DE69228386T2

DE69228386T2 - Verbindungstyp-vorrichtung für mikrolitermengen

Info

Publication number: DE69228386T2
Application number: DE69228386T
Authority: DE
Inventors: Yuan Lee
Original assignee: Artchem Inc
Current assignee: Artchem Inc
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1992-11-13
Publication date: 1999-09-30
Anticipated expiration: 2012-11-14
Also published as: DE69228386D1; CA2123203A1; WO1993010433A1; EP0612403B1; EP0612403A1; EP0612403A4; TW209853B; JPH07501150A; AU3135093A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine duale, invertierbare Mikroröhrchen und Verbindungsbaugruppe für Mikrolösungen, mit der eine wirksame und kontinuierliche Überführung und/ oder Behandlung einer kleinen Menge einer Probenlösung möglich ist.

Kurzbeschreibung des Standes der Technik

Herkömmlicherweise wurden Studien auf dem Gebiet der analytischen Biochemie und der klinischen Chemie im allgemeinen auf Basis des Arbeitens mit Probenbehandlungslösungen in Millilitermengen durchgeführt. Bei der jüngeren Entwicklung der Biotechnologie und Immunchemie aber werden Studien auf diesen Gebieten auf der Basis von Ergebnissen der Behandlung von Probenlösungen in der Größenordnung von Mikrolitern durchgeführt. Wenn die Behandlungseinheit der Probenlösung kleiner wird, entstehen folgende Probleme:
Bei der Analyse biologischer Proben mittels hochauflösender Flüssigkeitschromatographie (HPLC), hochauflösender Kapillarzonenelektrophorose oder vieler anderer Techniken wird häufig eine Vorbehandlung von Proben vor deren Analyse erforderlich. In anderen Fällen müssen zwei oder mehr enzymatische Aufschlüsse hintereinander durchgeführt werden, um die erforderlichen Produkte zu erhalten. In diesen Fällen ist es notwendig, daß die Probenlösung, die durch eine Enzymreaktion in einem Reaktionsröhrchen erhalten wurde, durch eine Ultrafiltrationmembran hindurchgefiltert wird, um Moleküle mit größeren Molekulargewichten oder unlösliche feine Partikel zu entfernen, um ein Verstopfen der hochauflösenden Flüssigkeitschromatographiesäulen zu verhindern.
Typischerweise wird ein Instrument, wie beispielsweise eine Mikropipette verwendet, um die Probenlösung von dem Reaktionsröhrchen in eine andere Vorrichtung zur Ultrafiltration überzuführen. Bei diesem Verfahren ist jedoch bei dem Vorgang der Überführung der Probenlösung der Verlust einer bestimmten Menge der Probe unvermeidlich. Dieser Verlust wird größer, wenn die Probenmengen kleiner werden.
In einem anderen Beispiel kann ein Protein unter Verwendung von Radioisotopen markiert werden und der markierte Proteinbestandteil und die Isotopen sollten dann getrennt werden. In diesen Fällen ist es üblich, daß nach dem Markieren mit dem Isotop in einem Reaktionsröhrchen ein Teil der oder die gesamte Probenlösung mittels einer Mikropipette oder ähnlichem in eine Vorrichtung zur Strahlungsmessung überführt wird. Entsprechend tritt das oben beschriebene Problem des Probenverlustes auch bei dem Vorgang der Überführung der Probenlösung auf. Weiter kann ein Risiko der Strahlungskontamination von Instrumenten, die beim Überführen der Flüssigkeit verwendet werden, nicht vermieden werden.
Wenn Probenbearbeitungsverfahren durchgeführt werden, die infolge ihrer Natur eine Mehrzahl von Schritten erfordern, beispielsweise die Enzymreaktion und die oben beschrieben Radisotopmarkierungsvorgänge der Proben, werden die mit der Menge an Probenverlust und dem Ausmaß der Instrumentkontamination verbundenen Probleme zunehmend schwerwiegend, weil diese Probenbehandlungsverfahren eine Vielzahl von Überführungen der Probe erfordern.
Eine Baugruppe gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 5 ist in der US-A 4,678,559 beschrieben. Ähnliche Vorrichtungen sind in der US-A-4,632,761, US-A-4,675,110 und US-A-3,701,434 beschrieben. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, eine verbesserte Vorrichtung bzw. Baugruppe dieser Art zu schaffen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung umfaßt eine Baugruppe, wie sie in den Ansprüchen 1 oder 5 beschrieben ist.
Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Baugruppe gemäß den unabhängigen Ansprüchen gerichtet.
Die Erfindung ermöglicht die gleichzeitige Überführung einer Probenlösung zwischen Behältern sowie eine vorbestimmte Behandlung der Lösung unter Verwendung von zwei Behältern und einer speziell angepaßten Verbindungsbaugruppe zum Verbinden dieser Behälter. Entsprechend ist keine Verwendung von Überführinstrumenten, beispielsweise einer Mikropipette, erforderlich und die Probleme des Probenverlustes und des Risikos einer Kontamination sind deutlich vermindert oder minimalisiert.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Überführungs- und Behandlungssystems und -verfahrens des Verbindungstyps für Mikrolösungen.
Fig. 2 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht zur Darstellung eines speziellen Aufbaus einer Mikrolösungsüberführungs- und Behandlungsbaugruppe entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 3a bis 3b sind eine Reihe von Darstellungen des Aufbaus des Röhrchens 10 der Fig. 2.
Die Fig. 4a bis 4b sind eine Reihe von Darstellungen des Aufbaus des in Fig. 2 dargestellten Verbindungsbauteils 16 für zwei Röhrchen.
Fig. 5 ist eine vierteilige Darstellung des Aufbaus eines Filterelementtragteils 22, das in Fig. 2 dargestellt ist.
Fig. 6a bis 6b ist eine Reihe von Darstellungen des Aufbaus des Anschlagbauteils 34 gemäß Fig. 2.
Fig. 7 ist eine teilweise aufgeschnittene Ansicht eines Mikrolösungsüberführungs- und Behandlungssystems eines Zentrifugalverbindungstyps, das entsprechend einer zweiten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist.
Fig. 8 ist eine teilweise geschnittene Ansicht eines Röhrchens der Mikrolösungsüberführungs-/Behandlungsbaugruppe der Fig. 7 der zweiten Ausführungsform, die hier mit einer Schraubkappe 122 versehen ist.
Fig. 9 ist eine Querschnittsansicht in auseinandergezogener Darstellung der zweiten Ausführungsform der Mikrolösungsüberführungs-/Behandlungsvorrichtung gemäß Fig. 7, wobei das obere oder Quellröhrchen 110b fehlt.
Fig. 10 ist eine Aufsicht auf das obere Ende des Anschlagbauteils 150 der Mikrolösungsbehandlungsvorrichtung der Fig. 7 der zweiten Ausführungsform, gesehen an der Linie und in Richtung der Pfeile 10-10 der Fig. 9.
Fig. 11 ist eine isometrische Ansicht des Anschlagbauteils 150 der zweiten Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Fig. 7.
Fig. 11a ist eine perspektivische Ansicht eines Werkzeugs 162 zum Einsetzen des Anschlagbauteils 150 in den inneren Zylinder 130 des Verbindungsbauteils 126.
Fig. 12 ist eine Aufsicht auf das Verbindungsbauteil 126 der zweiten Ausführungsform der Mikrolösungsbehandlungseinrichtung, die den Membranhalterungsbereich des Verbindungs bauteils zeigt.
Fig. 13 ist eine Teilquerschnittsansicht des Membranhalterungsbereiches des Verbindungsbauteils der zweiten Ausführungsform der Mikrolösungsbehandlungsvorrichtung, an der Linie und in Blickrichtung der Pfeile 13-13 der Fig. 12.
Fig. 14 ist eine Seitenansicht eines Adapters 170, der zur Sicherung der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikrolösungsbehandlungsvorrichtung in einem Zentrifugenrotor verwendet wird.
Fig. 15 ist eine seitliche Schnittansicht des Adapters 170 der Fig. 14.
Fig. 16 ist eine isometrische Ansicht zur Erläuterung, wie die zweite Ausführungsform der Mikrolösungsbehandlungsvorrichtung in den Adapter (im Querschnitt dargestellt) paßt.
Fig. 17 ist eine schematische Funktionsansicht, teilweise im Schnitt, der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Mikrolösungsbehandlungsvorrichtung, die von dem Adapter gehalten wird und in einem Rotor mit festem Winkel angeordnet ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die folgende detaillierte Beschreibung erläutert die Erfindung beispielsweise, jedoch nicht beschränkend. Die Beschreibung ermöglicht es einem Fachmann, die Erfindung anzuwenden, und beschreibt verschiedene Ausführungsformen, Anpassungen, Abänderungen, Alternativen und Verwendungen der Erfindung einschließlich dessen, was die Anmeldet derzeit für die beste Ausführung der Erfindung hält.
Fig. 1 zeigt schematisch die Systemprinzipien und Verfahrensschritte für das erfindungsgemäße Mikrolösungsüberführungs- und Behandlungssystem und -verfahrens des Verbin dungstyps. Die derzeit bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung beziehen sich auf ein Behandlungssystem und ein Verfahren zur Vorbehandlung von Lösungen für hochauflösende Flüssigkeitschromatographie (HPLC) unter Verwendung einer Ultrafiltrationsmembran.
Bezugnehmend auf Fig. 1a führt ein Forscher oder ein Laborant zunächst eine vorbestimmte chemische Reaktion in einem Behälter oder Röhrchen A durch, beispielsweise eine Enzymreaktion, wie schematisch in Fig. 1a dargestellt. Die entstehende Lösung oder das Produkt ist in Fig. 1 schraffiert dargestellt. An dem offenen Ende des Röhrchens kann eine Kappe (nicht dargestellt) verwendet werden.
Anschließend entfernt, wie in Fig. 1b dargestellt, am Ende der Reaktion der Experimentator eine Kappe (nicht dargestellt) von dem Röhrchen A und befestigt ein Ende eines Verbindungsbauteils C an der Öffnung des Röhrchens A. Ein zweiter Behälter, in der Zeichnung als Behälter oder Röhrchen B dargestellt, mit im wesentlichen der gleichen Form wie das Röhrchen A ist umgekehrt an der anderen Seite des Verbindungsbauteils C angebracht. Das Verbindungsbauteil C enthält eine Ultrafiltrationsmembran (nicht dargestellt).
Anschließend wird, wie in Fig. 1(c) dargestellt, das Behandlungssystem, das integral aus den beiden Röhrchen A, B und dem Verbindungsbauteil C gebildet ist, umgekehrt, wie durch die ineinandergewundenen Pfeile dargestellt, und in einen zentrifugalen Separator D eingesetzt, und dann wird der zentrifugale Separator in Drehung versetzt. Bei diesem Beispiel wird das Röhrchen A als "Quellröhrchen" oder "Reaktionsröhrchen" bezeichnet und das Röhrchen B wird als "Zielröhrchen" bezeichnet.
Als Ergebnis der Zentrifugation tritt die Probenlösung innerhalb des Reaktions-(Quell)- Röhrchens A durch die in dem Verbindungsbauteil C enthaltene Ultrafiltrationsmembrane hindurch in das Zielröhrchen B. Von Lösungsmittel befreite Moleküle mit einem vorbestimmten oder größeren Molekulargewicht werden von der Ultrafiltrationsmembran festge setzt.
Wie vorstehend beschrieben, wird entsprechend verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung, die Zentrifugation durchgeführt, wobei das die Probenlösung enthaltene Reaktionsröhrchen und das Röhrchen für die Zentrifugationsbehandlung integral mit dem Verbindungsbauteil verbunden sind, das in sich eine Ultrafiltrationsmembran enthält. Durch Ausschalten der Notwendigkeit der Verwendung einer Mikropipette zum Überführen der Lösung zwischen dem Quellröhrchen und dem Zielröhrchen tritt kein Lösungsverlust auf, der darauf zurückzuführen ist, daß Lösung in dem Mikropipetteninstrument zurückbleibt. Weiter ist eine mögliche Kontamination der Pipette vermieden. Im Vergleich zu dem Verfahren, bei dem die Lösungsüberführung durch ein "direktes Gieß-"Verfahren geschieht, bei dem der Inhalt des Reaktions-(Quell)-Röhrchens in das Zielröhrchen gegossen wird, bleibt bei der Erfindung im wesentlichen kein Probenlösungsrückstand an der Innenwand des Quellröhrchens im Hinblick auf die Vollständigkeit, die durch die Filtration mittels Zentrifugation erreicht wird.
Wenn eine Reaktion in mehreren Stufen durchgeführt wird, kann die Behandlung entsprechend den Fig. 1a bis d in jedem Schritt wiederholt werden, nach dem zweiten Schritt unter Verwendung des Röhrchens B (ursprünglich das Zielröhrchen), das nun die gefilterte Lösung (Fig. 1d) enthält, als neues Reaktions-(Quell)-Röhrchen A' und Hinzunahme eines neuen Zielröhrchens B', usw..
Fig. 2 ist eine teilweise Schnittansicht einer Mikrolösungsüberführungs-Behandlungssystembaugruppe, die entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist. Die Mikrolösungsbehandlungssystembaugruppe 1 ist im zusammengebauten Zustand dargestellt, der den schematischen Darstellungen der Fig. 1c und d entspricht.
Die Mikrolösungsbehandlungssystembaugruppe 1 enthält ein Reaktions- oder Quellröhrchen 10a und ein Zielröhrchen 10b, die jeweils ein offenes Ende 12a, 12b aufweisen, die auf einander zu zeigend angeordnet sind und mittels einer Anschluß- bzw. Verbindungsbaugruppe 16 miteinander verbunden sind. Die Röhrchen 10a, 10b sind ähnlich geformt und vorzugsweise aus einem bekannten Kunststoffmaterial hergestellt, wie es üblicherweise in Mikrozentrifugenanwendungen verwendet wird, beispielsweise Polypropylen oder Polyethylen. Die Röhrchen 10a, 10b entsprechen den Röhrchen A und B der Fig. 1 und die Verbindungsbaugruppe 16 entspricht dem Verbindungsbauteil C der Fig. 1.
Die Verbindungsbaugruppe 16 enthält ein Verbindungsbauteil 17, eine Membranhalterung 22 und ein Anschlagbauteil 34. Das Verbindungsbauteil 17 ist mit zwei unterschiedlichen Anschluß- bzw. Verbindungsenden für einen Eingriff mit den Röhrchenöffnungen 12a, 12b der jeweiligen Röhrchen 10a, 10b versehen, enthaltend ein erstes Verbindungsende 18, das als offen mündendes Bauteil mit abgeschrägten, aufnehmenden Innenwänden 19 ausgebildet ist, die für einen festsitzenden Gleitpaßeingriff mit einer äußeren Umfangswand 14a, 14b einer entsprechenden Röhrchenöffnung 12a oder 12b dimensioniert ist, und ein zweites Verbindungsende 20 mit einem Außengewindebereich 19 längs seiner äußeren Umfangswand zum Eingriff mit einem entsprechenden Innengewindebereich 15a, 15b, der an einer inneren Umfangswand einer entsprechenden Röhrchenöffnung 12a, 12b vorgesehen ist. In Fig. 2 ist das Verbindungsbauteil 17 derart dargestellt, daß sein erstes Verbindungsende 18 über die äußere Umfangswand 14a der Röhrchenöffnung 12a des Quellröhrchens 10a paßt, während der Außengewindebereich 19 des zweiten Verbindungsendes 20 mit dem Innengewindebereich 15b der Röhrchenöffnung 12b des Zielröhrchens 10b verschraubt ist.
Die Membranhalterung 12 ist mit einem Außengewindebereich 24 versehen, der längs einer äußeren Umfangswand ausgebildet ist und Gewindegänge aufweist, die für einen Eingriff mit dem Gewindegängen des an der inneren Umfangswand ausgebildeten Innengewindebereiches 15a, 15b einer Röhrchenöffnung 12a, 12b bemessen sind. In dem dargestellten Beispiel greift der an der äußeren Umfangswand ausgebildete Außengewindebereich 24 der Membranhalterung 22 in den an der inneren Umfangswand ausgebildeten Innengewindebereich 14a der Quellröhrchenöffnung 12a ein. Die Membranhalterung 22 ist zur Aufnahme einer Ultrafiltrationsmembran 30 bemessen, die längs einer Bodentrag- bzw. Stützfläche 26 angeordnet wird. Um sicherzustellen, daß die Membran innerhalb der Membranhalterung 22 fixiert bleibt, ist ein Anschlagbauteil 34 vorgesehen.
Fig. 3 ist eine vergrößerte zweifache Ansicht, die den Aufbau des Röhrchens 10 genauer zeigt. In dem vorliegenden Fall kann das Röhrchen 10 das Quellröhrchen 10a oder das Zielröhrchen 10b sein. In Fig. 3 ist Teil (a) eine Aufsicht auf das Röhrchen 10, die in die Röhrchenöffnung 12 hineinschaut, und Teil (b) ist eine Querschnittsansicht, die die flache äußere Umfangswand 14 und einen Innengewindebereich 15 an der inneren Umfangswand der Röhrchenöffnung 12 zeigt. Die Wanddicke "t" der Röhrchenöffnung 12 läuft vorteilhafterweise konisch in Richtung auf ihr freies Ende zu, um das Einsetzen in das aufnehmende Verbindungsende 18 des Verbindungsbauteils 17 zu erleichtern.
Fig. 4 ist eine vergrößerte zweifache Ansicht, die die Struktur des Verbindungsbauteils 17 der Fig. 2 dargestellt, wobei Teil (a) eine Aufsicht und Teil (b) ein Querschnitt ist. Das Verbindungsbauteil 17 hat einen insgesamt kreisförmigen Querschnitt und enthält eine innere Anschlagfläche oder Auflage 19, gegen die Endbereiche der Röhrchenöffnung 12 oder der Membranhalterung 24 in Anlage kommen, wenn die Systembaugruppe 1 vollständig zusammengebaut ist (siehe Fig. 2). Das Verbindungsbauteil 17 ist mit einem zentralen Bohrloch 23 versehen, um ein Überführen des Lösungsmaterials aus einem ersten Röhrchen in ein daran angeschlossenes zweites Röhrchen zu ermöglichen.
Fig. 5 ist eine vergrößerte Darstellung von vier Ansichten zur Erläuterung des Aufbaus der Membranhalterung 22 der Fig. 2, wobei Teil (a) eine Aufsicht (Stützfläche 26 weggelassen) ist, Teil (b) ein Querschnitt, Teil (c) eine Seitenansicht und Teil (d) eine vergrößerte Ansicht von unten ist, die die Ausbildung einer Mehrzahl von Durchgangslöchern oder Durchlässen 28 darstellt, die in der im Teil (a) dargestellten Bodenwand 26 ausgebildet sind. Aus Gründen der Klarheit sind die Durchlässe 28 in der Querschnittansicht des Teils (b) nicht dargestellt.
Fig. 6 ist eine Darstellung des Aufbaus des rohrförmigen Anschlagbauteils 34 der Fig. 2 in zwei Ansichten, wobei Teil (a) eine Seitenansicht und Teil (b) eine Aufsicht ist. Das Anschlagbauteil 34 ist in Art eines Rings oder eines rohrförmigen Bauteils ausgebildet und enthält eine an seiner Umfangswand 38 ausgebildete Umfangsrippe 36, die unter Schnappsitz in eine entsprechende konvexe Nut 27 einschiebbar ist, die an der inneren Umfangswand 29 der Membranhalterung 22 vorgesehen ist (siehe Fig. 5).
Mit der Kombination der beiden Röhrchen 10a und 10b kann, wie vorstehend beschrieben, eine gleichzeitige wirksame Überführung der Lösungen und die Zentrifugationsbehandlung gemäß Fig. 1 erzielt werden.
Die Fig. 7 bis 13 zeigen eine zweite Ausführungsform der Mikrolösungs-/Überführungsbehandlungssystembaugruppe der Erfindung, die in den Zeichnungen insgesamt mit 100 bezeichnet ist. Bezugnehmend auf Fig. 7 umfaßt die zweite Ausführungsform 100 der Mikrolösungsbehandlungssystembaugruppe zwei ähnlich geformte Container oder Röhrchen 110a, 110b, die jedes ein offenes Ende 112a, 112b aufweisen, die im Betrieb mittels einer Verbindungsbaugruppe 126 miteinander verbunden sind. Die Verbindungsbaugruppe 126 der zweiten Ausführungsform enthält zwei Grundelemente mit einem Verbindungs-/Filterhalterbauteil 127 und einem Anschlagbauteil 150.
Wie am besten in Fig. 7 und 9 sichtbar, ist das Verbindungsbauteil 127 als doppelt-ringförmige Struktur ausgebildet mit einem zylindrischen Außenumfangsschalenbereich oder einer Hülse 128, die einen inneren zylindrischen Bereich 130 umgibt, der mittels eines seitlichen, radial verlaufenden Stegs 132 integral damit verbunden ist. Die äußere Hülse 128 und der innere Zylinder definieren zwei Anschluß- bzw. Verbindungsenden mit einem ersten, mit Gewinde versehenen Verbindungsende 136 und einem zweiten Aufschiebverbindungsende 140. Der äußere Schalenbereich oder die Hülse 128 ist vorzugsweise verrippt oder gerändelt, wie mit 137 angedeutet, um die Handhabung durch eine Bedienungsperson zu erleichtern. Ähnliche eine Handhabung erleichternde Oberflächen 120a, 120b können an den Außenflächen der Röhrchen 110a, 110b ausgebildet sein.
In dem dargestellten Beispiel enthält das mit Gewinde versehene Verbindungsende 136 Innengewindegänge, die längs einer inneren Umfangswand des äußeren zylindrischen Bereiches 128 vorgesehen sind und in Eingriff mit Außengewindegängen 140a gelangen können, die an der äußeren Umfangswand der Röhrchenöffnung 112a des Röhrchens 110a angeordnet sind. Das Aufschiebverbindungsende 140 paßt über das offene Ende 112b (und die Außengewindegänge 140b des Zielröhrchens 110b). Der innere zylindrische Bereich 130 des Verbindungsbauteils 127 enthält weiter eine querverlaufende Membranstützfläche oder einen Bereich 134. Im Betrieb ist das Verbindungsbauteil 127 an der Röhrchenöffnung derart befestigt, daß der die Membran tragende innere Zylinder 130 innerhalb der Röhrchenöffnung 112b des Zielröhrchens 110b einpaßt. Die Membranstützfläche 134 des inneren Zylinders 130 bildet eine mit kleinen Löchern versehene Platte, auf der die Ultrafiltrationsmembran 156 aufliegt. Die Ultrafiltrationsmembran 156 wird an Ort und Stelle mittels eines Anschlagbauteils 150 festgehalten, das während des Gebrauches innerhalb des Innenzylinders 130 unter Passung angeordnet ist.
Die bevorzugte Höhenabmessung der Wand für das rohrförmige Anschlagbauteil 150 und den Innenzylinder 130 ist genügend groß, damit die gesamte Lösung während des Zentrifugierens innerhalb des von der Bohrung des rohrförmigen Anschlagbauteils 150 gebildeten zylindrischen Volumens bleibt, so daß sich über dem Anschlagbauteil 150 oder Zylinder 130 kein Meniskus bilden kann, der einen Verlust an Lösung darstellen würde. Dieses Volumen oder Fassungsvermögen beträgt typischerweise bei Arbeiten mit Mikrolösungen in der Größenordnung von 500 ul bis 600 ul. Die Wandhöhe des Anschlagbauteils 150 ist vorzugsweise etwas geringer als die des Umfangswandbereiches des Innenzylinders 130, so daß die einwärts abgeschrägten Enden 158 des Anschlagbauteils 150 einen allmählichen Übergang bilden, der ein vollständiges Fließen des Fluids in Abwärtsrichtung aus dem Quellröhrchen in das Zielröhrchen während des Zentrifugier-Vorgangs begünstigt. Die Endbereiche, die die Mündungsöffnung des Innenzylinders 130 bilden, sind vorteilhafter weise bei 166 leicht abgeschrägt, um das vollständige Fließen von Fluid abwärts in den Innenzylinder 130 zusätzlich zu begünstigen.
Fig. 8 zeigt ein einziges Röhrchen 110 mit einer Schraubkappe 122 zum Schrauben auf das Außengewinde 114 der Röhrchenöffnung 112. Die Kappe 122 enthält einen O-Ring 124 zur Sicherung gegen Fluidverlust. Das Gewinde an der Kappe 122 ist zur Abdichtung eines Quellröhrchens 110a nützlich, beispielsweise nachdem eine Enzymreaktion aufgetreten ist, oder zum Abdichten eines Zielröhrchens, nachdem die erwünschte Behandlung der Mikrolösung durchgeführt wurde.
Bezugnehmend auf die Fig. 9 bis 11 umfaßt das Anschlagbauteil 110 eine Mehrzahl von eingekerbten Entlastungsbereichen 160 die längs der Oberseite der Umfangswand 154 gleichmäßig beabstandet sind. Diese eingekerbten bzw. ausgesparten Bereiche 160 erleichtern ein Einschieben des Anschlagbauteils in den inneren Zylinder der Membranhalterung 130 der Verbindungsbaugruppe 126. Das Anschlagbauteil 150 enthält vorzugsweise eine Längsnut (nicht dargestellt), die längs ihrer äußeren Umfangswand ausgebildet ist, um einen Luftaustausch zu erleichtern und dadurch jedwelche Luft freizugeben, die innerhalb der durch den inneren Zylinder gebildeten Membranhalterung 130 und dem Anschlagteil 150 eingeschlossen wird, wenn das Anschlagbauteil 150 in die Membranhalterung 130 eingesetzt wird. Fig. 11a zeigt ein Beispiel eines Werkzeugs 162, das zum Einsetzen des Anschlagbauteils 150 in den Innenzylinder 130 vorteilhaft ist. Das Werkzeug 162 enthält vorteilhafterweise sich axial erstreckende Umfangslappenteile 164 für einen Eingriff mit den eingekerbten Entlastungsbereichen 160 des rohrförmigen Anschlagbauteils 150.
Der obere Umfangsrand 154 des Anschlagbauteils 150 ist vorzugsweise bei 158 abgeschrägt, um sicherzustellen, daß jegliche Mikrolösung während des Gebrauches zur Ultrafiltrationsmembran abläuft und nicht über dem Umfangsrand 154 des Anschlagbauteils festgesetzt wird. Ähnlich sind alle Randkonturen der Kerben 160 vorzugsweise abgerundet, um ein Strömen des Fluids zu begünstigen und sicherzustellen.
Fig. 12 und 13 zeigen genauer den insgesamt mit kleinen Löchern versehenen, plattenartigen Membranstützbereich 134 des inneren Zylinders 130 des Verbindungsbauteils 127. Der poröse Plattenbereich 134 enthält eine Mehrzahl von bogenförmigen oder etwa bogenförmigen Durchgangslöchern oder Durchlässen 142, zwischen denen sich Rippen oder Stegbereiche 144 befinden. An ihrem Außenumfang weist der Membranstützbereich der mit kleinen Löchern versehene Platte 134 ein leicht angehobenes Rippenbauteil 146 mit einem Scheitel auf, der zum unteren Stirnende der Wand 152 des rohrförmigen Anschlagbauteils 150 ausgerichtet ist, wenn das Anschlagbauteil 150 in den inneren Zylinder 130 eingesetzt ist. Dies ist am besten unter Bezugnahme auf Fig. 13 sichtbar (das Anschlagbauteil 150 und die Membran 152 sind gestrichelt eingezeichnet). Auf diese Weise wird die Membran 156 durch die Anlage an das untere Ende bzw. Stirnende der Wand. 152 des Anschlagbauteils gegen das angehobene Rippenbauteil 146 festgehalten und an einer Bewegung gehindert.
Die Fig. 14 bis 16 zeigen einen Adapter 170, der zum Einbauen der ersten oder zweiten Ausführungsformen des Mikrolösungsüberführungs-/Behandlungssystems 100 in einen Aufnahmesockel eines Zentrifugenrotors verwendet werden kann. Im Hinblick auf das dazugekommene Umfangsmaß, das durch die zusätzlichen Verbindungselemente entsteht, hat das Mikrolösungsbehandlungssystem im Vergleich zu herkömmlichen Zentrifugenröhrchen einen etwas vergrößerten äußeren Radius. Entsprechend ist vorteilhafterweise in einem Zentrifugenrotor ein Sockel mit einem etwas größeren Radius zur Aufnahme des dualen Röhrchen-Verbindersystems vorgesehen. Zu diesem Zweck ist ein Adapter 170 vorgesehen, um eine geeignete Passung und Halterung des Mikrolösungssystems 100 innerhalb des Zentrifugenrotors zu gewährleisten. Der Adapter 170 hat einen insgesamt zylindrischen Querschnitt und einen Innendurchmesser, der so bemessen ist, daß er das in ihn eingesetzte Mikrolösungssystem des Verbindungstyps mit enger Toleranz aufnimmt. Die Außenfläche des Adapters 170 ist mit einem sich seitlich erstreckenden Umfangsflanschbauteil 174 (ein Ringflansch) versehen, das als Anschlagbauteil und Anlage wirkt, wenn es in einen Aufnahmesockel 176 eines Zentrifugenrotors eingesetzt ist.
Fig. 17 zeigt die Systembaugruppe 100 innerhalb des Adapters 170 angeordnet und in einen geeigneten Aufnahmesockel oder ein Aufnahmeloch 176 eines Rotors 178 eingesetzt. Der Adapter enthält an seinem Bodenende eine Öffnung 180 mit vermindertem Radius, die derart bemessen ist, daß sie mit einem Außenbereich eines der Röhrchen des Mikrolösungssystems 100 an einer Stelle längs des unteren Röhrchens neben der Verbindungsbaugruppe in Berührung kommt, so daß das untere Ende 182 der Systembaugruppe an einer Berührung mit einem Basisbereich 184 oder einer Seitenwand 185 des Zentrifugenrotors 178 gehindert ist. Die nach oben stehenden Wände 186 des Adapters 170 oberhalb des Rippenbauteils 174 sind genügend lang, um eine einwandfreie Halterung der Mikrolösungsbehandlungssystembaugruppe des Verbindungstyps während des Zentrifugierens zu gewährleisten.
Wie am besten in Fig. 16 sichtbar, kann der vordere Bereich des Adpaters bei 188 abgetrennt sein (gestrichelt eingezeichnet), wodurch nur ein hoher hinterer Stützbereich der sich über den Ringflansch oder das Flanschbauteil 174 erstreckenden oberen Adapterwände zurückbleibt. (Der abgetrennte Bereich ist als Element 171 bezeichnet). Auf diese Weise wird ein Adapter mit geringem Gewicht erzielt, der eine ausreichende Stützung bzw. Halterung bietet, um aus den Zentrifugalkräften herrührende Spannungen der Systembaugruppe zu vermindern.
Die vorstehend beschriebene Ausführungsform betrifft ein System zur Vorbehandlung hochauflösender Flüssigkeitschromatographie, bei dem eine Ultrafiltrationsmembran in einem Verbindungsbereich vorgesehen ist; in einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Vorbehandlungssystem, das mit Affinität arbeitet, implementiert werden, indem eine mit Affinität arbeitende Membran in der Verbindungsbaugruppe vorgesehen wird. Beispielsweise kann die Verbindungsmembran Antikörper oder Antigene und Lektine oder eine Ionenaustauscher-Membran enthalten, oder eine Membran mit anderen geeigneten Funktionen.
Die Erfindung wurde zwar im Detail beschrieben und dargestellt; es sei jedoch darauf hingewiesen, daß von einem Durchschnittsfachmann innerhalb des Erfindungsgedankens unterschiedliche Modifikationen durchgeführt werden können, ohne den Umfang der beigefügten Ansprüche zu verlassen.

Claims

1. Duale, invertierbare Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe zum Überführen und Behandeln von Mikrolösungen und zur Zentrifugation, enthaltend in wirkungsmäßiger Kombination:

(a) ein erstes Quellmikroröhrchen (10a), das ein erstes offenes Ende (12a) aufweist und in einem zweiten, verjüngten, ständig geschlossenen Ende (12c) endet, welches erste Mikroröhrchen geeignet ist, eine Mikrolösungsprobe zur Behandlung durch Inversion aufzunehmen;

(b) ein zweites Zielmikroröhrchen (10b), das im wesentlichen die gleiche Form wie das erste Mikroröhrchen hat und ein erstes offenes Ende (12b) aufweist und in einem zweiten, verjüngtem, ständig geschlossenen Ende (12c) endet;

(c) wobei jedes der Mikroröhrchen neben seinem offenen Ende enthält:

(c1) Gewinde (15a, 15b), die längs einer ersten Umfangswandfläche ausgebildet sind, und

(c2) eine glatte, zylindrische zweite Umfangswandfläche (14a, 14b);

(d) eine Verbindungsbaugruppe (16) zum Verbinden des offenen Endes des ersten Mikroröhrchens mit dem offenen Ende des zweiten Mikroröhrchens, welche Verbindungsbaugruppe ein mit Gewinde versehenes Verbindungsende (20) für einen Gewindeeingriff mit dem mit Gewinde versehenen offenen Ende eines des ersten oder des zweiten Mikroröhrchens aufweist, und

(e) eine Membran (30), die innerhalb der Verbindungsbaugruppe vorgesehen ist und einer insgesamt flachen, durchlochten Membranstützfläche zugeordnet ist, so daß eine Flüssigkeit zwischen den beiden Mikroröhrchen nur durch die Membran hindurch strömen kann;

dadurch gekennzeichnet, daß

(f) das andere, insgesamt zylindrische Verbindungsende (18) der Verbindungsbaugruppe (16) mit einer glatten, inneren Umfangswandfläche (19) für eine Gleitpaßver bindung um eine äußere Umfangswand des offenen Endes des anderen des ersten oder zweiten Mikroröhrchens ausgebildet ist,

(g) eine insgesamt rohrförmige Membranhalterung (22) eine äußere Umfangswand, eine innere Umfangswand und die insgesamt flache, durchlochte Membranstützfläche (26) aufweist, die innerhalb der inneren Umfangswand angeordnet ist, wobei die innere Umfangswand und die durchlochte Membranabstützung einen zentralen Hohlraum zum Einsetzen innerhalb des offenen Endes desjenigen Mikroröhrchens bilden, über das das erste Verbindungsende mit Gleitpassung geschoben ist;

(h) eine einzige Einrichtung (34) zum Befestigen der Membran (30) an der durchlochten Fläche der Membranhalterung derart, daß eine Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Umfang der Membranhalterung und der Membran geschaffen ist;

(i) wobei die Membranhalterung in Verbindung mit der Befestigungseinrichtung die Membran in einem ausgesparten Abstand innerhalb des offenen Endes des einen des ersten oder zweiten Mikroröhrchens halten, um die Probenlösung zu filtern und sie einer vorbestimmten Behandlung zu unterwerfen, während die Probenlösung von dem ersten Quellmikroröhrchen in das zweite Zielmikroröhrchen gelangt, indem das erste Quellmikroröhrchen, das die zu filternde Probenlösung enthält, über das zweite Zielmikroröhrchen invertiert wird.

2. Duale Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe für Mikrolösungsproben nach Anspruch 1, wobei die Membranhalterung (22) längs einer äußeren Umfangswand Gewindegänge (24) für einen Gewindeeingriff mit Gewindegängen eines des ersten oder zweiten Mikroröhrchens (10a, 10b) enthält.

3. Duale Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe für Mikrolösungsproben nach Anspruch 2, wobei die Befestigungseinrichtung für die Membran ein Anschlagbauteil (34) in Form eines Rings ist, dessen Außenflächengestalt derart ist, daß er mit Schnappsitz in den zentralen Hohlraum der Halterung einsetzbar ist.

4. Duale Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe für Mikrolösungsproben nach Anspruch 3, wobei die Membran (30) eine Ultrafiltrationsmembran ist.

5. Duale, invertierbare Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe zum Überführen und Behandeln von Mikrolösungen und zur Zentrifugation, enthaltend in wirkungsmäßiger Kombination:

(a) ein erstes Quellmikroröhrchen (110a), das ein erstes offenes Ende aufweist und in einem zweiten, verjüngten, ständig geschlossenen Ende endet, welches erste Mikroröhrchen zur Aufnahme einer Mikrolösungsprobe geeignet ist;

(b) ein zweites Zielmikroröhrchen (110b), das im wesentlichen die gleiche Gestalt wie das erste Mikroröhrchen hat und ein erstes offenes Ende aufweist und in einem zweiten, verjüngtem, ständig geschlossenen Ende endet;

(c) wobei jedes der Mikroröhrchen neben seinem offenen Ende enthält:

(c1) Gewinde (114a, 114b), die längs einer ersten Umfangswandfläche ausgebildet sind; und

(c2) eine glatte, zylindrische zweite Umfangswandfläche;

(d) eine Verbindungsbaugruppe (126) zum Verbinden des offenen Endes des ersten Mikroröhrchens mit dem offenen Ende des zweiten Mikroröhrchens, welche Verbindungsbaugruppe ein mit Gewinde versehenes Verbindungsende für einen Gewindeeingriff mit dem mit Gewinde versehenen offenen Ende eines des ersten oder zweiten Mikroröhrchens aufweist, und

(e) eine Membran (30), die innerhalb der Verbindungsbaugruppe vorgesehen ist und einer insgesamt flachen, durchlochten Fläche derart zugeordnet ist, daß eine Flüssigkeit zwischen den beiden Mikroröhrchen nur durch die Membran hindurch strömen kann;

dadurch gekennzeichnet, daß

(f) die Verbindungsbaugruppe eine Einrichtung (130, 134, 124, 150) zum Halten der Membran (156) in einem ausgesparten Abstand innerhalb des offenen Endes des zweiten Mikroröhrchens enthält, um die Mikrolösungsprobe zu filtern und sie einer vorbe stimmten Behandlung zu unterwerfen während die Mikrolösungsprobe von dem ersten Quellmikroröhrchen in das zweite Zielmikroröhrchen gelangt, indem das erste Quellmikroröhrchen, das die zu filternde Probenlösung enthält, über das zweite Zielmikroröhrchen invertiert wird, und die Verbindungsbaugruppe enthält:

(g) einen äußeren Hülsenbereich (128) mit einer Innenwand mit einem ersten, mit Gewinde versehenen Verbindungsbereich (136) für den Eingriff mit dem mit Gewinde versehenen offenen Ende des ersten Mikroröhrchens, und wobei ein zweiter Verbindungsbereich (140) der Wand eine glatte Fläche zum Gleiten über die Gewindegänge des Endes des zweiten Mikroröhrchens aufweist;

(h) eine innere rohrförmige Membranhalterung (130), die ein erstes Ende aufweist, das integral an der Innenwand der äußeren Hülse befestigt ist, und ein zweites freies Ende aufweist, das unter Passung in das offene Ende des zweiten Mikroröhrchens einschiebbar ist, wobei das zweite Ende der inneren, rohrförmigen Membranhalterung die insgesamt flache, durchlochte Fläche (134) zur Aufnahme der Membran aufweist;

(i) eine Einrichtung (150) zum Befestigen der Membran an der durchlochten Fläche der Membranhalterung und zur flüssigkeitsdichten Verbindung zwischen einem Umfang der Membranhalterung und der Membran und um ein Zurückhalten von Flüssigkeit in der Verbindungsbaugruppe und dem ersten Mikroröhrchen im wesentlichen auszuschalten.

6. Duale Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe für Mikrolösungsproben nach Anspruch 5, wobei die Befestigungseinrichtung für die Membran (150) ein insgesamt rohrförmiges Anschlagbauteil (150) aufweist, das unter Passung in die Membranhalterung (130) einsetzbar ist und eine Bodenstirnwand aufweist, die mit einem angehobenen, umlaufenden Rippenbauteil (145) ausgerichtet ist, das an der durchlochten Fläche (134) der Membranhalterung vorgesehen ist, um die Membran an der Membranhalterung zu befestigen.

7. Duale, invertierbare Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe nach An spruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiger Adapter (170) vorgesehen ist, der unter Eingriff wenigstens die Verbindungsbaugruppe (126) aufnimmt, um die duale Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe (110a, 110b, 126) innerhalb eines Zentrifugenrotors (178) geeignet zu positionieren, wenn das erste und das zweite Mikroröhrchen (110a, 110b) mittels der Verbindungsbaugruppe (1 : 26) verbunden sind.

8. Duale Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe für Mikrolösungsproben nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Ultrafiltrationsmembran (156) ist.

9. Duale Mikroröhrchen- und Verbindungsbaugruppe für Mikrolösungsproben nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsmembran (156) eine Komponente zum Behandeln der Lösung während ihres Durchtritts enthält.

10. Baugruppe nach Anspruch 9, wobei das Reagenz ein Enzym enthält.