DE69205170T2 - Automatisches geraet mit mehreren linearen bahnen fuer duerchfuehrung von immunologischen testen. - Google Patents

Description

• Gegenstände der vorliegenden Anmeldung sind offenbart oder beansprucht in den mitanhängigen Anmeldungen "Method and Apparatus for Automatically Processing Magnetic Solid Phase Reagents", eingereicht am 10. August 1988, US-Serial No. 07/230,449, "Method and Apparatus for Effecting the Automatic Analytical Testing of Samples", eingereicht am 26. August 1988, US-Serial No. 07/237,119, "Vortes Mixer Drive", eingereicht am 26. Juli 1991, US-Serial No. 07/736,177, und "Carrier Devicell, eingereicht am 26. Juli 1991, US-Serial No. 07/736,155.
Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine automatische Vorrichtung zum Analysieren von Flüssigkeitsproben und insbesondere eine Vorrichtung zum Behandeln von Proben zur quantitativen Bestimmung des Vorhandenseins verschiedener Substanzen, etwa von Antikörpern, Antigenen und verschiedenen Proteinen, einschließlich Krebsmarkern und Hormonen, in biologischen Proben.
Hintergrund der Erfindung
• Heterogene Immunoassays werden typischerweise unter Verwendung eines festen Supports durchgeführt, das vorzugsweise aus magnetischen Partikeln gebildet ist. Ein für diesen Zweck besonders bevorzugtes Support ist beschrieben in US-Patent 4,661, 408 von E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. Dieses Patent beschreibt ein Chromdioxidpartikel mit magnetischen Eigenschaften, die zur Verwendung des Partikels als festes Support für derartige Assays günstig sind.
• Das Konzept der Verwendung magnetisch reagierender Partikel zum Herbeiführen von Separierung bioaktiver Materialien ist auf dem Gebiet bekannt (Hedin, C.G., Biotech. Bioeng. Symp. No. 3 (1972) 173-174; Robinson, J.P., et al., Biotech. Bioeng. (1973) 15, 603-606). Das Konzept ist im Lauf der Zeit dahingehend erweitert worden, daß es eine Affinitätsreinigung von Enzymen, Proteinen oder Mikroorganismen umfaßt, die für jeden beliebigen Sorptions-Desorptions-Prozeß anwendbar ist (Dunhill, P., et al., Biotech. Bioeng. (1974) 10, 987-990; Horisberger, M., Biotech. Bioeng. (1976) 18, 1647-1651)
• Ein weiteres verbessertes magnetisch reagierendes Partikel ist beschrieben in US-Patent Nr. 4,297,337 von Mansfield et al. Diese Partikel sind poröse Glas-Mikropartikel, in die magnetisches Material eingebettet ist. Dadurch erhalten die Partikel die Eigenschaften, einen großen Oberflächenbereich aufzuweisen, sowie träge und im wesentlichen superparamagnetisch zu sein. Der große Oberflächenbereich begünstigt seinerseits eine schnelle Reaktionskinetik und erhöht die Kapazität der einzelnen Partikel. Die Eigenschaft, im wesentlichen superparamagnetisch zu sein, bedeutet grundlegend, daß die Partikel, wenn sie von einem Magnetfeld entfernt werden, kein nennenswertes magnetisches Gedächtnis oder Rückhaltevermögen beibehalten. Dies bedeutet, daß Partikel wiederholt mittels eines Magnetfeldes von ihrer Umgebung separiert werden können, ohne daß die Möglichkeit zu einer Neudispersion dieser Partikel beeinträchtigt wird. Dies ist vorteilhaft bei Sandwich-lmmunoassays, bei denen aufgrund mehrerer Waschschritte wiederholte Separierung und Neudispersion erforderlich sein kann.
• Die in dem Patent von Du Pont beschriebenen geschützen CrO&sub2;- Partikel weisen mehrere Eigenschaften auf, die sich bei heterogenen Immunoassays besonders vorteilhaft auswirken. Dies sind:
• geringer remanenter Magnetismus und günstige Oberflächenstruktur -- Möglichkeit wiederholter magnetischer Separierungs-/Dispersions-Zyklen;
• schnelle Separierung in einem Magnetfeld;
• großer Oberflächenbereich und somit hohe Einfang-Fähigkeit;
• hochstabile Partikel zwecks höchstmöglicher Reagens-Lagerdauer.
• Ein Problem bei Immunoassays besteht darin, daß sie nach dem Entfernen der freien Komponente ein wiederholtes Waschen des die gebundene Komponente enthaltenden festen Supports erfordern. Dies ist ein besonders schwieriger Vorgang, selbst wenn er manuell durchgeführt wird. Das Problem tritt besonders hervor, wenn ein automatisches Instrument, das zur Durchführung von Immunoassays in der Lage ist, eine automatische Waschfunktion aufweist. Die typischen Anforderungen an die Reinheit von Immunoassays sehen vor, daß die nach derartigen Waschvorgängen verbleibende gebundene Komponente nicht mehr als 20 Teile pro Million der ursprünglichen Proben-/Konjugat- Matrix enthalten darf. Dies erfordert die Verwendung mehrerer Waschstationen und kann mittels automatischer Instrumente erreicht werden, wenn derartige Mehrfach-Waschstationen installiert werden. Die verschiedenen Vorrichtungen, die zum individuellen Betrieb der mehreren Waschstationen erforderlich sind, und die für die Waschstationen selbst erforderlichen Vorrichtungen können jedoch sehr kostenaufwendig sein.
• Grundlegend existieren zwei Typen heterogener Immunoassays. Dies sind kompetitive Immunoassays und Sandwich-Immunoassays. Bei einem kompetitiven Assay wird ein Antikörper eines Antigens, das in einem ersten Reagens enthalten ist, mit den derivatisierten magnetischen Partikel verbunden, um eine feste Phase zu erzeugen. Das zweite Reagens, bestehend aus einem Antigen, das mit einer Markierung (einer meßbaren Größe, etwa radioaktiven Molekülen, fluoreszierenden Molekülen, oder Enzymen) verbunden ist, und die Patienten-Probe werden in einem Teströhrchen mit der festen Phase vermischt. Bei Abwesenheit von Patienten-Antigen werden etwa 50% der Antigen-Markierung an den Antikörper der festen magnetischen Phase gebunden. Bei Vorhandensein von Patienten-Antigen werden einige der Antikörper mit Patienten-Antigen aufgefüllt und sind für das Markierungs-Antigen nicht verfügbar. Folglich führt eine Zunahme der Menge von Patient-Antigen zu einer Abnahme der Menge von Markierungs-Antigen. Somit kann man eine Kalibrierungstabelle erstellen, die die Menge an Patienten-Antigen in Beziehung zu der Menge an Markierungs-Antigen setzt. Die Separierungs- und Wasch-Stufen resultieren aus der Notwendigkeit, die freie Markierung oder die gebundene Markierung - und nicht die gesamte zugefügte Markierung - zu messen. Die magnetischen Partikel erleichtern diese Separierung, indem die Partikel mit der gebundenen Markierung zu einem Pellet an der Röhrchenseite geformt werden. Anschließend kann die freie Markierung durch Ansaugen entfernt werden. Nach der Separierung und der Entfernung der freien Markierung wird ein weiteres Reagens hinzugefügt, so daß die Menge der gebundenen Markierung gemessen werden kann. In einem typischen Fall wird ein Enzym als Markierung verwendet, so daß das zugefügte Reagens ein Substrat ist, aufgrund dessen das Enzym die Messung der Menge an Markierung ermöglicht, die an Antikörper gebunden war.
• GB-A-2239093 beschreibt eine Technik zum Verwirbeln magnetischer Partikel und einen drehbaren Support-Körper für eine Reagens-Gefäß. Der Support für das Gefäß weist einen frei bewegbaren, exzentrisch angeordneten Vorsprung auf, der bei Drehung des Support-Körpers eine Verwirbelung des Reagens- Gefäßes und seines Inhaltes verursacht.
• Bei einem typischen Sandwich-Immunoassay wird ein Antikörper eines Antigens mit dem magnetischen Partikel verbunden. Dieses liegt relativ zu der Menge des in einer Probe vorhandenen Patienten-Antigens in hoher Konzentration vor. Das Patienten- Antigen wird von dem auf den magnetischen Partikeln befindlichen Antikörper eingefangen, und anschließend werden die Partikel (und das eingefangene Patienten-Antigen) von in der Probe enthaltenen störenden Substanzen separiert. Dem wird ein zweites Reagens hinzugegeben, das einen zweiten Antikörper mit einer zugefügten Markierung enthält. Dieser zweite Antikörper verbindet sich mit dem Patienten-Antigen, das von dem auf dem magnetischen Partikel befindlichen ersten Antikörper eingefangen wurde, und bewirkt die Bildung einer Sandwich-Struktur, so daß die Markierung des zweiten Antikörpers mittels des Antigens fest an dem auf dem magnetischen Partikel befindlichen ersten Antikörper gehalten wird. An diesem Punkt kann aufgrund einer magnetischen Separation, die der beschriebenen gleicht, die gebundene Markierung, welche dem Patienten-Antigen proportional ist, bestimmt werden, wobei die überschüssige Markierung des zweiten Reagens durch Absaugen entfernt worden ist.
• Magnetische Partikel sind als festes Support für heterogene Immunoassays besonders zweckmäßig, weil sie die Separierung der freien von der gebundenen Markierung leicht durchführen können. Derartige Immunoassays, bei denen magnetische Partikel als festes Support verwendet werden, sind z.B. beschrieben in US-Patent 4,661,408 von Lau et al., US-Patent 4,628,037 von Chagnon et al., US-Patent 4,672,040 von Josephson, und US- Patent 4,698,302 von Whitehead et al. Die Verfahren für sämtliche in diesen Patenten beschriebenen Separierungsvorrichtungen sind z.B. von Corning Medical, Corning Glass Works, Medfield, Mass. verfügbar. Derartige manuelle Techniken sind verhältnismäßig langsam, erfordern verhältnismäßig starke und kostenaufwendige Magneten, verlangen beträchtliche Geschicklichkeit und erfordern einen übermäßigen Zeitaufwand, um die Separierung mit der nötigen Reinheit durchzuführen, insbesondere bei heterogenen Immunoassays vom Sandwich-Typ.
• Auf dem Markt sind derzeit zahlreiche Instrumente zur klinischen Analyse verfügbar. Typisch für diese ist der als acaWz bekannte Automatic Clinical Analyzer, der von E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. mit Sitz in Wilmington, Delaware, vertrieben wird. Bei diesem Instrument wird zur Behandlung der Proben ein Inkubator verwendet. Der Inkubator ist als Gurt oder Kette ausgebildet, an dem eine mit Reagentien gemischte Probe pakkenweise angeordnet ist und auf ihre verschiedenen Komponenten hin analysiert wird. Obwohl diese Vorrichtung für viele Zwecke recht zufriedenstellend ist, weist sie nicht die Vielseitigkeit auf, die für einige der kürzlich entwickelten empfindlichen Immunoassays erforderlich ist.
• Weitere Analysevorrichtungen, die zur Analyse von Proben zur Verfügung stehen, sind z.B. in US-Patent 4,315,891 der Olympus Optical Company beschrieben. Dieses Patent beschreibt einen Gurt- oder Ketten-Inkubator und sieht eine einzelne Reaktionslinie vor, wobei die Reaktionsgefäße schrittweise entlang dieser Reaktionslinie transportiert werden. Die Proben und Reagentien werden den Gefäßen während deren Bewegung entlang der Reaktionslinie zugeführt, um eine Testflüssigkeit zu erstellen, die anschließend einer photometrischen Analyse unterzogen wird. Aufgrund miteinander verzahnter Behandlungsvorgänge macht dieses Gerät es möglich, Proben gleichzeitig mehreren Tests zu unterziehen. Nachteiligerweise ist das Gerät nicht in der Lage, die für heterogenen Immunoassays erforderlichen präzisen Waschvorgänge durchzuführen. Ferner hat dieses Gerät einen relativ hohen Platzbedarf.
• EP-A-0314525 beschreibt eine Vorrichtung, um Küvetten-Halter horizontal längs eines ersten Weges zu behandeln, der von einem Eingangs-Akkumulator in einen Querförderer verläuft, welcher die Halter an einer Markierungsstation und einem Küvetten-Detektor vorbei zu einer Probenentnahmestation und einem Inkubator transportiert. In dem Inkubator werden die Halter parallel zu dem ersten Weg, jedoch in umgekehrter Richtung, bewegt, bis sie durch ein Spektrophotometer laufen und in einem Ausgangs-Akkumulator plaziert werden.
• Eine weitere automatische Analysevorrichtung ist in US-Patent 4,459,265 von Clinton beschrieben. Diese Vorrichtung weist eine schrittweise drehbare kreisförmige Platte auf. Diese trägt an ihrem Rand mehrere Reaktionsröhrchen, wobei mehrere Reagens-Zuführstationen an verschiedenen Stellen um den Rand herum angeordnet sind. Aufgrund der Verwendung mehrerer Stationen weist die Vorrichtung ausreichende Vielseitigkeit auf, um mehrere verschiedene Testverfahren gleichzeitig auszuführen, bietet jedoch wiederum nicht die für die empfindlicheren heterogenen Immunoassays benötigte Waschfunktion.
• Bei vielen der beschriebenen Vorrichtungen werden kreisförmige Platten verwendet, die gedreht werden, um den beliebigen Zugriff zu ermöglichen, der zum Zuführen von Proben und Reagentien in die Reaktionsgefäße, zum Inkubieren oder zum Waschen der magnetischen Partikel etc. in den Reaktionsgefäßen erforderlich ist. Dies führt zu größeren räumlichen Abmessungen, die größere Instrumente erforderlich machen, als andernfalls wünschenswert wäre. Zudem ist es bei derartigen Instrumenten erforderlich, daß ein beliebiger Zugriff auf die zu behandelnden Proben in der Echtzeit des Immunoassay-Systems möglich ist.
Überblick über die Erfindung
• Viele der Probleme der zum Durchführen von Immunoassays vorgesehenen Vorrichtungen gemäß dem Stand der Technik, einschließlich der Vorrichtungen, in denen magnetische Partikel - d.h. auf ein Magnetfeld reagierende Partikel - verwendet werden, werden bei Benutzung der erindungsgemäßen Vorrichtung reduziert. Die Vorrichtung erlaubt die Durchführung von Immunoassays unter Verwendung derartiger magnetischer Partikel und ist dennoch kompakt ausgebildet.
• Die Erfindung schafft eine automatische multilineare Vorrichtung zur Behandlung von Immunoassays von Proben unter Verwendung eines festen Supports - wobei die Assays gebundene und freie Phasen aufweisen und die gebundene Phase an den festen Support gebunden ist - mit: einer Einlaßkammer, mehreren Trägern, die in der Einlaßkammer angeordnet sind, wobei jeder Träger eine Probe, ein drehbar montiertes Reaktionsgefäß, Partikel, die den festen Träger bilden und auf ein Magnetfeld ansprechen, Reagentien und einen Reaktionsprodukt-Behälter aufweist, einer zur Einlaßkammer im wesentlichen parallelen Behandlungskammer mit einem Ende und einem anderen Ende, einer ersten Einrichtung, um die mehreren Träger linear in einer ersten Richtung zu einem Ende der Einlaßkammer zu transportieren, einer zweiten Einrichtung, um die mehreren Träger nacheinander linear in einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung von dem einen Ende der Einlaßkammer zu einem Ende der Behandlungskammer zu transportieren, einer ersten Überführungseinrichtung zum Einwirken auf jeden Träger an dem einen Ende der Behandlungskammer, um die Probe und die Reagentien jedes Trägers in das drehbar montierte Reaktionsgefäß des Trägers zu übertragen, einer dritten Einrichtung, um die mehreren Träger nacheinander linear in einer dritten Richtung entgegen und im wesentlichen parallel zu der ersten Richtung zu mehreren Behandlungspositionen zu transportieren, einer Einrichtung zum Verwirbeln an mindestens einer Behandlungs- Position durch Taumelbewegung des unteren Teils jedes drehbar montierten Reaktionsgefäßes, einer Wascheinrichtung an mindestens einer Behandlungsposition zum Entfernen von Flüssigkeiten aus jedem drehbar montierten Reaktionsgefäß und Ersetzen der Flüssigkeiten durch eine andere Flüssigkeit, einer Magneteinrichtung an jeder Wascheinrichtungsposition zum Anlegen eines Magnetfeldes an jedes drehbar montierte Reaktionsgefäß vor dem Entfernen von Flüssigkeiten, einer zweiten Überführungseinrichtung an dem anderen Ende der Behandlungskammer zum Überführen des Inhaltes jedes Reaktionsgefäßes in seinen Reaktionsprodukt-Behälter, einer vierten Einrichtung, um jeden Träger quer zu der dritten Richtung von der Behandlungskammer zu dem anderen Ende der Einlaßkammer zu transportieren, und einer fünften Einrichtung, um jeden Träger von dem anderen Ende der Einlaßkammer in einer Richtung, die im wesentlichen parallel zu der ersten Richtung verläuft, zur Lagerung zu transportieren.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder Träger mit mindestens einem Paar von Behältern versehen, die am Boden des Trägers angeordnet sind, und die zweite Einrichtung weist ein Paar federgespannter Stifte auf, die nach unten in der zweiten Richtung klappbar sind, wobei die zweite Einrichtung in einer der zweiten Richtung entgegengesetzten Richtung versetzt werden kann, um an jedes Paar von Behältern anzugreifen und jeden Träger in der zweiten Richtung zu trans- Portieren.
• Geinäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die dritte Einrichtung auf: Paare fixierter Stifte, die an jeden der mehreren Träger-Behälter angreifen können, und eine Einrichtung für geradlinigen Transport zum Anheben jedes der Paare fixierter Stifte derart, daß diese an die Behälter angreifen und die genannte eine Behandlungsposition des Trägers verschieben, und zum Absenken jedes der Paare fixierter Stifte zur Freigabe der Behälter.
• Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Magneteinrichtung einen Magneten und Einrichtungen zum Versetzen des Magneten auf, damit dieser an der Seite des Reaktionsgefäßes angreift und dadurch die Partikel dem Magnetfeld aussetzt.
• Diese Vorrichtung ist für heterogene Immunoassays verwendbar, hat nur einen begrenzten Platzbedarf und erlaubt dennoch beliebigen Zugriff auf einen Echtzeit-Immunoassay-Vorgang.
Kurzbeschreibung der Figuren
• Die Erfindung ist im Zusammenhang mit den Figuren, in denen gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, besser ersichtlich.
• Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer gemäß der Erfindung ausgebildeten automatischen multilinearen Vorrichtung zur Behandlung von Immunoassays von Proben unter Verwendung magnetischer Partikel als fester Support;
• Fig. 2 zeigt eine Außenansicht der in Fig. 1 gezeigten automatischen multilinearen Vorrichtung gemäß der Erfindung;
• Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß Fig. 2, bei der Teile weggelassen sind, um den Innenbereich der Vorrichtung zu zeigen;
• Fig. 4 zeigt eine längs der Schnittlinie 4-4 von Fig. 3 angesetzte geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung;
• Fig. 5 zeigt eine längs der Schnittlinie 5-5 von Fig. 3 angesetzte Schnittansicht zur Darstellung des Mechanismus zur geradlinigen, von Position zu Position erfolgenden Vorbewegung der Träger gemäß der Erfindung;
• Fig. 6 zeigt eine längs der Schnittlinie 6-6 von Fig. 3 angesetzte Ansicht des Mischers, der zur Verwirbelung der Reaktionsgefäße gemäß der Erfindung verwendet wird;
• Fig. 7 zeigt eine längs der Schnittlinie 7-7 von Fig. 3 angesetzte Ansicht einer Waschstation gemäß der Erfindung;
• Fig. 8 zeigt eine längs der Schnittlinie 8-8 von Fig. 3 angesetzte Ansicht des den Träger vorbewegenden Mechanismus;
• Fig. 9 zeigt eine explodierte Ansicht zur Darstellung der Merkmale der bei der Erfindung verwendeten Träger;
• Fig. 10 zeigt eine Schnittansicht längs der Schnittlinie 10-10 von Fig. 9;
• Fig. 11 zeigt eine Schnittansicht längs der Schnittlinie 11-11 von Fig. 9;
• Fig. 12 zeigt ein Flüssigkeits-Flußdiagramm zur Darstellung der Flüssigkeitsströme, die während der in dem Reaktionsgefäß erfolgenden Probenbehandlung stattfinden; und
• Fign. 13A bis 13H zeigen Flußdiagramme der für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten Sof tware.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
• Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Analysevorrichtung, bei der die Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendet wird. Die Analysevorrichtung weist eine Eingabe- oder Einlaßkammer 10 auf, in der mehrere Träger 12 gehalten sind. Jeder Träger 12 hält einen Probenhalter für eine zu behandelnde Probe, der als flexibel montiertes Reaktionsgefäß 100 ausgebildet ist. Das Reaktionsgefäß 100 enthält magnetische Partikel 101 (Fig. 11), d.h. auf ein Magnetfeld reagierende Partikel, und Reagentien zur Durchführung von Immunoassays. Der Träger 12 hält ferner einen abnehmbaren durchsichtigen Behälter oder ein Pack 272, das in ein weiteres Instrument zur Evaluation der durchgeführten Immunoassays einführbar ist. An dem (in der Figur) unteren Bereich der Einlaßkammer ist ein optischer Dekodierer 14 positioniert, um einen Code, der an dem in dem Träger 12 angeordneten Probenhalter angebracht ist und zur Identifizierung des durchzuführenden Tests dient, zu dekodieren, so daß die Analysevorrichtung korrekt betätigt werden kann.
• Eine erste Transporteinrichtung 17 bewegt den Träger 12 linear in einer ersten Richtung und drückt die Träger 12 gegen den Dekodierer 14. Nach der Dekodierung transportiert ein Shuttle- Mechanismus 16 die Träger 12 linear in einer quer zu der ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung von einem Ende der Einlaßkammer 10 zu einem Ende der Behandlungskammer 19. Die Behandlungskammer 19 ist generell parallel zu der Einlaßkammer 10 angeordnet und derart positioniert, daß der von der gesamten Behandlungseinheit eingenommene Raum minimiert wird. Eine durch den Block 20 angedeutete erste Überführungseinrichtung 20 wirkt derart auf jeden Träger 12 ein, daß die Probe und die Reagentien jedes Trägers in das Reaktionsgefäß 100 des Trägers überführt werden. Ein Transportmechanismus 22 transportiert die Träger 12 nacheinander linear in einer dritten Richtung, die der ersten Richtung entgegengesetzt ist und im wesentlichen parallel zu dieser verläuft, zu mehreren Behandlungspositionen 24. An der zweiten, der vierten und der sechsten Behandlungsposition 24 sind Einrichtungen zum Verwirbeln des Reaktionsgefäßes 100 jedes Trägers angeordnet. An der achten und der neunten Behandlungsposition ist eine Wascheinrichtung 26 angeordnet, um Flüssigkeiten aus dem Reaktionsgefäß 100 jedes Trägers zu entfernen und diese Flüssigkeiten durch eine andere Flüssigkeit zu ersetzen. An sämtlichen Waschpositionen sind Translationseinrichtungen 30 angeordnet, die das Reaktionsgefäß 100 jedes Trägers vor den Entnahme der Flüssigkeit einem Magnetfeld aussetzen, um die magnetischen Partikel gegen die Wände des Reaktionsgefäßes zu positionieren.
• Anschließend transportiert eine an der letzten Behandlungsstation angeordnete Überführungseinrichtung 32 den Inhalt des Reaktionsgefäßes 100 jedes Trägers in dessen Behälter 272, um den Inhalt zu speichern, bis er analysiert wird. Eine vierte Transporteinrichtung 34 transportiert jeden Träger 12 quer zu der dritten Richtung von der Behandlungskammer zurück zu dem anderen Ende der Einlaßkammer. Schließlich transportiert eine fünfte Einrichtung jeden Behälter 12 zwecks Speicherung von dem anderen Ende der Einlaßkammer 10 in einer generell parallel zu der ersten Richtung verlaufenden Richtung. Nach der Speicherung können die Träger 12 beliebig entnommen werden, d.h. der Behälter 272 kann von den Trägern abgenommen und zur Analyse in eine geeignete Analysevorrichtung plaziert werden, z.B. den "acaWz Clinical Analyzer", vertrieben von E.I. du Pont de Nemours & Company, Wilmington, DE.
• Es hat sich erwiesen, daß die in dieser Weise ausgebildete multilineare Vorrichtung beträchtlichen Raum einspart und dennoch nach Belieben den Echtzeit-Erfordernissen eines Behandlungsystems zum Analysieren von Proben entsprechend arbeiten kann, d.h. die Vorrichtung erlaubt ein beliebiges Eingeben und Entnehmen von Proben in das bzw. aus dem System.
• Fig. 2 ist eine Außenansicht des Instruments, dessen Funktionsweise in Fig. 1 veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt eine Einlaßkammer 10, einen Träger 12, einen ersten Transportmechanismus 16, einen optischen Dekodierer 14, eine Behandlungskammer 19 und einen Transportmechanismus 32 zum geradlinigen Transport. Ferner weist die Einheit - typischerweise in dem Box-Teil 500 (Fig. 3) - die Elektronik und die Software auf, die den Betrieb des Systems in der noch zu beschreibenden Weise steuern.
• Fign. 3 bis 12 zeigen nähere Einzelheiten des Systems gemäß Fign. 1 und 2. Diese Figuren zeigen die erste Transporteinrichtung oder den Träger-Antrieb 17, der durch einen federbelasteten Riemen 152 antreibbar ist, welcher mittels eines Motors 154 betätigt wird. Bei Betrieb wird der Träger-Antrieb 17 durch Führungsleisten 156 geführt. Der erste Transportmechanismus 16 (Fig. 4) weist ein Paar Stifte 60 auf, die derart federbelastet sind, daß sie in einer ersten Richtung klappbar sind, d.h. in der zur Bewegung der Träger 12 aus der Einlaßkammer 10 zu der Behandlungskammer 19 erforderlichen Richtung.
• Die Stifte 60 selbst sind an einem Bügel 62 montiert, der von Leisten 65 und einem zur Anbringung von Bewegungskraft vorgesehenen Treibriemen 66 gehalten ist. Der Treibriemen 66 wird von einem Motor 68 angetrieben.
• Während ihres Betriebes können sich die Stifte 60 des ersten Transportmechanismus der ersten Richtung entgegengesetzt zu der in der Figur rechten Seite hin bewegen, bis die Stifte 60 an Behälter 520 (Fig. 4) angreifen, die jeweils am Boden der Träger 12 ausgebildet sind. Wenn die Bewegung des Transportmechanismus 16 umgekehrt wird und wieder in der ersten Richtung verläuft, wird der in dieser Weise im Eingriff befindliche Träger 12 in der ersten Richtung zu der in der Figur linken Seite hin in die Behandlungskammer 19 hinein bewegt.
• Die Behandlungskammer 19 weist eine Plattform 67 mit mehreren an dieser positionierten Stiften 18 auf, welche in dem Zwischenraum zwischen sämtlichen von mehreren Behandlungspositionen angeordnet sind. In der vorliegenden Figur sind insgesamt 10 Behandlungspositionen vorgesehen, in denen die in den Reaktionsgefäßen 100 enthaltenen Reagentien und Proben inkubiert und gewaschen werden, bevor sie zur weiteren Behandlung herausbewegt werden. Die Plattform 67 wird geradlinig in der durch die Pfeile 70 gezeigten Richtung schrittweise von einer Behandlungsposition zur nächsten vorbewegt. Nach jeder Positionsbewegung wird die Plattform 67 abgesenkt, wie durch den Pfeil 73 und die durch unterbrochene Linien gezeigten Stifte 18" (Fig. 5) angedeutet, um aus den Träger auszurücken. Dann wird die Plattform rückwärts in Gegenrichtung zu dem Pfeil 70 (Fig. 3) in die nächstvorhergehende Behandlungsposition bewegt und anschließend erneut angehoben, wie durch den Pfeil 69 und die in unterbrochenen Linien gezeigten Stifte 18" (Fig. 5) angedeutet, um an die Behälter 520 anzugreifen, die in den Trägern 12 der jeweils vorhergehenden Behandlungspositionen angeordnet sind. Auf diese Weise werden die Träger 12 inkremental von einer Behandlungsposition zur nächsten, dann wiederum zur nächsten usw. bewegt. Da das Reaktionsgefäß 100 in jedem Fall magnetische Partikel 101 enthält (Fig. 11), die dazu tendieren, sich zu setzen, müssen die Partikel während der Bewegung der Träger 12 zu sämtlichen Behandlungspositionen gelegentlich verwirbelt werden, um die Partikel zu resuspendieren. Dies erfolgt mittels des Mischers gemäß Fig. 6 an den Behandlungspositionen 2,4,6,8,9 und 10. Der Träger 12 zum Halten des Reaktionsgefäßes ist in Fign. 9-11 am deutlichsten gezeigt.
• Fign. 9, 10 und 11 zeigen eine explodierte Schnittansicht eines der Träger 12 gemäß Fig. 1. Der Träger 12 weist ein hohles, im Spritzguß gefertigtes Gehäuse 250 auf, das durch ein Paar Seitenwände 252, eine obere Platte 258 und eine Basis-Stütze 260 gebildet ist. In dem unteren Bereich ist zwischen den Seitenwänden 252 eine Antriebsstange 240 positioniert und - z.B. mittels Klebung - an der Basis-Stütze befestigt. Die Antriebsstange 240 ist versehen mit Ausnehmungen 520 zur Erleichterung der Aufnahme von Antriebsstiften, die die Antriebsstange 240 und somit den Träger 12 positionieren. Das Gehäuse 250 kann aus Polysulfon oder einem beliebigen anderen für technische Zwecke geeigneten Kunststoff bestehen, der starr, stark und chemisch inert ist. An der (in der Figur) vorderen Seitenwand 252 ist eine Trennwand 254 angeordnet, die in Zusammenwirkung mit der oberen Platte 258 den oberen Rahmen eines Analysepacks 262 aufnehmen kann, das wahlweise sowie vorzugsweise identisch ist mit dem acaWz-Pack, welches verwendet wird in dem "acaWz Automatic Clinical Analyzer", von E.I. du Pont de Nemours & Co., Inc. mit Sitz in Wilmington, Delaware, USA. Das acaWzPack weist an seiner Oberseite eine Identifizierungs-Kennung 266, die von geeigneten Sensoren gelesen werden kann, um den gerade durchgeführten bestimmten Test anzuzeigen, und ein Septum 268 mit einer Öffnung 270 auf, die zur Einführung von Materialien in ein Kunststoff-Pack 272 verwendbar ist. Da das acaWz Pack weithin bekannt ist, wird es nicht eingehender beschrieben.
• Die Trennwand 254 und die obere Platte 258 definieren zusammen eine Öffnung 256, die den oberen Teil des acaWzPacks 262 derart aufnehmen kann, daß das acaWzPack mit seinem aus Kunststoffmaterial gefertigten unteren Seiten-Pack 272 in den Träger 12 eingeführt werden kann. Das Seiten-Pack gleitet zwischen den beiden Seitenwänden 252 hinein. Der obere Bereich des Trägers 12 weist ferner ein längliches becherähnliches Teil 276 auf, das ein abnehmbares Probenreservoir 278 aufnehmen kann, welches mit einem Reservoir 280 versehen ist. Das Probenreservoir 278 ist durch entsprechend geformte Griffteile 282 in der Position innerhalb der Öffnung 276 gehalten. Das Probenreservoir 278 kann mit einem Zusatzteil 289 zur Steuerung des Zugriffs auf die Öffnung 276 versehen sein.
• Zur Komplettierung des Trägers 12 kann das Ende der oberen Platte 258 eine Öffnung 286 mit abwärts abstehenden Flanschen 288 aufweisen, die einen Reaktionsgefäßhalter 90 halten können. Die Flansche 288 sind an der Innenseite konkav ausgebildet, um eine Buchse zu bilden, die nach Art eines Kugelgelenks mit dem vorwölbenden oberen Teil eines Reaktionsgefäßhalters 90 zusammenwirkt. Der untere Teil des Reaktionsgefäßhalters 90 kann gemäß Fig. 6 einen umgekehrten Hohlraum oder einem Aufnahmebehälter 92 (Fig. 11) aufweisen, an dessen oberen Ende eine Öffnung 94 ausgebildet ist, die, wie noch beschrieben wird, einen Stift 96 eines Antriebsteils aufnehmen kann.
• Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung kann der Reaktionsgefäßhalter 90 aus dem Reaktionsgefäß selbst bestehen, obwohl die Verwendung des Reaktionsgefäßhalters 90 aufgrund seiner dauerhaften Stabilität und Zuverlässigkeit vorzuziehen ist. Falls der Reaktionsgefäßhalter 90 als Röhrchenhalter zur Aufnahme eines Reaktionsgefäßes 100 ausgebildet ist, ist das Reaktionsgefäß 100 an seinem oberen Bereich mit einer konzentrischen Kammer 102 zur Aufnahme von Reaktions- Reagentien versehen, die typischerweise - z.B. bei einem Immunoassay-Vorgang - verwendet werden.
• Der Reaktionsgefäßhalter 90 kann in einer Wärmekammer 59 positioniert werden und wird durch die Antriebseinrichtung 304 angetrieben oder in eine Taumelbewegung versetzt; gemäß der Erfindung ist die Antriebseinrichtung 304 im einzelnen derart ausgebildet, daß sie, wie in der Schnittdarstellung von Fig. 6 gezeigt, am Boden der Wärmekammer 59 angreift, und dem Reaktionsgefäßhalter 90 eine bidirektionale Bewegung gemäß der Linie 307 (Fig. 9) sowie eine Drehbewegung gemäß der Linie 309 vermittelt. Diese Antriebseinrichtung 304 wird von einem einzigen bidirektionalen Antriebsmotor 311 (Fig. 9) angetrieben, der der Antriebseinrichtung 304 (Fig. 9) eine Drehbewegung übermittelt. Die Antriebseinrichtung greift an den Reaktionsgefäßhalter 90 an, indem sie einen Mischzylinder oder eine Mischplatte 110 anhebt, an der der Stift 96 angrenzend an deren Umfang an einem außerhalb der Längsachse des Mischzylinders 110 angeordneten Punkt angeordnet ist. Anders ausgedrückt bedeutet dies, daß der Stift 96 durch Angriff an das untere Ende des Mischgefäßhalters 90 diesen in eine Position bewegt, die exzentrisch zu der Achse angeordnet ist, an der der Mischzylinder 110 montiert ist. Dann versetzt die Antriebseinrichtung 304 den Mischzylinder 110 in eine Drehbewegung, wodurch das angreifende Ende des Reaktionsgefäßes 100 in eine Kreisbahn bewegt wird. Falls das Reaktionsgefäß 100 derart angeordnet ist, daß es in zwei Dreh-Freiheitsrichtungen bewegbar ist, wird der Inhalt des Reaktionsgefäßhalters 90 in eine Verwirbe- lungs- oder Taumelbewegung versetzt und somit gemischt. Eine Umkehrung des den Mischzylinder 110 drehenden Antriebs stoppt die Umlaufbwegung des Reaktionsgefäßes 110 und senkt den Mischzylinder 110 ab, wodurch der Stift 96 aus dem Reaktionsgefäßhalter 90 ausrückt.
• Die Antriebseinrichtung 304 (Fig. 9) weist ein zylindrisches Gehäuse oder eine Basis 120 mit einem Innenflansch 122 zur Befestigung eines Lagers 124 auf, das seinerseits eine Mutter 127 dreht. Das (in der Figur) untere Ende der Mutter 127 ist zylindrisch und hohl ausgebildet, um eine Schraube 128 aufzunehmen, die in Gewindeeingriff durch die Mutter 127 verläuft. Am oberen Ende der Schraube 128 ist eine längliche, zylindrische Mischeinrichtung angeordnet, die als Mischzylinder 110 ausgebildet ist, an dem der exzentrisch angeordnete Stift 96 in der beschriebenen Weise befestigt ist. Das untere Ende der Schraube 128 greift mit einer Verriegelungsmutter oder -scheibe 130 zusammen, um den Bewegungsspielraum der in der Mutter 127 angeordneten Schraube 128 nach oben hin zu begrenzen.
• Die Drehung des Mischzylinders 110 wird durch eine - nur teilweise gezeigte - als Blattfeder geformte Klemme 132 verhindert, die an den Umfang des Mischzylinders angreift, um dessen Bewegung bis zu einem gewissen Grad zu unterbinden. Die Blattfeder 132 ist an der Basis 120 montiert. Der untere Bereich der Mutter 127 ist in Form einer Riemenscheibe 126 ausgebildet, um einen Treibriemen 131 (Fig. 6) von einem Motor 172 aufzunehmen (Fign. 3 und 4).
• Diese automatische Vorrichtung funktioniert dergestalt, daß die Mutter 127 mittels des an der Riemenscheibe 126 befestigten Treibriemens 131 gedreht wird. Die an der Basis 120 montierte Blattfeder 132 zieht an dem äußeren Umfangsbereich des Mischzylinders 110 und wirkt somit als Drehklaue auf die Schraube 128 und den Mischzylinder 110. Wenn die Mutter 127 in dieser Weise gedreht wird, verhindert die Klaue eine Drehung der Schraube 128, so daß die Schraube 128 statt dessen den Mischzylinder 110 anhebt. Dieser Anhebvorgang wird fortgeführt, bis die an der Unterseite der Schraube 128 angeordnete Scheibe 130 ein weiteres Anheben verhindert. An diesem Punkt schlüpft die Klaue und erlaubt eine gemeinsame Drehung der Mutter 127, der Schraube 128, des Mischzylinders 110 und der Scheibe 130. Zu diesem Zeitpunkt ist der Stift 96 derart angehoben worden (unterbrochene Linie 133), daß er in die Ausnehmung und schließlich die Bohrung 94 in dem Mischgefäßhalter 90 eingreift.
• Der Eingriff ist vollständig, wenn die Schraube 128 das obere Ende des Bewegungsweges erreicht und anschließend die exzentrische Bewegung des Stiftes 96 bewirkt, daß der Boden des Reaktionsgefäßhalters 90 gemäß der unterbrochenen Linie 134 rotiert und somit eine Verwirbelung in dem Reaktionsgefäß 100 erzeugt. Falls die Drehrichtung der Nuß 127 umgekehrt wird, beginnt der Bewegungsablauf erneut, jedoch in umgekehrter Richtung, d.h. die Schraube 128 wird abgesenkt, bis sie an den Flansch 122 anschlägt.
• Die Erfindung erweist sich als sehr vorteilhaft. Sie funktioniert mit einer geringen Anzahl kostengünstiger Teile. Ein einziger Antriebsmotor genügt für das Anheben und Drehen des Mischzylinders 110. Die Vorrichtung ist zusammen mit jeder Anzahl baugleicher Vorrichtungen verwendbar, die sämtlich von dem gleichen Antrieb angetrieben werden können. Die Vorrichtung greift in sanfter Weise an den Boden des Reaktionsgefäßhalters 90 oder Reaktionsgefäßes an, um ein Verschütten des Inhalts des Behälters 100 zu verhindern. Ferner bewirkt der Eingriff des Stiftes 96 in die Öffnung oder Bohrung 94 einen sehr positiven und zuverlässigen Antrieb, selbst falls eines der Gefäße falsch positioniert ist.
• Die Einzelheiten des geradlinigen inkrementalen Vortriebsmechanismus sind insbesondere aus Fig. 5 ersichtlich. Fig. 5 zeigt die Plattform 67, die an jedem Ende mittels linearer Gleiteinrichtungen 300 montiert ist. Die linearen Gleiteinrichtungen 300 werden durch Hebelarme 305 angetrieben, die an einem zentralen Schwenkstift 306 angelenkt und an einem gemeinsamen Punkt 308 miteinander verbunden sind, der als Nokkenfolger wirken kann und durch einen von (nicht gezeigten) Motoren angetriebenen Nocken 310 angetrieben wird. Der Nocken 310 ist exzentrisch, um den gemeinsamen Punkt 308 anzuheben und abzusenken und somit gleichzeitig die Plattform 67 anzuheben und abzusenken.
• Die Plattform 67 ist ferner derart montiert, daß sie durch einen angetriebenen Arm 312 seitlich bewegt werden kann, der seinerseits von einem Schubarm 314 betätigt wird, der an dem Punkt 316 mit dem Nocken 310 verbunden ist, wobei der Nocken 310 den exzentrisch an ihm angeordneten Punkt 316 dreht. Die Plattform 67 wird seitlich vor- und zurückbewegt.
• Bei Betrieb wird die lineare Plattform 67 durch die Bewegung des Schubarms 314, der auf den angetriebenen Arm 312 einwirkt, derart angetrieben, daß sie zunächst auf die in der Figur rechte Seite hin bewegt wird und dabei eine hinreichende Strecke zurücklegt, um die Träger 12 von einer Position zu der nächsten zu bewegen. Anschließend wirkt der Nocken 310 derart auf den gemeinsamen Punkt 308 ein, daß die Plattform 67 durch die Aktion der Federn 302 abgesenkt wird und somit die Stifte 18 aus dem Boden der Träger 12 ausrücken. Dieser Punkt ist, wie bereits beschrieben, durch die unterbrochene Linie 18' gezeigt. Anschließend wird die Plattform 67 gemäß dem Pfeil 75 in Richtung der in der Figur linken Seite bewegt, um die Stifte 18 aus einer vorderen Position in die nächsthintere Position der Träger 12 zu bewegen. Schließlich werden die Träger 12 wieder angehoben, wie durch den Pfeil 69 und die mit 18' markierte Stiftbewegung gezeigt, um an die Träger 12 der nächstvorhergehenden Position anzugreifen, so daß auch diese in den nächsten Zyklus verbewegt werden können. Die gesamte Plattform 67 ist zur Bewegung auflinearen Gleiteinrichtungen 300 angeordnet.
• Die Mischer 174 werden von einem Riemen 173 angetrieben, der von einem Riemenscheiben 126 antreibenden Motor 172 betätigt wird. Zum Antreiben der Mischer 174 an der zweiten, vierten und sechsten Position in dem Inkubationszyklus wird ein einziger Riemen verwendet. Sämtliche der ersten sechs Behandlungspositionen sind in einem Wärmegehäuse 59 angeordnet. Ferner werden Mischer 220 an (mit 193 bezeichneten) Behandlungspositionen 8 und 9 mittels eines Riemens 161 angetrieben, der durch einen Motor 160 betätigt wird. Ein letzter Mischer 192 ist an der Position 10 angeordnet. Dieser wird von einem Antriebsmotor 162 und einem Riemen 164 angetrieben. Wie erwähnt, umschließt das Wärmegehäuse 59 nur die Behandlungspositionen 1 bis 7. Eine erste Überführungseinheit 20, die als Robotersystem mit herkömmlichem Design ausgebildet ist, handhabt eine Sonde in zwei Freiheitsgraden, nämlich in der X- und der Z-Richtung. Die erste Überführungseinheit 20 ist mit einer Sonde versehen, die in der anhand Fig. 12 beschriebenen Weise betätigt wird, um eine Probe aus dem Becher 280 in das Reaktionsgefäß 100 und Reagens aus dem äußeren, konzentrischen Bereich 102 des Reaktionsgefäßes 100 in das Reaktionsgefäß 100 selbst zu transportieren. Dabei ist, wie erwähnt, das Reaktionsgefäß 100 in einem Reaktionsgefäßhalter 90 untergebracht, der die beschriebene Ausgestaltung aufweist und an seinem unteren Ende in eine Taumelbewegung versetzt werden kann.
• An den Waschpositionen 8 und 9 ist eine Wascheinrichtung vorgesehen, die eine Überführungseinheit 410 (Fig. 7) mit einer einzigen Bewegungsrichtung Z aufweist und eine mit konzentrischen Kanälen 404 versehene Sonde 400 bewegen kann, um das Fluid aus dem Reaktionsgefäß 100 anzusaugen und saubere Waschflüssigkeit einzuführen. Die Nadeln sind durch geeignete koaxiale Schläuche 408 mit einer peristaltischen Pumpe 168 (Fig. 12) verbunden. Der Überführungsmechanismus 410 ist vom herkömmlichen Typ. An jeder Waschposition ist ein natürlicher Magnet 412, der aus Neodymium bestehen kann, an einem Hebelarm 414 befestigt, der an einem Schwenkpunkt 416 durch einen Riemenscheibenantrieb 418 betätigt wird. Die Riemenscheibe 422 wird über einen Riemenscheiben-Riemen 420 von einem Gleichstrom-Getriebemotor 421 angetrieben, um den Magneten 412 in die Nähe des Reaktionsgefäßhalters 90 zu bewegen und den Magneten 412 dann von dem Reaktionsgefäßhalter 90 wegzubewegen, wie durch die unterbrochene Linie 424 gezeigt ist. Wie noch beschrieben wird, dient dieser Vorgang dazu, die magnetischen Partikel zu der Seite des Reaktionsgefäßes hin anzuziehen, so daß bei der Ansaugung die magnetischen Trägerpartikel nicht entfernt werden.
• An der letzten oder zehnten Behandlungsposition ist eine zweite Überführungseinheit 32 vorgesehen, die das gleiche herkömmliche Design wie oben beschrieben hat und zwei Bewegungsgrade in X- und Z-Richtung aufweist. Diese Überführungseinheit 32 ist unter einem Winkel derart angeordnet, daß behandelte Probenflüssigkeit aus dem Reaktionsgefäß 100 abgezogen, über den Fluidbehälter 272 bewegt und durch dessen Gummi-Septum 268 in diesen eingeführt werden kann.
• Eine in Fig. 3 am deutlichsten gezeigte dritte Transporteinrichtung 34 ist mit der zuvor beschriebenen ersten Transporteinrichtung 16 identisch und arbeitet in entgegengesetzter Richtung. Auch die dritte Transporteinrichtung 34 weist (nicht gezeigte) Klappstifte auf, mittels derer ein Paar Stifte in dieser Position gleitend unter den Träger 12 geführt wird, an die in dem Träger 12 befindlichen Behälter 520 angreifen und anschließend durch Bewegung in die aufrechte Position einrasten kann, um den Träger 12 aus der Behandlungskammer 19 zu der Einlaßkammer 10 zu bewegen. Sobald dies erfolgt ist, wird die Bewegung der Transporteinrichtung 34 umgekehrt, und die Klappstifte werden aus dem Boden des Trägers 12 freigegeben und zurückbewegt, um an einen weiteren Träger 12 in der Behandlungskammer 19 anzugreifen.
• Eine fünfte Transporteinrichtung 36 (Fig. 8) arbeitet derart, daß sie die Träger, die die festiggestellte Probenreaktionsmischung enthalten, in den Auslaßbereich bewegen, aus dem die Behandlungsprobe entnommen und einem Instrument zum Lesen der Ergebnisse der Reaktion zugeführt werden kann. Das System des Flüssigkeitsflusses ist in Fig. 12 veranschaulicht. Aus dieser schematischen Darstellung ist ersichtlich, wie die verschiedenen Flüssigkeiten an den verschiedenen Positionen 1, 8, 9 und 10 in der Behandlungskammer 19 dem Reaktionsgefäß 100 zugeführt werden. Die erste Position ist nicht gezeigt. Wie erwähnt, werden in dieser Position die Probe, Reagans und Wasser, die jeweils durch eine Luftblase abgeschieden sind, dem Träger 12 und der Wasserzufuhr 450 entnommen und dem Reaktionsgefäß 100 an der ersten Position zugeführt. Anschließend werden die Reaktionsgefäße 100 durch die Behandlungskammer 19 vorbewegt.
• Die Flüssigkeiten werden mittels einer Pumpe 452 vom Spritzen- Typ (Fig. 12) vorbewegt, die motorgetrieben und durch die Prozeß-Steuereinrichtung 500 (Fig. 3) gesteuert ist. Eine peristaltische Pumpe 168 dient (1) zur Entnahme von Fluid aus der Wasch-Pufferlösung 458 und (2) zum Zuführen von Ablaß- Fluid zu einer Ablaßfluid-Entsorgungseinheit 460. Die durch ein Drehventil 454 betätigte Spritzen-Pumpe 452 führt den Überführungseinrichtungen 20 und 32 Fluid von der Resuspendierungspufferlösungs-Quelle 464, einer Wasserzufuhr 450 und der Sondenwaschflüssigkeitszufuhr 466 zu.
• Bei Betrieb wird die Reaktionsmischung, nachdem sie an der ersten Behandlungsposition das Proben-Reagens und Wasser erhalten hat, an den Positionen 2 bis 6 inkubiert. Wie beschrieben, wird sie an den Positionen 2, 4 und 6 verwirbelt. Nach der Inkubation befinden sich die nächsten beiden Einheiten 8 und 9 in der Waschkammer 26. In dieser Kammer 26 werden die Magneten 412, wie zuvor beschrieben, an der Seite des Reaktionsgefäßes 100 positioniert, damit sich die magnetischen Partikel an den Seiten sammeln. Dadurch wird ermöglicht, daß zu Anfang aus dem Inhalt der Reaktionsgefäße 100 an beiden Positionen 8 und 9 die Flüssigkeit abgezogen und der Ablaßfluid-Entsorgungseinheit 460 zugeführt wird. Anschließend wird frische Wasch-Puffer-Flüssigkeit aus 458 eingeführt.
• Nachdem der Träger 12 die Waschstation durchlaufen hat, gelangt er zu der Position 10. An dieser Position trifft das Reaktionsgefäß 100 praktisch trocken ein, so daß ihm Suspensionspufferflüssigkeit 464 zugefügt werden kann. Anschließend wird die Sonde mit einer von der Zufuhreinrichtung 466 gelieferten geeigneten Waschlösung gewaschen, z.B. mit Natriumhypochlorit plus Natriumhydroxid. An dieser Position dispergiert der Mischer 192 die magnetischen Partikel in der Pufferlösung. Anschließend wird die resuspendierte Pufferlösung aufwärts in die Überführungseinrichtung 32 gezogen. Die Überführungseinrichtung wird neupositioniert, und der entnommene Inhalt des Reaktionsgefäßes 100 in den Behälter 269 eingeführt. Nach dieser Aktion wird der Träger zurück in die Einlaßkammer 10 bewegt.
• Der Mechanismus, der zum Zurückbewegen des Trägers in die Einlaßkammer 10 benutzt wird, ist im wesentlichen der gleiche wie der Transportmechanismus, der den Träger 12 aus der Einlaßkammer 10 zu der Behandlungskammer 19 bewegt, jedoch mit Ausnahme der Tatsache, daß er umgekehrt zu der beschriebenen Weise arbeitet. Dies ist teilweise in Fig. 8 ersichtlich. Gemäß Fig. 8 wird der Träger 12 mittels des Stiftes 550 von der Trägertransporteinrichtung 502 in die Einlaßkammer 10 bewegt. An diesem Punkt vollführt der Träger eine Rückbewegung und kehrt zu der Behandlungskammer 19 zurück. Die Trägertransporteinrichtung 502 ist an einem Gleitmechanismus 506 montiert und wird durch einen um einen Riemenscheibe 510 gewickelten Draht 508 betätigt. Das andere Ende des Drahtes 508 ist derart an der Trägerantriebstransporteinrichtung 502 befestigt, daß, wenn diese zu der Behandlungskammer 19 zurückkehrt, der Draht 508 gespannt wird und dabei bewirkt, daß der Hebelarm 504 gegen den Träger 12 gezogen wird und diesen in die durch die unterbrochene Linie gezeigte Position 512 versetzt. An den Gleitarm 506 ist eine Feder 514 befestigt, um diesen und den Hebel 504 zurück zu einer Rückzugsposition zu bewegen, wenn die Trägertransporteinrichtung 502 wieder in den Einlaßbereich 10 zurückkehrt.
• Bei der Vorrichtung wird eine einzige Zeit-Schablone verwendet, um das Immunoassay zu behandeln. Die an jedem Assay vorgenommenen Operationen folgen einer festen Abfolge und werden von einem festen Zeitsteuerungszyklus geregelt. Die Operationsabfolge beginnt an einer Position #1 (Fig. 12), an der die Patientenprobe, das Reagens und die magnetischen Partikel miteinander vermischt werden, um das Assay zu initiieren. Die Positionen #2 bis #7 bilden die Inkubationsstationen. Die diese Stationen durchlaufenden Assays erhalten ein Quantum von 6 Inkubationszyklen bei der gesetzten Temperatur von 37ºC. Wenn die Assays zu den Positionen #8 und #9 vorrücken, führen die beiden Waschstationen insgesamt drei Waschvorgänge durch. Die Verzehrstoffe werden "trocken" hinterlassen, wenn sie in die Auslaßstation an der Position #10 vorrücken. An der Position #10 werden die an den magnetischen Partikeln eingefangenen Analyten resuspendiert und anschließend in das in dem Träger befindliche acaWz-Pack eingefüllt.
• Da die Assays in fließbandmäßiger Abfolge behandelt werden sollen, sind die Stationen gemäß ihren Zwecken getrennt und derart programmiert, daß sie unabhängig funktionieren. Fign. 13A-13G zeigen Flußdiagramme, die die Struktur der Behandlungsvorgänge des Instruments veranschaulichen. Diese Flußdiagramme bilden die Basis der Programmierung der CPU.
Beschreibung der Flußdiagramme
• Fig. 13a zeigt einen Überblick über die Behandlungsvorgänge. Die fünf gezeigten Aufgaben - Verfahrensdekodier-Aufgabe, Eingangs- und Ausgangsstations-Aufgabe, Waschstations-Aufgabe, Inkubations-Aufgabe und Transport-Aufgabe - werden beim Hochfahren initiiert. Nach dem Hochfahren kann erwartet werden, daß diese Aufgaben als unabhängige Einheiten durchgeführt werden. Zusammen mit dem Initiieren der Aufgaben werden in dem Speicher eine Verfahrens-Verarbeitungsschlange und Aufgabenstatusflaggen benötigt.
• Beim Start der Verarbeitungsschleife gemäß Fig. 13a werden der Eingabefachbereich 10 und die Behandlungskammer (Positionen #1-#10) daraufhin überprüft, ob Testproben enthaltene Träger in dem Instrument enthalten sind. Das Eingabefach ist mit (nicht gezeigten) Sensoren versehen, um zur Behandlung anstehende Träger 12 zu detektieren. Wenn die Träger 12 ihren Zyklus in der Behandlungskammer beginnen, verfolgt die Verfahrens-Verarbeitungsschlange die Positionen der Träger. Falls irgendein Träger zur Behandlung ansteht oder gerade behandelt wird, muß in den vier Aufgabenfeldern der Verfahrensdekodierung, der Eingangs- und Ausgangsstation, der Waschstationen und der Inkubation überprüft werden, ob in ihrem Bereich irgendeine Träger-Position zur Behandlung anfällt. Wenn dies der Fall ist, muß die Aufgabe einen Aktiv-Status geltend machen, die Behandlung vornehmen und nach erfolgter Behandlung ihre Status-Flagge löschen. Sobald sämtliche Aufgaben das Signal zu Start erhalten, wird die Verarbeitungsschleife für eine volle Zyklusdauer angehalten. Diese Operation ist in Fig. 13A gezeigt. Die unterbrochene Linie zeigt den Signalfluß zwischen der Hauptverarbeitungsschleife und den verschiedenen Aufgaben an. Nach der einen vollen Zyklus dauernden Verzögerung wird die Schleife fortgeführt, indem die Status-Flagge jeder Aufgabe geprüft wird. Falls sämtliche Aufgaben durchgeführt worden sind, wird die Transport-Aufgabe initiiert, um die Träger in ihre nächste Position vorzubewegen, und in der Verfahrens- Verarbeitungsschlange werden die Träger-Positionen aktualisiert (Fig. 13G). Falls jedoch noch irgendwelche Aufgaben durchgeführt werden, macht das System einen Zykluszeitfehler geltend und veranlaßt eine Verzögerung um eine Sekunde, bevor es den Status sämtlicher Aufgaben erneut überprüft. Nach dem Vorbewegen der Träger in ihre nächsten Positionen beginnt die Hauptverarbeitungsschleife erneut von Anfang an, bis sämtliche Träger gehandhabt worden sind.
• Fig. 13B zeigt ein Flußdiagramm für die Verfahrensdekodier- Aufgabe. Falls an dem Eingabefach ein Träger ansteht, setzt die Verfahrensdekodier-Aufgabe ihre Besetzt-Flagge. Das acaWz- Pack 78 wird dekodiert, um zu bestimmen, welchen Typ von Verfahren für diesen Träger 12 vorgesehen ist. Auf der Basis dieses Verfahrens-Typs ermittelt das System unter Rückgriff auf den Inhalt des Speichers die verfahrensspezifischen Parameter. Diese Information wird in die Verfahrens-Verarbeitungsschlange plaziert, und die Träger-Position für diesen Test wird auf 0 gesetzt. An diesem Punkt wartet der Träger 12 darauf, daß die zum geradlinigen Transport vorgesehene Einrichtung (Fig. 5) die Träger-Positionen in der Verfahrens-Verarbeitungsschlange vorbewegt, und daß die Träger mittels der Einlaß-Aufgabe in die Behandlungskammer 18 transportiert werden. Der in dem Verfahren vorgesehene Aktiv-Status der Dekodier-Aufgabe wird rückgesetzt, und die Dekodier-Aufgabe des Verfahrens wird beendet.
• Fign. 13C und D zeigen Flußdiagramme für die Einlaß- und die Auslaß-Station. Da die Einlaß- und die Auslaß-Station gemeinsam die gleiche Präzisions-Fluidzuführpumpe benutzen, machen sie eine Koordinierung der Zeitsteuerung erforderlich, um Konflikte bei der Verwendung der Ressourcen zu vermeiden. Aus diesem Grund ist der Behandlungszyklus weiter unterteilt, und zwar in zwei Hälften. Die erste Hälfte des Zyklus ist dem Behandlungsvorgang für die Auslaßstation zugewiesen; und die zweite Hälfte gehört zu der Einlaßstation. Wenn diese Aufgabe das Start-Signal erhält, prüft sie die Verfahrens-Verarbeitungsschlange auf das Vorhandensein eines Trägers 12. Falls irgendeine Träger-Position in der Schlange = 1, dann wird der in dem Dekodierbereich 14 befindliche Träger 12 in die Position #1 bewegt, in der eine möglicherweise vorgesehene Vorheizeinrichtung die Temperatur des Reaktionsgefäßes an die Temperatur der Inkubationskammer annähert.
• Falls die Auslaßstation den Behandlungsvorgang nicht in der ihm zugewiesenen Zeitdauer von einem halben Zyklus beenden kann, wird nach der Einlaßstations-Verzögerung eine Einlaß- Standby-Flagge, die von der Auslaßstation gesetzt und rückgesetzt wird, überwacht, um einen Ressourcen-Konflikt zu verhindern. Nachdem die Verzögerung bis zur zweiten Hälfte des Zyklus erfolgt ist und die Standby-Flagge anzeigt, daß die Pumpen-Ressourcen frei sind, beginnt der Einlaß-Arm, das methodenspezifische Volumen des Fluids aus der an dem Träger angeordneten acaWz-Proben-Becher und das methodenspezifische Volumen des Reagens aus der verzehrbaren Kragenwanne zu saugen und beide in den zentralen Behälter des Reaktionsgefäßes einzuführen. An diesem Punkt wird die Nadel des Einlaß-Arms gewaschen. Die Aktiv-Flagge der Einlaßstation wird rückgesetzt. Wenn während des Betriebs der Station #1 ein Träger an der Position #10 vorhanden ist, setzt die Auslaßstation ihre Aktiv-Flagge und die Einlaßstation ihre Standby-Flagge (Fig. 13d). Die Standby-Flagge zeigt der Einlaßstation an, daß die Pumpen-Ressource aktiv ist. Nachdem die Flaggen gesetzt sind, gibt die Nadel der Auslaßsstation ein methodenspezifisches Volumen von Resuspendierungs-Pufferlösung in den zentralen Behälter des Reaktionsgefäßes ein. Der Mischer (Fig. 6) rotiert in einer Richtung, um die magnetischen Partikel zu resuspendieren. Anschließend wird der Mischer zurückgezogen, indem er in der entgegengesetzten Richtung gedreht wird. Die Nadel der Auslaßsstation nimmt eine methodenspezifische Menge an magnetischer Suspension auf und gibt sie zusammen mit einem methodenspezifischen Volumen von Resuspendierungs-Pufferlösung in das acaWz-Pack 269 ein. Dann wäscht das Instrument die Nadel. Nach Beendigung der Nadelwaschroutine kann die Einlaß- Standby-Flagge auf 0 rückgesetzt werden. Dies erlaubt der Einlaßstation, ihren Behandlungsvorgang zu beginnen. An diesem Punkt ist der Träger 12 frei zum Hinaustransport aus der Behandlungskammer 19. Sobald der Träger 12 herausbewegt worden ist, ist die Aufgabe der Auslaßsstation beendet. Falls sowohl die Status-Flagge der Einlaßstation und diejenige der Auslaßstation anzeigen, daß diese ihren Vorgang beendet haben, ist die Einlaß-/Auslaß-Aufgabe erfüllt, und das Programm verläßt diese Aufgabe.
• Fig. 13E zeigt ein Flußdiagramm der beiden Waschstationen an den Positionen #8 und #9. Wenn die Waschstations-Aufgabe von der Mauptverarbeitungsschleife das Start-Signal erhält, prüft sie die Verfahrens-Verarbeitungsschlange, ob die Positionen #8 oder #9 besetzt sind Falls sich in einer der Stationen ein Träger 12 befindet, wird von der Waschstations-Aufgabe eine Aktiv-Flagge gesetzt. Jede Waschstation muß zwei Ansaug-Verteilungs-Zyklen durchlaufen, um drei vollständige saubere Waschzyklen zu durchzuführen. Somit besteht die erste Operation darin, eine Schleifen-Variable auf 1 zu setzen. Anschließend werden die Magneten gegen den Verzehrstoff bewegt, um den Magnetpartikelabscheidungsprozeß zu beginnen. Nach einer mehrere Sekunden betragenden Wartedauer, um dem Magnetfeld zu ermöglichen, die magnetischen Partikel gegen die Wand des Reaktionsgefäßes zu einem Pellet zusammenzuziehen, startet die Waschstations-Aufgabe die peristaltische Pumpe, um das "schmutzige" Fluid herauszusaugen. Die an den Positionen #8 und #9 befindlichen Ventile für die Saugleitungen werden geöffnet, und die Waschsonden werden in die Verzehrstoffe bewegt. Nachdem man der Pumpe mehrere Sekunden Zeit gelassen hat, um die Verzehrstoffe trockenzusaugen, werden die Stationen #8 und #9 auf das Vorhandensein eines Assays geprüft, um zu bestimmen, welche Verteilerleitungen zusammen mit den Saugleitungen geöffnet werden können, damit die Sonde gespült werden kann. Die Station #9 unterliegt dem speziellen Erfordernis, daß sie die erste Waschschleife bilden muß, bevor die Verteilerleitung öffnet. Dies ist der Fall, weil die Reaktionsgefäße die zweite Waschstation trocken verlassen müssen, so daß an der Auslaßstation, Position #10, eine Resuspendierungs-Pufferlösung zugefügt werden kann. Nachdem die Verteilerleitung(en) für eine gesetzte Spüldauer geöffnet worden ist (sind), werden die Saugleitungsventile geschlossen. Die Verteilerleitung(en) bleibt (bleiben) offen, um die bestimmte Menge an neuer Wasch-Pufferlösung zu verteilen. Dann wird (werden) das/die Verteilerventil(e) geschlossen, die Pumpe wird gestoppt, und die Magneten und die Sonden werden zurückgezogen. Die Waschstations-Mischer werden in ihre Aufwärts- Position gedreht, um die magnetischen Partikel in der neuen Wasch-Pufferlösung zu resuspendieren. Dann werden die Mischer in der entgegengesetzten Richtung gedreht, um sie zurückzuziehen. Damit ist die Schleife abgeschlossen. Der Schleifen-Zähler wird inkrementiert. Die Wasch-Sequenz wird für den zweiten Saug-Verteil-Zyklus neugestartet. Nachdem der zweite Zyklus abgeschlossen ist, ist die Waschstations-Aufgabe erfüllt, und das Programm verläßt diese Aufgabe.
• Fig. 13f zeigt ein Flußdiagramm der Inkubations-Aufgabe. Nach Erhalt des Start-Signals von der Hauptverarbeitungsschleife prüft die Inkubations-Aufgabe die Verfahrens-Verarbeitungsschlange für die Träger in den Positionen #2, #4 und #6. Falls sich in irgendeiner dieser Positionen ein Träger befindet, wird die Aktiv-Flagge der Inkubationsstation gesetzt, und der Inkubationsmischer dreht sich für 20 Sekunden, um die Chrompartikel werden in der Proben- und Konjugat-Reagens-Mischung dispergiert gehalten. An der Position #2 wird dieser Mischvorgang ferner dazu benötigt, um die Auflösung jeglicher Tabletten in dem zentralen Verzehrstoff-Behälter zu unterstützen. Nach 20 Sekunden werden die Mischer in entgegengesetzter Richtung gedreht, um sie in die Abwärts-Positionen zurückzuziehen. Da die Inkubationstemperatur von elektronischer Hardware gesteuert wird, braucht sich die Inkubations-Aufgabe nicht mit der Temperatursteuerung zu befassen. An diesem Punkt kann die Inkubations-Aufgabe die Aktiv-Flagge rücksetzen, und das Programm kann diese Aufgabe verlassen.

Claims (8)

1. Automatische multilineare Vorrichtung zur Behandlung von Immunoassays von Proben unter Verwendung eines festen Supports, wobei die Assays gebundene und freie Phasen aufweisen und die gebundene Phase an den festen Support gebunden ist, mit

einer Einlaßkammer (10),

mehreren Trägern (12), die in der Einlaßkammer angeordnet sind, wobei jeder Träger eine Probe, ein drehbar montiertes Reaktionsgefäß (100), Partikel, die den festen Träger bilden und auf ein Magnetfeld ansprechen, Reagentien und einen Reaktionsprodukt-Behälter (272) aufweist,

einer zur Einlaßkammer im wesentlichen parallelen Behandlungskammer (19) mit einem Ende und einem anderen Ende,

einer ersten Einrichtung (17), um die mehreren Träger linear in einer ersten Richtung zu einem Ende der Einlaßkammer zu transportieren, einer zweiten Einrichtung (16), um die mehreren Träger nacheinander linear in einer zweiten Richtung quer zu der ersten Richtung von dem einen Ende der Einlaßkammer zu einem Ende der Behandlungskammer zu transportieren,

einer ersten Überführungseinrichtung (20) zum Einwirken auf jeden Träger an dem einen Ende der Behandlungskammer, um die Probe und die Reagentien jedes Trägers in das drehbar montierte Reaktionsgefäß des Trägers zu übertragen,

einer dritten Einrichtung (22), um die mehreren Träger nacheinander linear in einer dritten Richtung entgegen und im wesentlichen parallel zu der ersten Richtung zu mehreren Behandlungspositionen (24) zu transportieren,

einer Einrichtung (304) zum Verwirbeln an mindestens einer Behandlungsposition durch Taumelbewegung des unteren Teils jedes drehbar montierten Reaktionsgefäßes,

einer Wascheinrichtung (26) an mindestens einer Behandlungsposition zum Entfernen von Flüssigkeiten aus jedem drehbar montierten Reaktionsgefäß und Ersetzen der Flüssigkeiten durch eine andere Flüssigkeit,

einer Magneteinrichtung (414) an jeder Wascheinrichtungsposition zum Anlegen eines Magnetfeldes an jedes drehbar montierte Reaktionsgefäß vor dem Entfernen von Flüssigkeiten,

einer zweiten Überführungseinrichtung (192) an dem anderen Ende der Kammer zum Überführen des Inhaltes jedes Reaktionsgefäßes in seinen Reaktionsprodukt-Behälter,

einer vierten Einrichtung (34), um jeden Träger quer zu der dritten Richtung von der Behandlungskammer zu dem anderen Ende der Einlaßkammer zu transportieren, und

einer fünften Einrichtung (36), um jeden Träger von dem anderen Ende der Einlaßkammer in einer Richtung, die im wesentlichen parallel zu der ersten Richtung verläuft, zur Lagerung zu transportieren.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der jeder Träger (12) mit mindestens einem Paar von Behältern (520) versehen ist, die am Boden des Trägers angeordnet sind, und die zweite Einrichtung ein Paar federgespannter Stifte (60) aufweist, die nach unten in der zweiten Richtung klappbar sind, wobei die zweite Einrichtung in einer der zweiten Richtung entgegengesetzten Richtung versetzt werden kann, um an jedes Paar von Behältern anzugreifen und jeden Träger in der zweiten Richtung zu transportieren.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die dritte Einrichtung aufweist: Paare fixierter Stifte (18), die an jeden der mehreren Träger-Behälter (520) angreifen können, und eine Einrichtung (67) für geradlinigen Transport zum Anheben jedes der Paare fixierter Stifte derart, daß diese an die Behälter angreifen und die genannte eine Behandlungsposition des Trägers verschieben, und zum Absenken jedes der Paare fixierter Stifte zur Freigabe der Behälter.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der die Magneteinrichtung (414) einen Magneten (412) und Einrichtungen zum Versetzen des Magneten aufweist, damit dieser an der Seite des drehbar montierten Reaktionsgefäßes angreift und dadurch die Partikel dem Magnetfeld aussetzt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die vierte Einrichtung (34) ein Paar federgespannter Stifte aufweist, die in der dritten Richtung nach unten klappbar sind, wobei die zweite Einrichtung in einer der dritten Richtung entgegengesetzten Richtung versetzt werden kann, um zum Transportieren des Trägers an jedes Paar von Träger-Behältern anzugreifen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der jeder Träger mit mindestens einem Paar von Behältern versehen ist, die am Boden des Trägers angeordnet sind, und die zweite Einrichtung (16) ein Paar federgespannter Stifte (60) aufweist, die nach unten in der zweiten Richtung klappbar sind, wobei die zweite Einrichtung in einer der zweiten Richtung entgegengesetzten Richtung versetzt werden kann, um an jedes Paar von Behältern anzugreifen und jeden Träger in der zweiten Richtung zu transportieren.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die dritte Einrichtung aufweist: Paare fixierter Stifte (18), die an jeden der mehreren Träger-Behälter (520) angreifen können, und eine Einrichtung (67) für geradlinigen Transport zum Anheben jedes der Paare fixierter Stifte derart, daß diese an die Behälter angreifen und die genannte eine Behandlungsposition des Trägers verschieben, und zum Absenken jedes der Paare fixierter Stifte zur Freigabe der Behälter.

8 Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Magneteinrichtung (414) einen Magneten (412) und Einrichtungen zum Versetzen des Magneten aufweist, damit dieser an der Seite des drehbar montierten Reaktionsgefäßes angreift und dadurch die Partikel dem Magnetfeld aussetzt.