die verschiedenen elektrischen und mechanischen Elemente des Analysators 10 zu steuern, damit automatisch Assays durchgeführt werden. Das Schreiben eines solchen Programms befindet sich innerhalb der Fertigkeiten der Fachmänner auf dem Gebiet der Erfindung, denen man die Schrittfolge gibt, die für den Mikroprozessor 315 notig ist, um ein beispielhaftes Probenpanel durchzuführen, wie es im Detail unten dargestellt wird. PROM 335 kann jedes im Handel erhältliche PROM sein, das mit dem Systembus 320 und dem bevorzugten Mikroprozessor 315, wie beispielsweise der Intel 27512 und/oder 27010 EPROM's, kompatibel ist.
Eine zusätzliche Datenspeicherung wird vorzugsweise für Systemparameter wie beispielsweise die Standorte der Teststellen 84 in bezug auf die Null-Standort-Bezugskoordinaten, die Assayeichdaten, den Temperaturausgleichfaktor und dergleichen in Form des RAM 334 bereitgestellt. Ein geeigneter RAM wird beispielsweise von Dallas Halbleiter D51235 RAM's zur Verfügung gestellt.
Vorzugsweise ebenfalls mit dem Systembus eine Schnittstelle bildend, sind Tastatur-, Drucker- und Display- Schnittstellen 322, 324 und 326, die jeweils eine Tastatur 328, einen Drucker 330 und ein Display 332 mit dem Mikroprozessor 315 verbinden. Der Drucker 330 ist vorzugsweise ein kompakter Thermodrucker, der verwendet werden kann, um Assayergebnisse auszudrucken, die man im Anschluß an die Beendigung des Testzyklus durch den Analysator 10 erhält. Der Drucker 330 ist geeigneterweise jeder im Handel erhältliche Drucker, der mit dem Mikroprozessor 315 und dem Systembus 320 kompatibel ist. Die Drucker-Schnittstelle 324 ist vorzugsweise eine herkömmliche 'Centronics' parallele Druckerschnittstelle, die unmittelbar mit einem DMA-Kanal (direkten Zugriffskanal) des bevorzugten Intel 80186-Mikroprozessors verbunden ist. Zu druckende Zeichendaten werden vom Mikroprozessorspeicher unmittelbar an die Druckerschnittstelle heruntergeladen, die wiederum ein geeignetes Steuersignal erzeugt, um den Mechanismus des Druckers zu steuern.
Die Tastatur 328, die zuvor in allgemeinen Begriffen beschrieben wurde, ist geeigneterweise ein Matrixen-Schalt- Tastaturtyp. Ein herkömmlicher Matrix-Tastaturdekodierer wie beispielsweise ein 74C923-Dekodierer IC dekodiert vorzugsweise die Stellung jeder gedrückten Taste, um gemäß der Befehle des Mikroprozessor-Steuerungsprogramms zu verfahren.
Das Display 332 ist geeigneterweise ein kleines LCD- Display, das verwendet werden kann, um dem Benutzer während eines Testzyklus Eingabeaufforderungen bereitzustellen. Das Display kann mit dem Mikroprozessor 315 auf herkömmliche Weise eine Schnittstelle bilden, indem ein Displaytreiber wie beispielsweise ein im Handel erhältlicher Hitachi HD44100- Treiber IC und ein Displaysteuergerät wie ein im Handel erhältliches Hitachi HD44780-Steuergerät IC verwendet werden. Datensteuerzeichen, die angezeigt werden, werden durch den Mikroprozessor 315 an den Display-Treiber übertragen, um die geeigneten Displaysignale zu erzeugen, damit die Zeichendaten angezeigt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird alles - d.h. Programmspeicher, Zusatzspeicher, Mikroprozessor und Tastatur-, Drucker- und Display-Schnittstellenmittel - auf einem einzigen CPU-Modul bereitgestellt, das von Intel Corp. Of Santa Clara, California im Handel erhältlich ist.
Der Schrittmotorantrieb des Karussells 18 und der Auslegerarm 30 sind beide mit dem Mikroprozessor 315 über eine Schnittstelle 338 verbunden. Jede Schnittstelle 338 umfaßt vorzugsweise einen programmierbaren Schnittstellen-Timer (PIT- programmable interface timer) wie beispielsweise einen 8254-PIT und ein programmierbares logisches Steuergerät (PLC-programmable logic controller) wie beispielsweise ein GAL16VB des PLC-Typs. Um einen Schrittmotor zur Durchführung einer Anzahl von Schritten zu veranlassen, programmiert der Mikroprozessor 315 vorzugsweise den PIT, um eine ausgewählte Anzahl von Zählwerten bei einer ausgewählten Frequenz herunterzuzählen. Das PLC reagiert auf die PIT-Zählungen, um bei einer programmierten Geschwindigkeit die programmierte Anzahl von Schrittimpulsen an den Schrittmotor auszugeben.
Die Wasch- und Abwasserpumpen sind durch eine Wasch/Abwasserpumpen-Steuerschnittstelle 352 mit dem Mikroprozessor 315 verbunden, die vorzugsweise ein Paar herkömmlicher Motor- Steuerrelais umfaßt. Der Mikroprozessor 315 gibt Motor -ein und -aus-Signale aus, um die Relais unmittelbar zu öffnen und zu schließen und dadurch Energie an die Pumpenmotoren anzulegen oder van ihnen abzuziehen.
Die Temperaturfühler und -heizgeräte, die zuvor erwähnt werden, um die Temperatur in der Bearbeitungskammer 11 zu steuern, sind durch Temperaturfühler und -heizgerät-Ein/Aus- Steuerschnittstellen 346 und 348 mit dem Mikroprozessor 315 verbunden. Die Temperaturfühler-Schnittstellen 346 umfassen vorzugsweise A/D-Wandler - am liebsten vom Typ Spannung zu Frequenz - und Zähler, die auf dieselbe Art und Weise angeordnet und betrieben werden, wie oben in bezug auf die bevorzugte optische Lesegerät-Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung 225 beschrieben. Um einen Fühler zu lesen, programmiert der Mikroprozessor 315 einen PIT 344, um eine Integrationsdauer für den Zähler bereitzustellen, und gibt den Zähler frei. Sobald der PIT anzeigt, daß die programmierte Integrationsdauer vorüber ist, sperrt der Mikroprozessor 315 den Zähler, ließt den letzten Zählwert, der die gemessene Temperatur darstellt, und setzt den Zähler für den nächsten Lesevorgang zurück.
Die Heizgerät-Ein/Aus-Steuerschnittstelle umfaßt vorzugsweise ein Heizgerät-Ein/Aus-Steuerrelais. Die Energie zum Heizgerät wird unmittelbar durch den Mikroprozessor 315 gesteuert, der logische Signale an die Schnittstelle überträgt, um das Relais zu öffnen oder zu schließen.
Die optische Lesegerät-Signalverarbeitungs- und Steuerschaltung 225 und der dazugehorige DAC 342, der Auslegerarm und die optischen Karusselschalter 350, und die Lesegerätmittel 306 für optische Codes und die Schnittstelle 308 sind alle im Zusammenhang mit dem Mikroprozessor 315 detailliert zuvor beschrieben worden.

BEISPIELHAFTE BETÄTIGUNGSWEISE

Eine detaillierte Schritt für Schritt-Beschreibung wird jetzt von einer bevorzugten Betätigungsweise des gegenwärtig bevorzugten biologischen Probenanalysators 10 bei der Durchführung eines beispielhaften Panels von Enzym-Immunassays (EIA) in bezug auf jede einer Mehrzahl biologischer Proben gegeben.
Wenn zunächst Energie auf den Analysator 10 aufgetragen wird, veranlaßt das Mikroprozessor-Steuerungsprogramm vorzugsweise den Mikroprozessor 315, eine Reihe von vorbereitenden Schritten zu durchlaufen, um einen Testzyklus durchzuführen. Anfänglich programmiert der Mikroprozessor 315 die Antriebsschnittstellen 338 der jeweiligen Schrittmotoren 50, 56 und 66 des Auslegerarms 30, des Probenarm 33 und des Karussells 18, den Auslegerarm 30, den Probenarm 33 und das Karussell 18 in ihre jeweilige Ausgangsstellung zu positionieren. Der Mikroprozessor 315 wartet dann auf Bestätigung inform von Signalen aus den mit dem Auslegerarm 30, Probenarm 33 und Karussell 18 verknüpften optischen Schaltern 350, daß sie sich in ihrer jeweiligen Ausgangsstellung befinden.
Nachdem der Auslegerarm 30 und das Karussell ihre Ausgangsstellung erreicht haben, programmiert der Mikroprozessor 315 die Auslegerarm- und Karusselantriebsschnittstellen 338, um die Schrittmotoren 50 und 56 zu veranlassen, den Auslegerarm 30 und das Karussell 18 in Stellungen zu drehen, in denen das optische Lesegerät 32 eng an den optischen Positionierungsmitteln 140 liegt. Als nächstes sendet der Mikroprozessor 315 ein Signal LED CONTROL an die optische Lesegerätverarbeitungs- und Steuerschaltung 225, um die LED 162 einzuschalten. Der Mikroprozessor programmiert daraufhin sequenziell die Antriebsschnittstellen 338 für den Auslegerarm 30 und das Karussell 18, um das optische Lesegerät 32 zu veranlassen, zunächst die parallelepipedonale Struktur der optischen Positionierungsmittel 140 radial zu scannen, während das Karussell 18 unbeweglich bleibt, und veranlaßt dann das Karussell 18 die parallelepipedonale Struktur am Außenrand des unbeweglichen optischen Lesegeräts 32 vorbei zu drehen. Während des Scannens beginnt der Mikroprozessor 315 auf die zuvor beschriebene Weise mit einer Mehrzahl von gleich beabstandeten optischen Lesungen und speichert jede Reflexions- Intensitätslesung im RAM 334. Aus den gespeicherten Lesungen berechnet der Mikroprozessor 315 die Koordinaten des Mittelpunktes der parallelepipedonalen Struktur als die Anzahl von Zählwerten für die Karussell- und Auslegerarm-Schrittmotoren und 56 aus der Ausgangsstellung heraus - wie zuvor beschrieben - und speichert die Koordinaten als den Null- Standortbezug. Der Mikroprozessor 315 wartet dann auf den Beginn eines Testzyklus.
Alle nachfolgenden Positionierungen des Karussells 18 und des Auslegerarms 30, um auf alle besonderen Stellungen auf dem Karussell 18 oder einem Träger 80 zuzugreifen, werden vorzugsweise durch den Mikroprozessor 315 vervollständigt, indem die Antriebsschnittstellen 338 mit einer Anzahl von vorbestimmten Karussell- und Auslegerarm-Schrittmotorenschritten programmiert wird, die dem Standort von Interesse entspricht. Diese Schritte sind vorzugsweise vorbestimmt und in einer Standort-Tabelle im RAM 334 gespeichert. Die Standorttabelle (nicht gezeigt) umfaßt vorzugsweise vorbestimmte Schrittmotor-Zählwerte, um das Karussell und den Auslegerarm an vorbestimmten Stellen zu positionieren, um dadurch den optischen Zugang auf die Codierungsmittel 94 bereitzustellen, damit der Zugang der Proben 28 zu den Öffnungen 92 der Reaktionsbehälter 86 in einer Flüssigkeits-Zuführstellung gewährleistet und für den optischen Zugang auf jede der Teststellen 84 in einem Reaktionsbehälter 86 eines Trägers 80 in einer Lesestellung gesorgt wird. Vorzugsweise werden die in der Standorttabelle gespeicherten Schrittwerte als Relativwerte, bezogen auf die Koordinaten der gespeicherten Null-Standort-Bezugsstellung, angegeben. Solchermaßen ist die tatsächliche Anzahl von Schritten für den Auslegerarm oder das Karussell, um eine besondere Stellung aus der Ausgangsstellung heraus zu erreichen, die Summe der Null- Standort-Bezugskoordinaten und der in der Standorttabelle gespeicherten Schritte.
Vor dem Starten eines Testzyklus erhält der Betreiber die geeigneten Reaktionsträger 80 für die durchzuführenden Tests und notiert die Chargennummern. Der Betreiber erhält dann den Assayeichdatenbogen 302 für jede Charge und gibt die Eichdaten 300 für jede Charge ein, indem er das Lesegerätmittel 306 für die optischen Codes verwendet. Der Mikroprozessor 315 reagiert auf die Lesegerätmittel 306 für die optischen Codes in Übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm, um die Eichdaten 300 und die Chargennummern und das Anfangs-Speicherstellung- Datenpaar im RAM 334, wie oben beschrieben, zu speichern Der Betreiber beginnt vorzugsweise ein Testverfahren, indem er die RUN-Taste auf der Tastatur 34 drückt. In Übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm reagiert der Mikroprozessor 315 zu diesem Zeitunkt auf die RUN-Taste, indem er Antriebsschnittstellen 338 programmiert, um den Auslegerarm 30 und das Karussell 18 an die Ausgangsstelle zurückzubringen. Der Mikroprozessor 315 sendet daraufhin eine Steuerzeichenkette an die Display-Schnittstelle 326, um den Betreiber am Display 36 aufzufordern, einen Reaktionsträger in die Karussellöffnung an der Vorderseite des Analysators 10 zu legen und die ID-Nummer des Patienten einzugeben.
Im beschriebenen beispielhaften Enzym-Immunassay führt der Betreiber vorzugsweise annähernd 0,5 ml des Patientenserums und 0,5 ml eines Probenverdünnungspuffers wie beispielsweise ein 10%-Hitze-inaktiviertes Pferdeserum in 10mM (TB5) pH 7,4 durch die Öffnung 92 in den Reaktionsbehälter 86 eines Trägers 80 ein. Der Betreiber zeichnet daraufhin bevorzugt manuell einen Patientenidentifikationscode auf den Reaktionsträger 80, lädt den Träger 80 in die Öffnung in das Karussell 18 und gibt den Patientenidentifikationscode in die Tastatur 34 ein. Der Mikroprozessor 315 reagiert auf die Eingabe des Patientenidentifikationscodes an der Tastatur 34 in Übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm, indem er die Stellung des Trägers auf dem Karussell 18 zusammen mit dem Patientenidentifikationscode im RAM 334 speichert.
Der Mikroprozessor 315 wartet dann auf die nächste Eingabe aus der Tastatur 34. Der Betreiber drückt vorzugsweise entweder die INDEX-Taste oder die RUN-Taste. Wenn der Betreiber die INDEX-Taste drückt, reagiert der Mikroprozessor 315, indem er die Karussellantriebsschnittstelle 338 programmiert, den Karussell-Schrittmotor 56 zu veranlassen, das Karussell 18 um eine Trägerstellung zu drehen und die nächste Karussellöffnung an der Vorderseite des Analysators 10 vorzulegen. Dieser Vorgang wird wiederholt, bis alle Träger, die zu prüfende Proben enthalten, auf dem Karussell geladen wurden. Sobald der Betreiber die RUN-Taste drückt, reagiert der Mikroprozessor 315 in Übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm, um die Durchführung der geeigneten Testverfahren für die Proben zu beginnen.
Der Mikroprozessor 315 programmiert zunächst die Karussell- und Auslegerarm-Antriebsschnittstellen 338 mit den Schrittkoordinaten, um nacheinander das optische Lesegerät 32 eng an die Codierungsmittel 94 auf jedem Träger 80 zu positionieren und dann jedes Codierungsmittel 94 zu scannen. Während jedes Scannings bewirkt der Mikroprozessor 315, daß das optische Lesegerät 32 eine Vielzahl von Reflexions Intensitätslesungen der Codierungsmittel 94 durchführt, und speichert die Lesungen. Nach jedem Scanning verarbeitet der Mikroprozessor 315 die gespeicherten Lesewerte und leitet die Codierungsmittel 94 aus dem Kontrast zwischen Reflexions- Intensitätslesungen her, die aus hellen und dunklen Bereichen des Codes genommen werden. Alternativ kann der Mikroprozessor, wie zuvor erwähnt, andere herkömmliche Lesegerätmittel für optische Codes steuern, um, falls erwünscht, die Codierungsmittel 94 zu lesen.
Der Mikroprozessor 315 verarbeitet daraufhin die Codierungsmittel 94 und leitet einen Assay-typischen Code daraus her. Der Mikroprozessor 315 reagiert vorzugsweise auf den Assaytypischen Code in Übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm, um daraufhin die notwendigen Schritte durchzuführen, damit das gekennzeichnete Assay innerhalb der Parameter eines vorbestimmten Protokolls für das Assay durchgeführt wird. Für Ziele der vorliegenden Beschreibung wird angenommen, daß ein Immunassay durchgeführt werden muß, indem ein Sandwich- Assayformat verwendet wird.
Der Mikroprozessor leitet auch den Chargencode aus den Codierungsmitteln 94 her und speichert ihn zusammen mit dem entsprechenden Patientenidentifikationscode und den Karussell- Standortdaten im RAM 334, bis er gebraucht wird.
Nachdem die Codierungsmittel 94 auf jedem Reaktionsträger 80 gelesen wurden, beginnt der Mikroprozessor 315 in Übereinstimmung mit dem Assay-typischen Code und dem Steuerungsprogramm einen zeitlich gesteuerten Inkubationszyklus. Im beschriebenen beispielhaften EIA programmiert der Mikroprozessor 315 einen oder mehrere PITS 344, um einen Probeninkubationszyklus von 16 Stunden zeitlich zu steuern. Während des Inkubationszyklus programmiert der Mikroprozessor 315 die Karussell-Antriebsschnittstelle 338, das Karussell fortwährend zu drehen, um für eine sanfte Bewegung zu sorgen und die Bindung der Antikörper der IgE-Klasse in jeder Probe zu beschleunigen, die spezifisch für die Fangallergene ist, die an die Teststellen 84 eines jeden Reaktionsträgers 80 gebunden sind.
Wenn der Inkubationszyklus abgelaufen ist, beginnt der Mikroprozessor 315 vorzugsweise einen Waschgang in Übereinstimmung mit dem Assay-typischen Code und dem Steuerungsprogramm. Der Mikroprozessor 315 programmiert die Auslegerarm- und die Karussel-Antriebsschnittstellen 338, den Auslegerarm in einer vorbestimmten Flüssigkeits-Zugangsstellung zu positionieren und nacheinander jeden Träger auf dem Karussell unter die Probe 28 an der Flüssigkeits-Zugangstellung zu positionieren. Wenn jeder Träger unter die Probe gebracht ist, programmiert der Mikroprozessor 315 die Antriebsschnittstelle 338 für den linearen Schrittmotor 66, um die Probe 28 nach unten durch die Öffnung 92 und in den Reaktionsbehälter 86 zu drehen. Dann sendet der Mikroprozessor 315 Signale an die Wasch/Abwasser- Pumpensteuerschnittstelle 352, um nacheinander die Abwasserpumpe 27 zu veranlassen, die Serumprobe aus dem Reaktionsbehälter 86 abzusaugen, um die Waschpumpe 25 zu veranlassen, eine Menge von Waschflüssigkeit in den Reaktionsbehälter 86 einzuführen, damit das Karussell 18 zur Drehung für eine vorbestimmte Zeitdauer veranlaßt und die Abwasserpumpe 27 veranlaßt wird, die verbrauchte Waschflüssigkeit aus dem Behälter 86 abzusaugen. Der Mikroprozessor wiederholt vorzugsweise die Schritte der Einführung, Drehung und des Absaugens der Waschflüssigkeit bis zu ungefähr drei Malen. Dann programmiert der Mikroprozessor die Antriebsschnittstelle 338, um den linearen Schrittmotor 66 zu veranlassen, die Probe 28 nach oben aus dem Reaktionsbehälter zu drehen. Wenn die Reaktionsbehälter 86 aller Reaktionsträger 80 gewaschen wurden, programmiert der Mikroprozessor die Antriebsschnittstelle 338, den Auslegerarm in die Ausgangsstellung zu bringen.
Als nächstes sendet der Mikroprozessor 315 eine Eingabeaufforderungs-Zeichenfolge an die Display-Schnittstelle 326, um den Betreiber aufzufordern, ein Konjugatreagens auf die Reaktionsträger einzuführen. In der beschriebenen beispielhaften EIA sind die Analyt- oder Proben-bindenden Komponenten von Interesse in den Proben menschliche Antikörper der IgE-Klasse, und das Konjugat ist vorzugsweise Ganz-Immunglobulin, das für die Epsilonkette von menschlichen Antikörpern der IgE-Klasse spezifisch ist, die mit einem Enzym wie beispielsweise einem alkalischen Phosphatase- oder Meerrettich-Peroxid-Konjugat (HRPO) spezifisch ist. Jedoch können, wie den Fachleuten bekannt ist, die benutzten, spezifisch ermittelten Konjugate solange variiert werden, bis eine nachweisbare Markierung (beispielsweise enzymatisch oder fluorogenisch) an eine Spezies (beispielsweise ein Antikörper oder ein anderer identifizierbarer, bindender Agens) gebunden wird, der den Analyten von Interesse oder den Analyt-Fangreagenzien-Komplex nachweisen kann. Es ist vorstellbar, Kolloidkonjugate wie beispielsweise Gold oder ein anderes Metall als nachweisbare Markierung zu verwenden.
Der Betreiber führt das Konjugat in den Reaktionsbehälter 86 des Trägers 80 an der Vorderseite des Karussells vorzugsweise durch die Öffnung 16 in der Bearbeitungskammertür 12 ein, wonach er die INDEX-Taste drückt. Der Mikroprozessor 315 reagiert, indem er die Antriebsschnittstelle 333 programmiert, das Karussell 18 um eine Stelle zu indexieren. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis der Betreiber auf jeden Reaktionsträger 80 Konjugat eingeführt hat.
Sobald der Konjugateinführungsvorgang abgeschlossen ist, beginnt der Mikroprozessor 315 in Übereinstimmung mit dem Assaytypischen Code und dem Steuerungsprogramm auf dieselbe Art und Weise einen weiteren zeitlich abgestimmten Inkubationszyklus, wie oben beschrieben wurde. Im Fall des beschriebenen beispielhaften EIAS beträgt die Konjugat-Inkubationsdauer vorzugsweise annähernd vier Stunden. Während der Konjugat-Inkubationsdauer veranlaßt der Mikroprozessor 315 auch den Karussell-Schrittmotor 56, das Karussell 13 fortwährend zu drehen, um für eine sanfte Bewegung zu sorgen und die Bindung des Konjugats an den Antikörper-Fangreagenzien-Testkartenkomplex zu beschleunigen.
Sobald der Konjugat-Inkubationszyklus abläuft, beginnt der Mikroprozessor auf im wesentlichen dieselbe Art und Weise wie den ersten Waschgang einen zweiten Waschgang. Nach dem Waschgang verlanlaßt der Mikroprozessor den Betreiber, unverzüglich ein Substratreagens einzuführen. Im Fall des beschriebenen beispielhaften EIAS ist für eine HRPO-Enzymmarkierung 4-Chlor-1- Naphtol in Isopropanal und Wasserstoffperoxid ein bevorzugtes Substrat. Für eine alkalische Phosphatasemarkierung ist 5-Brom- 4-Chlor-3-Indolyl-phosphat/Nitro-blau-tetrazolium (BCIP/NTT) in Aminomethyl-propanal ein bevorzugtes Substrat. In beiden Fällen wird das Substrat gewählt, um durch die enzymatische Markierung des Konjugats angegriffen zu werden, damit eine Farbe auf der Oberfläche einer jeden Teststelle 84 entwickelt wird, die den spezifischen Analyten von Interesse gebunden hat. Die gefärbte Teststelle hat eine optische Dichte, die im Verhältnis zum Ausmaß der Bindungsreaktion zwischen dem an die Teststelle gebunden Allergen und dem für das Allergen spezifischen Probenanalyten steht. Die optische Dichte kann aus der Reflexionsintensität der Teststelle bestimmt werden, die durch das optische Lesegerät 32 gelesen wird, um den allergischen Empfindlichkeitsgrad des Patienten auf das Fangallergen zu erhalten.
Der Mikroprozessor arbeitet vorzugsweise in Übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm, um das Karussell 18 zu indexieren und um die Einführung des Substrats in bezug auf das Konjugat auf dieselbe oben beschriebene Art und Weise in den Reaktionsträger 80 zu veranlassen. Nach dem Substrateinführungsvorgang, im beispielhaften EIA, startet der Mikroprozessor einen zeitlich abgestimmten Substratinkubationszyklus, in dem dem Substrat erlaubt wird, für annähernd 30 Minuten mit den Teststellen 84 in Berührung zu bleiben. Während dieses Zeitraums veranlaßt der Mikroprozessor das Karussell, sich fortwährend zu drehen, um auf dieselbe Art und Weise wie oben beschrieben für eine sanfte Bewegung zu sorgen.
Nach der Substratinkubationsdauer und Waschung startet der in Übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm arbeitende Mikroprozessor ein Verfahren zum Trocknen. Anfänglich veranlaßt der Mikroprozessor das Karussell 18, in seine Ausgangsstellung zurückgedreht zu werden. Danach veranlaßt der Mikroprozessor das Display, den Betreiber aufzufordern, daß er den Deckel 90 aus dem Reaktionsträger 80 in der vorderen Stellung des Karussells entfernt. Der Betreiber öffnet vorzugsweise die Tür 12 des Analysators 10 und entfernt auf Aufforderung alle Deckew 90, indem er sie von dem oberen Ende der Reaktionsbehälterwand 88 abzieht. Der Deckel 90 kann daraufhin weggeworfen werden. Der Mikroprozessor wartet darauf, daß der Betreiber die INDEX-Taste drückt. Wenn der Betreiber die INDEX-Taste drückt, veranlaßt der Mikroprozessor das Karussell, sich um eine Öffnung zu drehen, so daß der nächste Träger 80 in der vorderen Stellung vorliegt. Der Mikroprozessor fordert über das Display neuerlich den Betreiber auf, den Deckel 92 des Trägers in der vorderen Stellung zu entfernen. Diese Prozedur wiederholt sich, bis der Betreiber die Deckel aller Träger 80 auf dem Karussell 18 entfernt.
Sobald der Deckel aus dem letzten Träger entfernt ist und der Betreiber die RUN-Taste drückt, fordert der Mikroprozessor über das Display den Betreiber auf, die Bearbeitungskammertür 12 zu schließen und neuerlich die RUN-Taste zu drücken. Wenn der Betreiber die RUN-Taste drückt, reagiert der Mikroprozessor in übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm, um ein zeitlich abgestimmtes Intervall von vorzugsweise annähernd fünfzehn (15) Minuten zu programmieren und den Karussell-Schrittmotor 56 zu veranlassen, das Karussell während des zeitlich abgestimmten Intervalls fortwährend zu drehen, um das Trocknen der Testkarten 82 in jedem der Träger 80 zu fördern. Ebenfalls innerhalb dieser Zeit wird zunächst die Dunkel-Intensität mit der geschlossenen LED bestimmt; dann wird die LED erregt und läuft während des Zyklus des Trocknens warm.
Wenn das Intervall des Trocknens abläuft, startet der Mikroprozessor in übereinstimmung mit dem Steuerungsprogramm automatisch ein Leseprozedur, angefangen mit einem Auslesen der optischen Bezugsmittel 70. Der Mikroprozessor programmiert sequenziell die Karussell- und Auslegerarm-Antriebsschnittstellen 338, jeden Reaktionsträger 80 auf dem Karussell 18 sequenziell in einer vorbestimmten Lesestellung zu positionieren, die den gekrümmten Bewegungspfad des optischen Lesegeräts 32 schneidet. Wenn sich ein Reaktionsträger 80 einmal in der Lesestellung befindet, liest der Mikroprozessor die Schrittkoordinaten für jede Teststelle 84 sequenziell aus der Standorttabelle ab und veranlaßt die Karussell- und Auslegerarm-Schrittmotoren, das Karussell und den Auslegerarm sequenziell in Stellung zu bringen, um jede Teststelle 84 auf die zuvor detailliert beschriebene Art und Weise auszulesen. Der Mikroprozessor korrigiert die Reflexions-Intensitätslesung für jede Teststelle, gleicht falls erforderlich ihre Temperatur aus und speichert sie in den RAM 334 mit dem Karussellstellungs- und dem Patientenidentifikationscode des Trägers 80.
Wenn jede Teststelle 84 eines jeden Reaktionsträgers 80 gelesen worden ist, liest der Mikroprozessor die Lesewerte für jeden Träger 80 aus dem RAM ab, wandelt sie in eine optische Dichte um, eicht sie, indem er die gespeicherten Assayeichdaten verwendet, und wandelt sie dann alle in der zuvor beschriebenen Weise in ein Klassen-Testergebnis um und speichert sie zurück in den DMA-zugänglichen Speicher. Wenn alle Lesewerte geeicht und umgewandelt wurden, startet der Mikroprozessor einen DMA-Transfer der gespeicherten Testergebnisse an die Druckerschnittstelle 324, die wiederum den Drucker veranlaßt, die Testergebnisse für jeden Patientenidentifikationscode in Form normierter Klassen- Testergebnisse für jedes Fangallergen des Panels von Assays auszudrucken.
Nachdem die Testergebnisse ausgedruckt sind, übermittelt der Mikroprozessor eine Eingabeaufforderung-Zeichenfolge an die Display-Schnittstelle 326, um den Betreiber zu veranlassen, die benutzten Träger 80 aus dem Karussell 18 zu entfernen. Der Mikroprozessor steuert die Indexierung des Karussells und das Entfernen der verbrauchten Träger auf im wesentlichen dieselbe Weise wie die oben beschriebene Einführung der verschiedenen Reagenzien.
Die vorangegangene Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zum Zweck der Veranschaulichung und Beschreibung dargelegt. Es ist nicht beabsichtigt, den Schutzumfang der Erfindung, der durch die anliegenden Ansprüche definiert wird, einzuschränken. Verschiedene Modifikationen und Veränderungen der bevorzugten Ausführungsform sind anbetrachts der obigen Lehren möglich und werden den Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich sein. Solche Modifikationen und Veränderungen weichen nicht vom Aufgabenbereich der Erfindung ab, weshalb es beabsichtigt ist, daß der Aufgabenbereich der Erfindung durch die nachfolgenden Ansprüche, einschließlich aller Äquivalente, definiert wird.
Wo technische Merkmale, die in jedem Anspruch erwähnt werden, mit Bezugszeichen versehen sind, wurden diese Bezugszeichen lediglich zum alleinigen Zweck eingeschlossen, die Verständlichkeit der Ansprüche zu erhöhen, weshalb solche Bezugszeichen keine einschränkende Wirkung auf den Aufgabenbereich eines jeden Elements haben, das mittels Beispielen durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet ist.

Claims

1. Automatisiertes Gerät zur Prüfung biologischer Proben für eine Mehrzahl ausgewählter Proben-bindender Komponenten gleichzeitig, umfassend:

Reaktionsträgermittel (80), die eine Mehrzahl von Teststellen (84) aufweisen, wobei jede mit einem vorgewählten Fangreagens gebunden ist, das angepaßt ist, um eine Probenbindende Komponente von Interesse in einer zu prüfenden biologischen Probe zu binden, wobei die Reaktionsträgermittel (80) Kammermittel (88) einschließen, die die Mehrzahl von Teststellen umgeben, um eine ausgewählte biologische Probe und ausgewählte Reagenzien derart zu enthalten, daß die ausgewählte biologische Probe und die ausgewählten Reagenzien mit der Mehrzahl von Teststellen in Kontakt kommen, um gleichzeitig ein vorbestimmtes Panel von Assays in bezug auf eine Probe durchzuführen;

Träger-Fördermittel (18), die eine Mehrzahl von Träger- Anbringungsstellen (98) aufweisen, wobei jede angepaßt ist, um ein Reaktionsträgermittel aufzunehmen;

erste Antriebsmittel zum Antreiben der Fördermittel, um die Reaktionsträgermittel selektiv an mindestens eine Flüssigkeits-Einführungsstelle zu befördern, an der die ausgewählte biologische Probe und die ausgewählten Reagensflüssigkeiten in die Kammermittel eingeführt werden, und an eine Assay- Lesestellung zu befördern;

Umrührmittel zum Umrühren der biologischen Probe und der ausgewählten Reagenzien; und

Lesemittel, um die Ergebnisse der Assays, die an ausgewählten Teststellen der Reaktionsträgermittel durchgeführt werden, direkt aus den Teststellen an der Assay-Lesestellung abzulesen.

2. Das automatisierte Gerlt nach Anspruch 1, worin die Reaktionsträger-Fördermittel ein drehbar angebrachtes kreisförmiges Karussell umfassen, das die Mehrzahl von um seinen Außenrand strahlenförmig beabstandeten Anbringungsstellen aufweist.

3. Das automatisierte Gerät nach Anspruch 1 oder 2, das Anbringungsmittel umfaßt, um die Reaktionsträger-Fördermittel in einem zur Horizontalen geneigten, ausgewählten Winkel anzubringen.

4. Das automatisierte Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, das weiterhin umfaßt:

zweite Antriebsmittel, um die Lesemittel über eine vorbestimmte Bahn zu führen, die zumindest teilweise die Bewegungsbahn der Träger-Fördermittel schneidet; und

Steuerungsmittel, um die ersten Antriebsmittel, die Fördermittel und die zweiten Antriebsmittel derart anzusteuern, um zusammenarbeitend die Lesemittel und die Träger-Fördermittel zu positionieren, um den Lesemitteln zu erlauben, der Reihe nach die Assayergebnisse abzulesen, die an einer Mehrzahl von ausgewählten Teststellen auf jedem Reaktionsträgermittel durchgeführt werden.

5. Das automatisierte Gerät nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, worin die Lesemittel umfassen:

optische Generatormittel, um einen Strahl optischer Strahlung auf eine ausgewählte Teststelle zu lenken; und

optische Detektormittel, um die Intensität der durch die ausgewählte Teststelle reflektierten optischen Strahlung zu detektieren, wobei die Intensität der reflektierten optischen Strahlung vom Ergebnis des Assays abhängt, das an der Teststelle durchgeführt wird.

6. Das automatisierte Gerät nach Anspruch 5, das umfaßt: Meßfühlermittel, um einen optischen Bezugsgenerator abzutasten;

Antriebssteuerungsmittel, damit für die optischen Generatormittel ein Antriebssignal gesteuert wird, um dadurch die Ausgabeintensität der optischen Generatormittel zu steuern, und

auf die Meßfühlermittel reagierende Mittel, um die Antriebssteuerungsmittel zu steuern, um die Ausgabeintensität der optischen Generatormittel trotz Schwankungen des optischen Generators auf einem ausgewählten konstanten Pegel zu halten.

7. Das automatisierte Gerät nach Anspruch 5, das umfaßt: Meßfühlermittel, um die Temperatur der optischen Generatormittel abzutasten;

Mittel, die einen vorbestimmten Temperaturkompensationsfaktor zur Verfügung stellen, der von der Temperatur der optischen Generatormittel abhängt; und

Mittel, die auf die Meßfühlermittel reagieren, um den vorbestimmten Temperaturkompensationsfaktor auf die Assayergebnisse aufzutragen, die durch die Lesemittel gelesen werden, damit die Ergebnisse hinsichtlich der Abweichungen der Temperatur der optischen Generatormittel von einem vorherbestimmten Temperatur-Nennwert ausgeglichen werden.

8. Das automatisierte Gerät nach Anspruch 5, das umfaßt:

zweite optische Detektormittel, die relativ zu den optischen Generatormitteln positioniert werden, um die optische Strahlung, die daraus in eine andere Richtung als in Richtung einer Teststelle ausgestrahlt wird, zu erfassen;

Mittel zum Lesen des Intensitätswerts der optischen Strahlung, die aus einer Teststelle von den optischen Detektormitteln reflektiert wird, und des Intensitätswerts der optischen Strahlung, die durch die zweiten optischen Detektormittel erfaßt wird, und

Mittel, um einen Quotienten der zwei Intensitätswerte zu bilden, wobei der Quotient einen temperaturkompensierten Reflektionsintensitätswert umfaßt, der vom Ergebnis des Assays an der Teststelle abhängt.

9. Das automatisierte Gerät nach Anspruch 5, das umfaßt:

Mittel zur Umwandlung der Intensität der reflektierten optischen Strahlung aus der Tesststelle in einen entsprechenden optischen Schwärzungswert; und

Mittel zur Umwandlung des optischen Schwärzungswertes in einen einer Mehrzahl von Testergebmisberichten, die die Größe der Bindereaktion zwischen dem Fangreagens und der Probenbindenden Komponente darstellen.

10. Automatisiertes Gerät zur Prüfung biologischer Proben für eine Mehrzahl ausgewählter Proben-bindender Komponenten gleichzeitig, umfassend:

Reaktionsträgermittel (80), die eine Mehrzahl von Teststellen (84) aufweisen, wobei jede mit einem vorgewählten Fangreagens gebunden ist, das angepaßt ist, um eine Probenbindende Komponente von Interesse in einer zu prüfenden biologischen Probe zu binden, wobei die Reaktionsträgermittel (80) eine Wand (88) einschließen, die die Mehrzahl der Teststellen umgibt, um eine ausgewählte biologische Probe und ausgewählte Reagenzien so zu enthalten, daß die ausgewählte biologische Probe und die ausgewählten Reagenzien mit der Mehrzahl von Teststellen in Kontakt kommen, um gleichzeitig ein vorbestimmtes Panel von Assays in bezug auf eine Probe durchzuführen;

Träger-Fördermittel (18), die eine Mehrzahl von Träger- Anbringungsstellen (98) aufweisen, wobei jede angepaßt ist, um ein Reaktionsträgermittel anzubringen;

Mittel zum Antreiben der Fördermittel, um die Reaktionsträgermittel selektiv an mindestens eine Flüssigkeits- Einführungsstelle zu befördern, an der eine ausgewählte biologische Probe und ausgewählte Reagensflüssigkeiten innerhalb der Wand eingeführt wird, sowie an eine Assay-Lesestellung zu befördern;

Lesemittel, um die Ergebnisse der Assays, die an ausgewählten Teststellen der Reaktionsträgermittel durchgeführt werden, direkt aus den Teststellen an der Assay-Lesestelle abzulesen.