DE69526250T2

DE69526250T2 - Verfahren zum erzeugen von stehenden schallwellen,beschallungsverfahren mit einer stehenden schallwelle,und eine stehende schallwelle verwendende beschaller

Info

Publication number: DE69526250T2
Application number: DE69526250T
Authority: DE
Inventors: G. Halaka
Original assignee: Abbott Laboratories
Current assignee: Abbott Laboratories
Priority date: 1994-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2015-12-23
Also published as: ATE215406T1; JPH10511305A; EP0799098B1; EP0799098A1; WO1996019301A1; DE69526250D1; ES2177679T3; US6071480A

Description

Diese Anmeldung ist eine "continuation in part" der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Nr. 08/362.640, eingereicht am 22. Dezember, 1994, die durch Bezugnahme vollständig hierin eingeschlossen ist.

ERFINDUNGSGEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft Schallwellen und insbesondere das Erzeugen von Schallwellen, die verwendet werden können, um aus Partikeln bestehendes Material zu beschallen.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ultraschallenergie wird in einer Reihe von industriellen und wissenschaftlichen Bereichen angewandt, um aus Partikeln bestehendes Material, das von Abfallstoffen bis zu Mikroorganismen wie beispielsweise Viren oder Bakterien reicht, zu zertrümmern oder anderweitig zu brechen. Die Art und Weise, in der Ultraschallenergie oder Ultraschall Feststoffe zertrümmert, wurde als Ausbreitung einer Ultraschallwelle in einem Medium beschrieben, die Druckänderungen innerhalb des Mediums bewirkt. Diese Druckänderungen können bis zu 20.000 Atmosphären reichen, und aus Partikeln bestehendes Material im Medium, das die Druckänderungen nicht aushält, wird zerbrochen.
"Beschaller" sind Vorrichtungen, die verwendet werden, um mittels Verwendung von Ultraschallwellen aus Partikeln bestehendes Material zu zertrümmern. Beschaller können im allgemeinen in drei Kategorien eingeordnet werden. Als erstes "Eintauch"- Beschaller, die typischer Weise das Eintauchen einer Ultraschallwellen emittierende Vibrationssonde in eine flüssige Probe beinhalten. US-Patent Nr. 5.074.474 beschreibt Beschaller der Eintauch-Art.
Als zweites "Bad"-Beschaller, die allgemein einen Behälter umfassen, der vibriert, und jede Flüssigkeit im Behälter wird Ultraschallwellen ausgesetzt, die durch den vibrierenden Behälter erzeugt werden. Typischer Weise wird der Behälter mit Wasser gefüllt und eine in einem zweiten Behälter enthaltene Probe in das Wasser gesetzt. Entsprechend werden irgendwelche Feststoffe im Probenbehälter der Ultraschallenergie ausgesetzt. Ein Beschaller der Bad-Art wird im US-Patent Nr. 4.897.137 offenbart.
Als letztes "Direkt"-Beschaller, die eine Ultraschallenergie direkt an ein Gefäß anlegen, das eine Probe enthält. Falls vorhanden, wird das aus Partikeln bestehende Material in der Probe der Ultraschallenergie ausgesetzt. Ein Direkt-Beschaller wird im US-Patent Nr. 4.983.523 offenbart.
EP-A-0 337 690 beschreibt ein Verfahren und Gerät zum Vorbereiten von Proben-Nukleinsäuren zur Hybridisierung. Das bekannte Gerät schließt einen Ultraschalltransducer ein, der mit einer Probenküvette operativ verbunden wird, wie es im Oberbegriff des Anspruchs 1 dargelegt wird.
WO-A-92 12807 unterrichtet von einer Vorrichtung, die bewirkt, dass ein Siebfilter, eine perforierte Metallplatte oder ein Maschensieb vibriert, um die Fließgeschwindigkeit zu verbessern. Die bekannte Vorrichtung schließt einen elektroakustischen Wandler ein, der mittels auf die Frequenz des Wandlers abgestimmten Sicherungselementen starr an einer Struktur angebracht ist, wobei sich die Verbindungen mit der Struktur in einem maximalen Bereich der Amplituden der Sicherungselemente befinden.
US-A-4 571 087 betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Beschallen von Teströhren mithilfe eines Ultraschalltransducers, der Energie in ein verdünntes Fluidbad einführt. Ein vorbestimmter Abschnitt eines jeden Probenbehälters wird in das Verdünnungsbad getaucht.
EP-A-0 619 147 zeigt ein Gerät zum Mahlen eines Materials, das einen Resonanzstab einschließt. Der Stab wird nicht eingeschränkt, um die freie Vibration zu erlauben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung stellt einen Beschaller bereit, wie im Anspruch 1 definiert. Auch wird ein Verfahren bereitgestellt, um eine Probe zu beschallen, wie im Anspruch 8 definiert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 und Fig. 2 veranschaulichen schematisch die Ausführungsformen eines Beschallers mit stehenden Schallwellen gemäß der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine Draufsicht eines vibrierenden Glieds des Beschallers mit stehenden Schallwellen in Form einer Platte und eine Querschnittsansicht der Platte durch den Schnitt IV-IV.
Fig. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Beschallers mit stehenden Schallwellen und zeigt die sich in einer solchen Ausführungsform ausbreitenden Wellen.
Fig. 5 ist eine Draufsicht einer Platte, die als ein vibrierendes Glied benutzt werden kann, das gemäß der vorliegenden Erfindung transversal an einem Vibrationselement gesichert werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Der Anmelder hat beobachtet, dass Ultraschallwellen durch ein vibrierendes Glied übertragen werden, das transversal an einer Quelle der Vibrationsenergie gesichert wird. Zusätzlich kann die durch ein solches vibrierendes Glied entstandene Welle über eine Frequenz verfügen, die höher ist als die Frequenz der Welle, die von der Quelle der Vibrationsenergie emittiert wird. Die Erfindung des Anmelders ist darauf ausgerichtet, eine solche Welle durch ein vibrierendes Glied zu erzeugen und dem aus Partikeln bestehenden Material oder Polymermaterial mittels Verwendung der stehenden Schallwelle zu beschallen.
Der Beschaller 5 mit stehenden Schallwellen wird in der Fig. 1 gezeigt. Wie in der Fig. 1 gezeigt, wird der elektrische Wellengenerator 10 elektrisch mit dem Vibrationselement 20 verbunden. Eine Welle 30 erstreckt sich durch das Vibrationselement 20 und sichert das vibrierende Glied 40 transversal am Vibrationselement 20. Obwohl bevorzugt, ist die Welle 30 nicht nötig, da das vibrierende Glied 40 auch direkt transversal am Vibrationselement 20 gesichert werden kann. Das vibrierende Glied 40 bestimmt eine Vielzahl an Öffnungen 50, die die Probenröhren 60 am vibrierenden Glied 40 sichern.
Weitere Bestandteile, die mit dem elektrischen Wellengenerator 10, Vibrationselement 20, der Welle 30 und dem vibrierenden Glied 40 verwendet werden können, werden in der Fig. 1 und Fig. 2 gezeigt. Blickt man auf die Fig. 1, kann ein Verstärker 70 elektrisch am elektrischen Wellengenerator 10 angeschlossen werden, um die vom elektrischen Wellengenerator 10 erzeugte elektrische Energie zu verstärken. Zusätzlich können der elektrische Wellengenerator 10 und das Vibrationselement 20 mit einer Rückkopplungs-Phasengleichlaufschleife 80 operativ verbunden werden, die sicherstellt, dass jede vom Vibrationselement 20 erfahrene Impedanz minimiert wird. Ein Gehäuse 90, das das Vibrationselement 20 und die Mehrheit der Welle 30 umgibt, kann verwendet werden, um die Bestandteile, die sie umgibt, einzuschließen und zu isolieren. Ein Gehäuse, das das Gesamtsystem (nicht gezeigt) umgibt, kann ebenfalls verwendet werden, um weiterhin jeden vom Beschaller ausgestrahlten Klang (oder jede Hochfrequenz) abzuschwächen.
Fig. 2 veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung, in der erwogen wird, dass mehrere Vibrationselemente verwendet werden. Typisch werden zwei Vibrationselemente benutzt. Fig. 2 zeigt ein erstes Vibrationselement 20 und ein zweites Vibrationselement 100. Gemäß dieser Ausführungsform steht das Vibrationselement 100 in einer sogenannten "gestapelten"-Anordnung, worin ein Vibrationselement oben auf dem anderen ausgerichtet ist, mit dem Vibrationselement 20 in Kontakt. Fig. 2 zeigt auch eine bevorzugte Ausführungsform, um das vibrierende Glied 40 transversal an den Vibrationselementen 20 und 100 zu sichern. Gemäß dieser Ausführungsform werden Positionierungshüllen 110 und 115 sowie die Welle 116 verwendet, um das vibrierende Glied 40 an den Vibrationselementen zu sichern. Die Positionierungshüllen 110 und 115 pferchen die Vibrationselemente 20 und 100 ein. Die Positionierungshülle 115 wird weiterhin an der Welle 116 gesichert, die wiederum am vibrierenden Glied 40 gesichert ist, um sie dadurch transversal an den Vibrationselementen 20 und 100 zu sichern. Die Positionierungshülle 110 stützt die Vibrationselemente 20 und 100, und die Positionierungshülle 115 wird verwendet, um in Verbindung mit der Welle 116 die Vibrationsenergie auf das vibrierende Glied 40 zu übertragen. Weitere Mittel zum Transversal-Sichern eines vibrierenden Glieds an den Vibrationselementen umfassen, ohne darauf eingeschränkt zu sein, Schweißverbindungen, Schrauben, Ritzelstangen, Flansche, usw. Der Begriff "Transversal-Sichern", wie hierin verwendet, um die Verbindung oder Ausrichtung zwischen einem vibrierenden Glied und einem Vibrationselement zu beschreiben, bedeutet, dass das vibrierende Glied in einer Lage gehalten wird, wodurch eine von einem Vibrationselement emittierte Vibrationswelle das vibrierende Glied kreuzt oder schneidet.
Im allgemeinen wird das Beschallen einer Testprobe mit dem hierin bereitgestellten Beschaller erreicht, indem elektrische Energie in Vibrationsenergie umgewandelt, die Vibrationsenergie entweder direkt oder indirekt auf ein vibrierendes Glied überführt wird, eine stehende Schallwelle durch das vibrierende Glied gebildet wird und eine Probenröhre mit der stehenden Schallwelle in Kontakt gebracht wird. Eine Testprobe in der Probenröhre wird deshalb der Energie der stehenden Schallwelle unterworfen und dadurch beschallt. Testproben, die wie hierin gelehrt beschallt werden, können alles sein, was aus Partikeln bestehendes Material enthält, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, menschlicher und tierischer Körperfluide wie beispielsweise Vollblut, Serum, Plasma, zerebrospinales Fluid, Urin, Lymphenfluiden, Aszitesfluid, Tränen, Speichel, Sputum, Milch usw., sowie biologischer Fluide wie beispielsweise Zellkulturüberstände.
Der elektrische Wellengenerator 10 ist eine Energiequelle für den Beschaller mit stehenden Schallwellen. Wenn der elektrische Wellengenerator 10 aktiviert wird, strahlt er elektrische Energie in Form einer Welle aus. Elektrische Wellengeneratoren sind im technischen Gebiet gut bekannt und bilden Quellen von elektrischen Energiewellen, die auf verschiedene Wellenlängen, Amplituden, Spannungen, Strömen, usw. eingestellt werden können. Typischer Weise hat die elektrische Wellenausgabe vom elektrischen Wellengenerator eine Frequenz von zwischen etwa 5 KHz und etwa 80 KHz und normalerweise von zwischen etwa 20 KHz und 60 KHz. In Fällen, in denen ein Verstärker verwendet wird, kann die elektrische Welle an den Verstärker überführt werden, indem der elektrische Wellengenerator elektrisch mit dem Verstärker verbunden wird.
Der Verstärker 70 kann mittels der Verwendung von den Fachleuten auf dem Gebiet gut bekannten Methoden elektrisch mit dem elektrischen Wellengenerator 10 verbunden werden. Wenn benutzt, empfängt der Verstärker 70 elektrische Energie in Form einer Welle vom elektrischen Wellengenerator 10. Die Verstärker sind im Stand der Technik ebenfalls gut bekannt und werden typischer Weise verwendet, um die Energie einer elektrischen Welle zu erhöhen. Gemäß der vorliegenden Erfindung beeinflusst das Erhöhen der Energie einer elektrischen Welle typischer Veise nicht die Frequenz, erhöht jedoch eine Wellenamplitude. Entsprechend verfügt eine verstärkte Welle verglichen mit der vom elektrischen Wellengenerator 10 erzeugten Welle über eine erhöhte Spannung und einen erhöhten Strom. Obwohl es elektrische Wellengeneratoren gibt, die für typischer Weise hohe Energiewellen ausgeben können, wird eine elektrische Welle geringer Energie vor ihrem Kontakt mit dem Vibrationselement verstärkt.
Eine vom elektrischen Wellengenerator 10 erzeugte elektrische Welle - und wenn anwendbar, vom Verstärker 70 verstärkt - wird typischer Weise mittels Verbindungen und Drähten oder anderen Mitteln zum Überführen einer elektrischen Energie an die Vibrationselemente auf das Vibrationselement 20 übertragen, weshalb der Verstärker elektrisch mit den Vibrationselementen verbunden ist.
Ein Vibrationselement ist im allgemeinen alles, was die elektrische Energie in eine mechanische oder vibrierende Energie wandelt und die Vibrationsenergie direkt oder indirekt auf das vibrierende Glied überführt. Piezoelektrische Substanzen sind typischer Weise polarisierte kristalline Materialien, die für ihre Fähigkeit, elektrische Energie in mechanische Energie zu wandeln, im Stand der Technik bekannt sind. Es es auch bekannt, dass die piezoelektrischen Materialien Vibrationswellen in bestimmten Richtungen emittieren. Piezoelektrische Keramikmaterialien wie beispielsweise Zirconiumniobat werden bevorzugt.
Es ist auch bekannt, dass andere piezoelektrische Materialien unterschiedliche "Eigenfrequenzen" aufweisen. Eine Eigenfrequenz eines piezoelektrischen Materials ist die Frequenz, an der ein piezoelektrisches Material auf die Mindest-Impedanz (oder den Widerstand) zum Umwandeln der elektrischen Energie in eine Vibrationsenergie stößt. Um den Widerstand zu vermeiden, wird allgemein bevorzugt, dass die Frequenz einer elektrischen Energiewelle, die auf ein piezoelektrisches Vibrationselement überführt wird, im wesentlichen dieselbe ist wie eine Eigenfrequenz eines piezoelektrischen Materials. Genauer erläutert, liegt die Frequenz der Energieeingabe vorzugsweise innerhalb mehrerer Hz der Eigenfrequenz des Vibrationselements. Wenn die Eigenfrequenz des Vibrationselements 40 KHz ist, wäre es solchermaßen wünschenswert, eine elektrische Energiewelle zu erzeugen, die eine Frequenz von zwischen etwa 39, 8 KHz und 40, 2 KHz und am bevorzugtesten zwischen etwa 39,94 KHz und 40,01 KHz hat.
Wie zuvor erwähnt, können gemäß der augenblicklichen Erfindung eine Mehrzahl an Vibrationselementen benutzt werden. Wenn eine Mehrzahl an piezoelektrischen Vibrationselementen verwendet wird, sollten sie so ausgerichtet sein, dass die Vibrationswellen, die sie emittieren, einander nicht komprimieren oder die Wirkungen der Wellen abschwächen, die das eine oder die anderen emittieren. In Fällen, wo die Vibrationselemente übereinander liegend angeordnet sind (d. h. einander berühren), werden die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass die Pole der Vibrationselemente derart ausgerichtet sein sollten, dass sich die positiven Pole berühren und sich die negativen Pole an gegenüberliegenden Enden des Stapels befinden. Wenn andererseits mehrere Vibrationselemente nicht übereinander angeordnet liegen, sondern voneinander beabstandet sind, werden sie vorzugsweise an Stellen auf z. B. einer Welle voneinander beabstandet, wo sich die Energie der Wellen, die sie emittieren, einen Mindestwert einnimmt. Diese Stellen basieren vorrangig der Wellenlänge der Wellen, die von den Vibrationselementen erzeugt werden.
Genauer erläutert, verfügt eine Welle über drei Punkte der minimalen Energie zwischen dem Ursprung einer Welle und einem Abstand einer Wellenlänge zum Ursprung. Graphisch gesprochen, tritt die minimale Energie an Punkten auf, wo eine Welle die Achse kreuzt, die ihre Ausbreitungsrichtung bestimmt. Angenommen, dass eine Welle an der Achse beginnt, die senkrecht zur Richtung der Welle steht, treten die Bereiche der minimalen Energie am Wellenursprung, an der halben Wellenlänge zum Ursprung und an einer ganzen Wellenlänge zum Ursprung auf. Wenn mehrere Vibrationselemente benutzt werden, befinden sich die Vibrationselemente daher am Ursprung einer von einem Vibrationselement erzeugten Welle. Es handelt sich um die zuvor erörterte gestapelte Anordnung. Alternativ wird es bevorzugt, dass die Mehrzahl an Vibrationselementen identische Kristalle sind, die synchronisiert werden. Wenn die Vibrationselemente beispielsweise voneinander beabstandet werden, kann ihre Beabstandung durch die Formel n+1/2 Wellenlängen dargestellt werden, worin n irgendeine ganze Zahl sein kann. Solchermaßen kann ein Vibrationselement in Abständen von beispielsweise 0,5, 1, 1,5 und 2 Wellenlängen von einem anderen Vibrationselement beabstandet sein. Wenn alternativ beispielsweise 3 Vibrationselemente benutzt werden, kann ein Vibrationselement an einer Welle gesichert, ein zweites Vibrationselement an einer halben Wellenlänge zur ersten und ein drittes Vibrationselement 1 Wellenlänge vom ersten Vibrationselement entfernt gesichert werden.
Wie oben erwähnt, liegt die Energie einer Vibrationswelle an einem Mindestwert bei n+1/2 der Wellenlänge. Jedoch treten Bereiche maximaler Energie an Punkten auf, an denen eine Vibrationswelle am weitesten von der Achse entfernt ist, die ihre Ausbreitungsrichtung bestimmt. Graphisch gesprochen, treten bei der Annahme, dass eine Welle an der Achse beginnt, die sich senkrecht zur Wellenrichtung befindet, die Bereiche maximaler Energie an 1/4 Wellenlänge zum Ursprung der Welle und an 3/4 Wellenlänge zum Ursprung der Welle auf. Solchermaßen erfolgen die Bereiche maximaler Energie an n+1/4 Wellenlängen zum Ursprung und n+3/4 Wellenlängen zum Ursprung auf, worin n irgendeine ganze Zahl sein kann. Damit ein vibrierendes Glied der maximalen Energiegröße ausgesetzt wird und dadurch die größte Menge einer Zertrümmerung des aus Partikeln bestehenden Materials an einem solchen Element erreicht wird, ist es vorzuziehen, die Entfernungen des vibrierenden Glieds n+1/4 oder n+3/4 Wellenlängen vom Vibrationselement(en) weg zu setzen. Solchermaßen befindet sich das vibrierende Glied z. B. 0,25, 0,75, 1,25 und 1,75 Wellenlängen von einem Vibrationselement entfernt.
In Fällen, in denen das vibrierende Glied vom Vibrationselement beabstandet liegt, wie beispielsweise in jenen in Fig. 1 und Fig. 2 gezeigten Ausführungsformen, ist das Mittel zum Erreichen einer solchen Beabstandung beispielsweise für die oben erwähnte(n) Welle oder Positionierungshüllen im allgemeinen jedes verlängerte Glied, das für die Ausbreitung von Vibrationsenergiewellen auf das vibrierende Glied geeignet ist. Im allgemeinen würde jedes Material, das zum Dienen dieser Funktion in der Lage ist, für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet sein. Solche Materialien umfassen, ohne darauf eingeschränkt zu sein, Metalle wie beispielsweise Aluminium, Stahl, Eisen, Titan, Legierungen davon, usw. Zylindrische Glieder werden normalerweise benutzt, um das vibrierende Glied vom Vibrationselement zu beabstanden, da sie ohne weiteres verfügbar sind.
Mittel zum Erzeugen einer stehenden Schallwelle können das vibrierende Glied und das Vibrationselement umfassen, da die Vibrationsenergie von den Vibrationselementen beim In-Kontaktkommen mit dem vibrierenden Glied zur Bildung einer stehenden Schallwelle führt, die durch das vibrierende Glied ausgestrahlt wird. Wenn die Vibrationswellen mit dem vibrierenden Glied in Kontakt kommen, werden sie in Richtung des Außenrands des vibrierenden Glieds ausgestrahlt, und solche Wellen fahren solange fort, ausgestrahlt zu werden, bis dem System Energie zugeführt wird. Als ein Ergebnis davon wird eine Vielzahl an Vibrationswellen durch das vibrierende Glied erzeugt. Wenn diese Wellen die Enden des vibrierenden Glieds erreichen, werden sie reflektiert. Zusätzlich zu den in Richtung des Randes des vibrierenden Glieds übertragenen Wellen, wird solchermaßen eine Vielzahl an Wellen zurück in die entgegengesetzte Richtung reflektiert. Entsprechend bewegen sich mehrere Vibrationswellen beim Aktivieren der Energiezufuhr durch das Vibrationsglied vor und zurück. Schließlich stauen sich diese Wellen, um durch das vibrierende Glied eine Gleichgewichtswelle zu errichten. Auf diese Gleichgewichtswelle wird als "stehende Schallwelle" Bezug genommen.
Praktisch gesprochen wird die stehende Schallwelle bei der Aktivierung des elektrischen Wellengenerators augenblicklich erzeugt. Als Ergebnis der Vielzahl an Vibrationswellen, die sich aufbauen, um die stehende Schallwelle zu bilden, kann die stehende Schallwelle eine Frequenz aufweisen, die verglichen mit der elektrischen Wellenausgabe des elektrischen Wellengenerators oder der vom Vibrationselement erzeugten Vibrationswelle eine höhere Frequenz hat. Solchermaßen kann die Frequenz der mit der Testprobe in Kontakt kommenden Schallwelle größer sein als die Frequenz der Wellen, die am Vibrationselement entspringen und mit dem vibrierenden Glied in Kontakt treten. Es wurde befunden, dass das vibrierende Glied mehr als die doppelte Frequenz der Vibrationswelle aufweist, die von den Vibrationselementen emittiert wird.
Eine stehende Schallwelle verfügt über Maximalenergie- Bereiche in Abständen von n+1/4 und n+3/4 zum Ursprung der Welle. Damit die Energie der stehenden Schallwelle zum Zertrümmern eines aus Partikeln bestehenden Materials, das in einer Testprobe vorliegen kann, wirkungsvoll verwendet wird, wird es bevorzugt, Probenröhren in Abständen von n+1/4 oder n+3/4 Wellenlängen zum Ursprung der stehenden Schallwelle am vibrierenden Glied zu sichern, worin n irgendeine ganze Zahl ist. Es sollte natürlich verständlich sein, dass die Bereiche auf der Platte, wo die Probenröhren gesichert sind, nicht beabsichtigt ist, um den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken; n+1/4 und n+3/4 Richtlinien sind bloß ein Hinweis, da befunden wurde, dass an ihnen die optimale Beschallung auftritt.
Die Stellen maximaler Energie an einem vibrierenden Glied können bestimmt werden, indem Rechnerprogramme verwendet werden, die in der Lage sind, finite Elementanalysen durchzuführen, wodurch Veränderliche, die die akustische Impedanz des Plattenmaterials (ein Maß der Schallgeschwindigkeit im Material und der Dichte der Materialien), die Plattenausmaße und die Wellenlänge der die Platte kontaktierenden Welle einschließen, eingegeben werden und die Bereiche der minimalen und maximalen Energie durch eine Platte berechnet werden. Ein solches Programm ist von Algor, Inc.; Pittsburgh, PA, erhältlich.
Alternativ können die Stellen der minimalen und maximalen Energie durch die Platte ohne weiteres empirisch bestimmt werden. Genauer erläutert, kann vor der Einleitung von Energie in das System ein aus kleinen Partikeln bestehendes Material wie beispielsweise Sand, Speckstein, Siliziumkarbid oder Glasperlen am vibrierenden Glied plaziert werden. Beim Bereitstellen der Energie für das System wird das aus Partikeln bestehende Material an die Bereiche der minimalen Energie wandern. Diese Stellen stellen Bereiche dar, die n+1/2 Wellenlängen zum Ursprung der Welle haben, worin n irgendeine ganze Zahl darstellt, und es wird angenommen, dass die Welle am Schnittpunkt des vibrierenden Glieds und der Vibrationswelle vom Vibrationselement beginnt. Daher stellen die Bereiche zwischen diesen Stellen n+1/4 Wellenlängen zum Ursprung der Welle dar, oder wie zuvor erörtert, Bereiche der maximalen Energie dar. Entsprechend bilden diese Bereiche die bevorzugten Stellen zum Sichern der Probenröhren. Dieses Verfahren zum Bestimmen der Bereiche höchster Energie wird bevorzugt, da dieses Verfahren in der Praxis eine genaue Bestimmung der Bereiche der minimalen und maximalen Energie liefert.
Fig. 3 veranschaulicht ein bevorzugtes Verfahren zum Sichern der Probenröhren an einem vibrierenden Glied in Form einer Platte. Fig. 3 zeigt eine Seitenansicht und Draufsicht eines(r) vibrierenden Glieds/Platte 40, wobei ein Bild einer stehenden Schallwelle 130 auf der Seitenansicht übertragen ist. Öffnungen 50 zum Sichern der Probenröhren an der Platte werden an Bereichen gezeigt, an denen die stehende Schallwelle ihre maximale Energie erreicht. Öffnungen werden bevorzugt, da sie mit einem Gewinde versehen, verjüngt oder beides werden können, um den Kontakt zwischen dem vibrierenden Glied und den Probenröhren zu gewährleisten. Obwohl die Öffnungen zum Sichern der Probenröhren an einer Platte bevorzugt werden, sind weitere Mittel wie beispielsweise elastische Bänder, Haken, Flansche, Klemmen, Klammern, Schnappverbinder, usw. geeignet.
Die Dimensionen des gemäß der gegenwärtigen Erfindung verwendeten vibrierenden Glieds werden von den Fachleuten auf dem Gebiet wie erwünscht gewählt. Um eine stehende Schallwelle zu bilden, sollte jedoch das vibrierende Glied in mindestens einer Dimension größer sein als das Vibrationsglied (oder ein Mittel zum Anbringen des vibrierenden Glieds am Vibrationselement) oder über diesem ragen. Vorzugsweise überragt das vibrierende Glied, wie oben beschrieben, das Vibrationselement oder Befestigungsmittel um einen Abstand von mindestens einer halben Wellenlänge der Welle, die vom Vibrationselement erzeugt wird. Kreisförmige Platten sind bevorzugte vibrierende Glieder, da die Bereiche auf einer Platte, wo die stehende Schallwelle ihre maximale Energie erreicht, das praktische plazierung von Proben erlauben. Jedoch sind auch quadratische, rechteckige, zylindrische und ähnliche Formen für die Verwendung als vibrierende Glieder gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet.
Geeignete Materialien zum Bilden eines vibrierenden Glieds können von den Fachleute auf dem Gebiet aufgrund der Fähigkeit des Materials, eine stehende Schallwelle zu bilden, größenteils ohne weiteres gewählt werden. Obwohl sowohl elastische als auch starre Materialien stehende Schallwellen bilden können, wird es verständlich sein, dass, wenn starre Materialien zur Bildung eines vibrierenden Glieds verwendet werden, die Energieeingabe in das System größer sein wird, als wenn elastische Materialien verwendet würden, um das vibrierende Glied zu bilden. Metalle, Metalllegierungen und Polymermaterialien so wie Copolymere, Mischungen oder Laminate und auf dem Polymermaterial abgelagerte Metalle können als Plattenmaterial verwendet werden. Solche vibrierenden Glieder umfassen, ohne darauf eingeschränkt zu sein, Aluminium; Titan; rostfreien Stahl; Polyolefine wie beispielsweise Polypropylen und Polyethylen; Polyester wie beispielsweise Polyethylen-terephthalat und Akrylonitrilebutadienestyren; Polykarbonat; Akrylpolymere wie Polymethylmethakrylat und Polyakrylonitril; Chlor enthaltende Polymere wie Polyvinylchlorid und Polyvinylidenchlorid; Acetal-homopolymere und Copolymere; Flur enthaltende Polymere wie Polyvinylidenfluorid und Polytetrafluorethylen; Polyamide; Polyetheretherketon; Schwefel enthaltende Polymere wie Polyphenylensulfid und Poylethersulfon; Polyurethane; und Silizium enthaltende Polymere wie Polydimethylsiloxan.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine Rückkopplungs-Phasengleichlaufschleife (hiernach "Gleichlaufschleife") verwendet, um die optimale Leistung des Beschallers mit stehenden Schallwellen zu gewährleisten. Wie zuvor erwähnt, umfassen die Vibrationselemente typischer Weise piezoelektrische Materialien, die abhängig von der Zusammensetzung des Materials verschiedene Eigenfrequenzen haben. Wenn das piezoelektrische Material mit einer Energie in Kontakt kommt, die eine Frequenz hat, die sich nicht an dieser Eigenfrequenz befindet, weist es eine Impedanz oder einen Widerstand auf die Umwandlung der elektrischen Energie in Vibrationsenergie auf. Ein weiterer Faktor, der einen Widerstand in dieser Transformation verursachen kann, ist das Gewicht der Probenröhren und Proben, die an der Platte gesichert werden können. Eine Erhöhung der Energie, die dem Vibrationselement zugeführt wird, hilft Faktoren zu kompensieren, die den Widerstand verursachen. Eine Gleichlaufschleife kann beispielsweise mittels Drähten und Verbindungen mit den Vibrationselementen und alternierend einem elektrischen Wellengenerator oder Verstärker operativ verbunden sein, um die Größe des Widerstands zu messen, die vom Vibrationselement erfahren wird, und um die Frequenzeingabe des elektrischen Wellengenerators einzustellen, damit jeder Anstieg der Impedanz kompensieren wird.
Die Wirkungsweise des Beschallers wird jetzt in Übereinstimmung mit der Fig. 4 erörtert. Eine Testprobe 140 wird in die Probenröhre 60 gesetzt und die Probenröhre 60 mittels Öffnungen 50 am vibrierenden Glied 40 gesichert. Wenn aktiviert, erzeugt der elektrische Wellengenerator 10 elektrische Energie in Form einer Welle, die eine ausgewählte Frequenz und Amplitude hat. Die Amplitude dieser Welle wird danach nach dem Passieren durch den Verstärker 70 erhöht. Als Ergebnis wird die Energie der elektrischen Welle erhöht. Die Frequenz der elektrischen Welle bleibt jedoch dieselbe. Die verstärkte elektrische Welle 150 wird beispielsweise mittels eines am Verstärker 70 und Vibrationselement 20 verbundenen Drahts 160 auf das Vibrationselement 20 überführt. Das Vibrationselement 20 wandelt die elektrische Energie in Vibrationsenergie um und strahlt eine Vibrationswelle 170 aus. Die Vibrationswelle 170 breitet sich an der Welle 30 entlang in Richtung des vibrierenden Glieds 40 aus und kommt an einem Punkt mit dem vibrierenden Glied 40 in Kontakt, an dem das vibrierende Glied 40 und die Welle 30 zusammengefügt sind. Die Vibrationswelle 170 wird in eine stehende Schallwelle 130 umgewandelt, die die Platte 40 überquert und die Probenröhren 60 kontaktiert, um dadurch die Teströhre 140 zu beschallen. Nachdem die Beschallung abgeschlossen ist - typischer Weise etwa nach 2 Minuten, am typischsten nach 10 Minuten - kann der elektrische Wellengenerator 10 abgeschaltet werden, wodurch die sich durch das System fortpflanzenden Wellen abgeleitet werden.
Wie zuvor erwähnt, stehen vom Vibrationselement übertragene Wellen mit dem vibrierenden Glied in Kontakt und werden in eine stehende Schallwelle umgewandelt. Die Probenröhren werden daher mit einer Welle in Kontakt gebracht, die nicht direkt vom Vibrationselement ausgestrahlt wird. Eher werden die Probenröhren von der stehenden Schallwelle kontaktiert, die eine Welle darstellt, die vom vibrierenden Glied erzeugt wird und sich von der vom Vibrationselement erzeugten Welle unterscheidet. Eine solche Welle kann eine Frequenz haben, die größer ist als die von den Vibrationselementen ausgestrahlten.
Der hierin bereitgestellte Beschaller kann benutzt werden, um Zellen wie beispielsweise in einer Testprobe vorliegende Viren oder Bakterien zu beschallen und dadurch aufzulösen. Beim Auflösen setzen die Zellen interzelluläre Komponenten (einschließlich Nukleinsäuren) in die umgebende Testprobe frei. Die Nukleinsäuren, die in die umgebende Testprobe freigesetzt werden, können erfasst werden, indem die freigesetzte Nukleinsäure oder Fragmente davon verstärkt und das verstärkte Produkt, falls vorhanden, erfasst wird. Verfahren zum Verstärken und Erfassen von Nukleinsäuresequenzen sind im Stand der gut bekannt. Das im Handel erhältliche LCx -System (Abbott Laboratories) kann z. B. benutzt werden, um Nukleinsäuresequenzen zu verstärken und zu erfassen, die gemäß der vorliegenden Erfindung freigesetzt werden. Beispielhafte Verstärkungsreaktionen, die benutzt werden können, um die Nukleinsäuresequenzen zu verstärken, umfassen, ohne darauf eingeschränkt zu sein, die im EP-A-320.308 und EP-A- 439.182 beschriebene Ligase-Kettenreaktion (LCR) oder die in den US-Patenten 4.683.195 und 4.683.202 beschriebene Polymerase- Kettenreaktion (PCR).

BEISPIELE

Der für die Beispiele verwendete Beschaller war im wesentlichen derselbe wie jener in der Fig. 2 gezeigte. Ein Funktionsgenerator (Philips-Modell PM15132; Phillips Corp.; Eindhoven, Niederlande) wurde verwendet, um eine Sinuswelle zu erzeugen, die vom Modell-700A1-Verstärker von Amplifier Research, Souderton, RA, verstärkt wurde. Der Verstärker wurde mit Drähten und Verbindungen (Etalon) mit einem Paar an ringröhrenförmigen, piezoelektrischen Blei-Zirconiumniobat-Vibrationselementen (von Etalon Inc., Libanon, IN, erhältlich) verbunden. Die Vibrationselemente hatten eine Eigenfrequenz von 29 kHz und wurden übereinander liegend angeordnet und derart zwischen Aluminiumscheiben eingepfercht, dass das am nächsten zu einer kreisförmigen Platte befindliche Vibrationselement 55 mm (λ/4 Wellenlängen) von der Platte weg lag. Die Platte war ein kreisförmiges Aluminiumstück, das einen Durchmesser von 88,9 mm aufwies und 3,1 mm dick war. 10 kreisförmig mit einem Gewinde versehene Löcher, 6,35 mm im Durchmesser, wurden jeweils bei 31,75 mm vom Mittelpunkt der Probenplatte zentriert, um um den Außenrand der Platte herum einen Ring von Löchern zu bilden. Konzentrisch zu den ersten 10 Löchern wurde ein weiterer Kreis von 8 mit einem Gewinde versehenen Löchern bei 19,05 mm zum Mittelpunkt der Probenplatte zentriert. Die Platte wurde durch das Schrauben eines Endes einer Welle und der Plattenmitte derart an der Welle gesichert, dass die Platte und die Welle zusammengeschraubt werden konnten. Die Welle wurde auf dieselbe Art und Weise an der Aluminiumscheibe gesichert.

Beispiel 1

Frequenzbestimmung einer stehenden Schallwelle

Fein aufgeteilter Sand wurde an der Platte des Beschallers ausgebreitet und der elektrische Wellengenerator aktiviert. Der elektrische Wellengenerator des Beschallers wurde derart eingestellt, dass die vom Verstärker erzeugten und daher an die Vibrationselemente übertragenen Wellen eine Frequenz von 39 KHz und 50 Watt hatten. Beim Aktivieren des elektrischen Wellengenerators wanderte der Sand, um drei konzentrische Kreise in der Fläche der Platte zu bilden. Ein Kreis aus Sand befand sich zwischen der Plattenkante und dem am weitesten außen befindlichen Ring der Probenröhrenhalter, ein anderer befand sich zwischen den Ringen der Probenröhrenhalter, und ein dritter Kreis aus Sand befand sich zwischen dem Plattenmittelpunkt und dem am weitesten innen befindlichen Ring der Probenröhrenhalter. Die Bereiche, an denen der Sand wanderte, deuteten auf Bereiche hin, an denen die stehende Schallwelle ihre minimale Energie hatte. Solchermaßen stellten die Abstände zwischen den Sandkreisen ¹/&sub2; Wellenlänge der durch die Platte erzeugten stehenden Schallwelle dar.
Der Abstand zwischen den konzentrischen Kreisen war 13 mm. Entsprechend war eine volle Wellenlänge der stehende Schallwelle 0,026 m. Die Schallgeschwindigkeit im Aluminium in einer Transversalrichtung ist 3040 m/Sekunde und die Schallgeschwindigkeit im Aluminium in einer Längsrichtung 6420 m/s. Die Frequenz einer Welle kann auf der Grundlage der folgenden Formel berechnet werden: Frequenz = Geschwindigkeit/Wellenlänge. Die Frequenz der stehenden Schallwelle durch die Platte war solchermaßen 3040 (m/s)/0,026(m) für die Transversalfrequenz. Daher war die Transversalfrequenz (d. h. die Frequenz der stehenden Schallwelle) 117 kHz. Entsprechend ist die Frequenz der stehenden Schallwelle, die die für das Beschallen der Proben verwendete Welle ist, mindestens doppelt so groß wie die Frequenz der an die Vibrationselemente eingegebenen Welle.

Beispiel 2

Energiedichteneingabe/Volumen der Testprobe

In diesem Beispiel wurde das Energie/Einheitvolumen berechnet, das eine Probe als Ergebnis des Beschallens mit dem vorliegenden Beschaller erfährt. Um diese Bestimmung vorzunehmen, wurden eine Wassermenge und Glasperlen beschallt und die Temperaturänderung im Wasser und in den Glasperlen verwendet, um die zugeführte Energiemenge/ml zu bestimmen.
0,5 ml Wasser und 0,1 ml Glasperlen (150-212 Mikrometer- Durchmesser; Produktnr. 1145; Sigma Chemical Co.; St. Louis, Mo.) wurden zu einer 1,5 ml Microfuge-Probenröhre (von Sarstedt; Newton, NC, erhältlich) hinzugegeben. Die Probenröhren wurde an der Platte des Beschallers gesichert, bevor sie 120 Sekunden lang beschallt wurden. Die Temperatur des Wassers und der Perlen vor der Beschallung betrug 23ºC und danach 70ºC. Auf der Grundlage der Gleichung "Hitze (Kalorien) = (Masse) · (Δ Temperatur) · Wärmekapazität-Cp) wurden die Wärmekalorien berechnet und in Joule umgewandelt (1 Joule = 0,2388 Kalorien). Solchermaßen bildeten die für das Wasser absorbierten Kalorien die Summe von (0,5 ml) (1 Gramm/ml) (47ºC) (1 Kalorie/ºC) oder 23,5 Kalorien oder 98,2 Joule. Auf eine ähnliche Art und Weise wurden die von den Glasperlen erfahrenen Joule als 11,8 Joule berechnet. Entsprechend waren die von den Perlen und dem Wasser erfahrenen Gesamtjoule 110 Joule. Geteilt durch die Zeit, in der Energie an das System abgegeben wurde (120 Sekunden), waren die an das Wasser und die Perlen abgegebenen Gesamtwatt 0,917 Watt. Indem als letztes die Watt durch die Menge der Probe (0,5 ml) geteilt wurde, wurde bestimmt, dass die von der Probe erfahrene Energiedichte 1,83 Watt/ml war.

Beispiel 3

Beschallung von Mycobacterium tuberculosis bei verschiedenen Energieeinstellungen und über verschiedene Zeitspannen

In diesem Beispiel wurde eine Nukleinsäure mittels des vorliegenden Beschallers aus einem Mycobacterium tuberculosis- Stamm H37Ra (Mtb) freigesetzt. Nach der Beschallung einer Testprobe von Mtb, wurde an einem aliquoten Teil der Testprobe eine Ligase-Kettenreaktion (LCR) durchgeführt, um das Ausmaß der vom Beschaller bewirkten Zellenzertrümmerung zu bestimmen.
Eine 4 · 10&sup7;-Kolonie-bildende-Einheit(cfu)/ml-Kultur von Mtb wurde mit destilliertem Wasser zu einer Konzentration von 40 cfu/ml verdünnt. 250 ul der verdünnten Kultur und 100 ul von 19 mM tris(hydroxymethyl)aminomethan (Tris ), 11 W Ethylendiamintetra-Essigsäure (EDTA), pH 8 Puffer (TE-Puffer) wurden daraufhin in 1,5 ml Probenröhren (Sarstedt) eingeführt. Diese Röhren wurden in die Probenröhrenhalter eingesetzt, indem die Röhren durch die mit einem Gewinde versehenen Löcher in der Platte gedreht wurden. Probenröhren wurden einander gegenüberliegend aufgestellt, und in Fällen, wo eine ungerade Zahl der Röhren beschallt werden musste, wurde eine den TE-Puffer enthaltende leere Röhre gegenüber der ungeraden Probenröhre aufgestellt. Der elektrische Wellengenerator und der Verstärker wurden eingestellt, um bei einer Frequenz von 29 KHz zu arbeiten. Zusätzlich wurde die Nennleistung bei 50% eingestellt. Der der Platte zugeführte Energie sowie die Beschallungszeiten variierten. Die effektive Leistung und die Zeiten werden zusammen mit den Daten aus diesem Experiment in der Tabelle 1 gezeigt. Die Leistung wurde als Vorwärtsleistung aus der Verstärkerkonsole abgelesen, nachdem die vom Transducer reflektierte Leistung so nahe wie möglich an Null heran minimiert wurde. Nachdem die verschiedenen Proben beschallt wurden, wurden 35 ul des beschallten Gemischs für die Verstärkung der freigesetzten DNA an die Reaktionsröhren gegeben.
Die freigesetzte DNA wurde mittels der Verwendung der Lückenfüllungs-LCR verstärkt, wie sie im wesentlichen im US- Patent Nr. 5.427.930 und in der am 13. Mai, 1994, eingereichten US-Patentanmeldung Nr. 08/242.403 erläutert wird. Die Targetsequenz wird hierin als SEQ. ID. NR. 1 aufgelistet, und die zum Verstärken der Targetsequenz verwendeten Proben werden hierin als SEQ. ID. NR.2-SEQ. ID. NO.5 aufgelistet. Entgegengesetzte Enden angrenzender Proben werden mit Carbazol und Adamantan-Haptenen markiert, um die Erfassung der verstärkten Folgen zu erleichtern.
Die verstärkten Folgen wurden mit einem LCx -Analysator (Abbott Laboratories; Abbott Park, IL) erfasst, indem mit Anti- Carbazol beschichtete Mikropartikel und mit alkalischer Phosphatase konjugierte Anti-Adamantan-Antikörper verwendet wurden. Der LCx® zeigte das Vorliegen der Sequenzen mit einem Geschwindigkeits-basierenden Signal an, das in Zählwerte/Sekunden/Sekunden (c/s/s) gemessen wird.
Tabelle 1 unten zeigt die Ergebnisse dieses Experiments. Wie in der Tabelle 1 gezeigt, zertrümmerte der Beschaller den Mtb bei verschiedenen geprüften Energien und Zeiten. Tabelle 1

Beispiel 4

Beschallung mit Glasperlen

Die im Beispiel 3 verwendeten Proben, Verfahren und Beschaller wurden in diesem Beispiel verwendet, wenn man davon absieht, dass 80 ul an Glasperlen (150-212 Mikrometer Durchmesser - Produktnr. 1145; Sigma Chemical Co.; St. Louis, Mo.) vor der Beschallung in die Probenröhren gegeben wurden. Die Energiesausgaben, Beschallungszeiten und Ergebnisse für dieses Experiment werden in der Tabelle 2 unten gezeigt. Wie in der Tabelle 2 gezeigt, zertrümmerte der Beschaller die Zellen beim Vorliegen der Glasperlen bei verschiedenen geprüften Energien und Zeiten. Tabelle 2

Beispiel 5

Beschaller mit stehenden Wellen, Bad-Beschaller und Kügelstampfer Vergleich

In diesem Beispiel wurden der Beschaller mit stehender Schallwelle, ein Bad-Beschaller und die Fähigkeit eines Kugelstampfers verglichen, um die Nukleinsäure aus dem Mtb freizusetzen.
100 ul einer 3 · 10&sup8; cfu/ml-Kultur von Mtb, 80 ul von Glasperlen (150-212 Mikrometer Durchmesser - Produkt Nr. 1145, Sigma Chemical Co.; St. Louis, Mo.) und 170 ul eines TE-Puffers wurden in die Probenröhren gegeben und wie im Beispiel 3 mit dem Beschaller mit stehenden Schallwellen beschallt. Jedoch erfolgte die Beschallung bei 50 Watt für Zeitspannen von 5, 10 und 30 Minuten.
Die Bad-Beschallung wurde mit einem Branson-Gerät Modell Nr. 2200 (Branson ultrasonics Corp.; Danberry, CT) durchgeführt. Proben wurde wie oben für den Beschaller mit stehenden Schallwellen vorbereitet, wenn man davon absieht, dass 100 ul an Glasperlen in die Probenröhren gegeben wurden. Der Bad-Beschaller enthielt etwa 1,5 l auf 65ºC vorgeheiztes und 30 Minuten lang vor-beschalltes Wasser. Die Probenröhren wurden in das Bad getaucht und 20 Minuten lang beschallt.
Die Kugelstampferexperimente wurden durchgeführt, indem 100 ul einer 3 · 10&sup8; cfu/ml-Kultur an Mtb mit 300 ul an Glasperlen in Probenröhren vermischt wurden. Die Röhren wurden in einen Probenhalter geladen und in den Kugelstampfer (Nouvas Manufacturing Technology Co.; Orange, CA) gefügt. Das Kugelstampfen fand 5 Minuten lang statt.
Im Anschluss an die Beschallung und Kugelstampfung wurde an den Lysaten aus den verschiedenen Probenröhren eine Gel-Elektrophorese durchgeführt, um die aufgelösten DNA-Größen zu bestimmen. Ein Agarosegel (0,7% Gewicht/Volumen) wurde geschmolzen und Ethidiumbromid für die DNA-Färbung verwendet. Das Gel zeigte, dass die Beschallung mit stehenden Wellen Nukleinsäure aus dem Mtb freisetzte.

Beispiel 6

Beschallung, die eine elektronische Phasengleichlauf- Schleife verwendet

In diesem Beispiel wurden Beschaller mit stehenden Schallwellen, der eine größere, kreisförmige Platte als jene zuvor beschriebene aufweist, und eine Gleichlaufschleife verwendet, um Mtb-Proben zu beschallen. Die Probenplatte war 127 mm im Durchmesser und 2,38 mm dick, mit 20 mit einem Gewinde versehenen Löchern, die 53,7 mm vom Mittelpunkt der Platte gebohrt wurden und im wesentlichen gleich voneinander beabstandet waren.
Die Fähigkeit dieses Beschallers mit stehenden Schallwellen zum Beschallen von Mtb wurde mit anderen Verfahren der Zellauflösung verglichen, einschließlich der Badbeschallung (wie im Beispiel 5), Kugelstampfung (wie im Beispiel 5) und dem Sieden. Alle Verfahren wurden mit gleichen anfänglichen Konzentrationen von Mtb (etwa 1 cfu/ml) geprüft. Vor der Beschallung mit dem Beschaller mit stehenden Schallwellen wurden die Mtb- Zellen zentrifugiert und die entstandene Perle im TE-Puffer neuerlich suspendiert.
Die Badbeschallung und Kugelstampfung wurden wie im Beispiel 5 beschrieben durchgeführt. Die Beschallung mit stehenden Wellen fand 5 Minuten lang bei einer Frequenz von 34 KHz und 100 Watt an Energie statt. Der Nennbetrieb wurde bei 50% eingestellt. Die Proben wurden 15 Minuten lang gemäß dem Siedeverfahren der Zellauflösung in kochendes Wasser gegeben.
Nach der Auflösung wurde die freigegebene Nukleinsäure auf die im Beispiel 3 beschriebene Weise verstärkt und erfasst. Die Ergebnisse aus den verschiedenen Verfahren wurden unten in der Tabelle 4 gezeigt. Die Tabelle 4 zeigt die Ergebnisse vom Beschaller mit stehenden Wellen, die Tabelle 5 die Ergebnisse von der Kugelstampfung und die Tabelle 6 die Ergebnisse von der Badbeschallung. Die mittlere Lcx®-Geschwindigkeit für das Siede- Auflösungsverfahren betrug 292 mit einer Standardabweichung (S. D.) von 121.
Wie mittels der verschiedenen Tabellen gezeigt, lieferte die Beschallung mit stehenden Schallwellen Lcx -Geschwindigkeiten, die mit anderen Verfahren der Zellauflösung vergleichbar sind. Tabelle 4

Tabelle 5

Lcx®-Geschw.(c/s/s) S. D.

724 100
838 232
657 71

Tabelle 6

Lcx®-Geschw.(c/s/s) S. D.

520 57
463 281
381 322

Beispiel 7

Beschaller mit stehenden Wellen mit einer rechteckigen Platte

Gemäß diesem Beispiel wurde zum Beschallen des Mtb Beschaller mit stehenden Schallwellen verwendet, der mit einer rechteckigen Platte von 127 mm · 127 mm · 3,18 mm ausgestattet war. Mit einem Gewinde versehene Löcher 50 wurden im in der Fig. 5 gezeigten Muster in die Platte 40 gebohrt, wo der Standort der Platte und die Wellenverbindung 180 ebenfalls gezeigt wird. Die Probenvorbereitungs-, Beschallungs- und Nukleinsäure-Erfassungs- Verfahren, die im Beispiel 3 dargelegt sind, wurden ebenfalls in diesem Beispiel benutzt. Die Tabelle 7 zeigt die Ergebnisse, die man für 40 auf diese Weise beschallte Proben erhielt. Wie in der Tabelle 7 gezeigt, zertrümmerte ein mit einer rechteckigen Platte ausgestatteter Beschaller mit stehenden Schallwellen auf eine wirkungsvolle Art und Weise die Mtb-Zellen. Tabelle 7

Beispiel 8

Beschallung mit stehenden Wellen klinischer Proben

Klinische Proben von Patienten, von denen man annahm, dass sie mit Mtb infiziert wurden, wurden in diesem Beispiel anstatt des nicht virulenten H37Ra Mtb-Stamms verwendet. Sputum-Proben von 83 Patienten der Orange County Medical Center, Orange County, CA, wurden erhalten. Die gleichen Probenmengen und eine frische Lösung, die 1% N-Acetyl-Cystein, 2% Natriumhydroxid (NaOH) und 1,45% Natriumzitrat umfasste, wurden vermischt und durften 20 Minuten lang ruhen. Etwa 40 ml Natriumphosphat-Puffer (67 mM) wurden daraufhin in die verdünnten Proben gegeben, bevor sie 15 Minuten lang bei 3000 g zentrifugiert wurden. Die entstandene Perle wurde wieder im Natriumphosphat-Puffer (67 mM) suspendiert, der 0,2% Rinderserumalbumin enthielt, und die neuerlich suspendierte Perle mit Salzsäure (HCl) neutralisiert. Ein Teil der Probe wurde für die Zellen-Kulturbildung von Mtb verwendet, ein zweiter Teil wurde für säureechte Farbe (AFS) und ein dritter Teil (375 ul) für die LCR-Verstärkung verwendet. Der für die LCR-Verstärkung verwendete Teil wurden in 1 ml TE-Puffer verdünnt und 20 Minuten lang bei 3000 · g zentrifugiert. Die entstandene Perle wurden in 250 ul TE-Puffer neu-suspendiert, und 30 ul der Glasperlen (150-212 Mikrometer Durchmesser - Produktnr. 1145; Sigma Chemical co.; St.Louis, Mo.) wurden in die Probenröhren gegeben, bevor sie in die Probenhalter des im Beispiel 1 verwendeten Beschallers mit stehenden Wellen geladen wurden. Alle Proben, die beschallt wurden, wurden 10 Minuten lang bei einer Energie von 50 Watt, einer Frequenz von 34 kHZ und einer relativen Einschaltdauer von 50% beschallt. 25 ul der beschallten Proben wurden mittels Verwendung von LCR wie im Beispiel 3 verstärkt und wie im Beispiel 3 erfasst. Die Tabelle 8 zeigt die von 8 Proben enthaltenen Ergebnisse, die die Zellkultur, AFS und die auf LCR-basierende Erfassung von Mtb verwenden. Die restlichen Proben waren von allen Verfahren in Bezug auf Mtb negativ. Tabelle 8
Der AFS-Index Basierte auf das Abkommen von der American Thoracic Society, "Diagnostic Standards und Classifications of Tubercolosis", Am.Rev. Respir.Dis., 1990; 142 : 725-735. Gemäß diesem Index deutet ein Wert von "1+" auf das Vorhandensein von Mtb und ein Wert von "2+" auf eine größere Mtb-Last als den 1+ Wert. Gemäß diesem Verfahren der Mtb-Erfassung waren 4 Proben positiv.
Die Kultur-Kolonie-Zälwerte lagen im Bereich von konfluent bis negativ. Wo es möglich war, die einzelnen Kolonien in der Kultur zu zählen, wurden diese Zählwerte dargestellt und in in der Tabelle 8 gezeigte Bereiche eingesetzt. Gemäß diesem Verfahren der Mtb-Erfassung waren 5 Proben positiv. Alle Proben, die von diesem Verfahren als positiv bestimmt wurden, wurden als mit Mtb kontaminiert bestimmt. Die Mycobakterium-Arten wurden durch einen Accuprobe®-Mtb-Probenkit (Gen-Probe Inc., San Diego, CA) bestimmt.
Der Beschaller mit stehenden Schallwellen und die LCR- Verstärkung der Mtb-Targetsequenz zeigte, dass 8 Proben in Bezug auf Mtb positiv waren. Zusätzlich erfassten diese Verfahren Mtb in allen Proben, die entweder durch die Kultur oder AFS positiv waren. Patienten, deren Proben durch dieses Verfahren der Mtb- Erfassung positiv waren und keine anderen wurden in Bezug auf die Mtb-Infektion behandelt. Daher war der Beschaller mit stehenden Schallwellen bei der Freigabe einer Nukleinsäure aus dem Mtb effektiv.
Obwohl die Erfindung detailliert und in Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben wurde, wird es den Fachleuten auf dem Gebiet klar sein, dass in Bezug auf diese Ausführungsformen verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne sich vom Geist und Schutzumfang der Erfindung, wie in den anliegenden Ansprüchen definiert, zu lösen.
Wenn technische Merkmale in den Ansprüchen mit Bezugszeichen versehen sind, so sind diese Bezugszeichen lediglich zum besseren Verständnis der Ansprüche vorhanden. Dementsprechend stellen solche Bezugszeichen keine Einschränkungen des Schutzumfangs solcher Elemente dar, die nur exemplarisch durch solche Bezugszeichen gekennzeichnet sind.

SEQUENZLISTE

(1) ALLGEMEINE INFORMATION
(i) ANMELDER: Halaka F.
(ii) TITEL DER ERFINDUNG: VERFAHREN ZUM ERZEUGEN VON STE- HENDEN SCHALLWELLEN, BESCHALLUNGSVERFAHREN MIT EINER STEHENDEN SCHALLWELLE, UND EINE STEHENDE SCHALLWELLE VERWENDENDE BESCHALLER
(iii) Anzahl der Sequenzen
(iv) POSTADRESSE:
(A) EMPFÄNGER: Abbott Laboratories
(B) STRASSE: 100 Abbott Park Road
(C) STADT: Abbott Park
(D) STAAT: Illinois
(E) LAND: USA
(F) POSTLEITZAHL: 60064-3500
(v) COMPUTER LESBAR VON:
(A) SPEICHERMEDIUMART: Floppy disk
(B) COMPUTER: Macintosh
(C) BETRIEBSSYSTEM: System 7,0,1
(D) SOFTWARE: MS Word Text
(vi) GEGENWÄRTIGE ANMELDUNGSDATEN:
(A) ANMELDUNGSNUMMER:
(B) EINREICHUNGSDATUM:
(C) KLASSIFIZIERUNG:
(viii) ANWALT/BEVOLLMÄCHTIGTER INFORMATION:
(A) NAME: Paul D. Yasger
(B) REGISTRIERUNGSNUMMER: 37, 477
(C) AKTENZEICHEN/NUMMER DER AKTE: 5637. US. P1
(ix) TELEKOMUNIKATIONSINFORMATION
(A) TELEFON: 708/938-3508
(B) TELEFAX: 708/938-2623
(C) TELEX:
(2) INFORMATION FÜR DIE SEQUENZ-ID-Nr.: 1:
(i) SEQUENZMERKMALE:
(A) LÄNGE: 44 Basenpaare
(B) TYP: Nukleinsäure
(C) STRANG: doppelt
(D) TOPOLOGIE: linear
(ii) MOLEKÜLART: DNA (genomisch)
(vi) URSPRUNGSQUELLE:
(A) ORGANISMUS: Mycobakterium tuberkulosis (xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NR.: 1:
(2) INFORMATION FÜR DIE SEQ ID NR.: 2:
(i) SEQUENZMERKMALE:
(A) LÄNGE: 21 Basenpaare
(B) TYP: Nukleinsäure
(C) STRANG: einzeln
(C) TOPOLOGIE: linear
(ii) MOLEKÜLART: synthetische DNA (xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NR.: 2:
(2) INFORMATION FÜR DIE SEQ ID NR.: 3:
(i) SEQUENZMERKMALE:
(A) LÄNGE: 18 Basenpaare
(B) TYP: Nukleinsäure
(C) STRANG: einzeln
(C) TOPOLOGIE: linear
(ii) MOLEKÜLART: synthetische DNA (xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NR.: 3:
(2) INFORMATION FÜR DIE SEQ ID NR.: 4:
(i) SEQUENZMERKMALE:
(A) LÄNGE: 20 Basenpaare
(B) TYP: Nukleinsäure
(C) STRANG: einzeln
(C) TOPOLOGIE: linear
(ii) MOLEKÜLART: synthetische DNA (xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NR.: 4:
(2) INFORMATION FÜR DIE SEQ ID NR.: 5:
(i) SEQUENZMERKMALE:
(A) LÄNGE: 23 Basenpaare
(B) TYP: Nukleinsäure
(C) STRANG: einzeln
(C) TOPOLOGIE: linear
(ii) MOLEKÜLART: synthetische DNA (xi) SEQUENZBESCHREIBUNG: SEQ ID NR.: 5:

Claims

1. Eine Vorrichtung zum Beschallen von Proben, die folgendes umfasst:

(a) einen elektrischen Wellengenerator (10);

(b) ein Vibrationselement (20), das elektrisch mit dem elektrischen Wellengenerator (10) verbunden ist, wobei das Vibrationselement (20) mit einer Welle (30) verbunden ist; und

(c) ein vibrierendes Glied (40), das transversal an der Welle (30) in einem Abstand zum Vibrationselement (20) gesichert wird,

dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand n + ¹/&sub4; oder n + ³/&sub4; der Wellenlänge des Vibrationselements (20) beträgt, worin n irgendeine ganze Zahl ist, und worin das vibrierende Glied (40) über eine Mehrzahl an Stellen (50) verfügt, um die Proben (60) zu sichern, die sich an Stellen maximaler Energie am vibrierenden Glied (40) befinden.

2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin sich die Stellen (50) zum Sichern der Proben (60) in einem Abstand von der Welle (30) weg angeordnet sind, der gleich n + ¹/&sub4; oder n + ³/&sub4; der Wellenlänge einer stehenden Schallwelle am vibrierenden Glied (40) ist, worin n irgendeine ganze Zahl ist.

3. Die Vorrichtung der Ansprüche 1 oder 2, worin das vibrierende Glied (40) eine Platte ist.

4. Die Vorrichtung nach Anspruch 3, worin die Platte kreisförmig ist.

5. Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin einen Verstärker (70) umfasst, der elektrisch mit dem elektrischen Wellengenerator (10) und dem Vibrationselement (20) verbunden ist.

6. Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, die weiterhin einen Verstärker (70) umfasst, der elektrisch mit dem elektrischen Wellengenerator (10) verbunden ist, und eine Rückkopplungs-Phasengleichlauf-Schleife umfasst, die mit dem Verstärker (70) und dem Vibrationselement (20) operativ verbunden wird.

7. Die Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-6, die weiterhin ein weiteres Vibrationselement (100) umfasst, das über dem Vibrationselement (20) gestapelt angeordnet ist.

8. Ein Verfahren zum Beschallen von Proben, das folgende Schritte umfasst:

(a) das Umwandeln einer elektrischen Energiewelle in eine Vibrationsenergiewelle;

(b) das Bereitstellen eines vibrierenden Glieds (40) in einem Abstand zum Ursprung der Vibrationsenergiewelle, worin der Abstand n + ¹/&sub4; oder n + ³/&sub4; der Wellenlänge der Vibrationsenergiewelle beträgt und n irgendeine ganze Zahl ist;

(c) das In-Kontakt-bringen des vibrierenden Glieds (40) mit der Vibrationsenergiewelle, um eine stehende Schallwelle am vibrierenden Glied (40) zu erzeugen;

(d) das Anordnen der Proben (60) an den Stellen auf dem vibrierenden Glied (40) der maximaler Energie der stehenden Schallwelle; und

(e) das In-Kontakt-bringen der Proben (60) mit der stehenden Schallwelle.

9. Das Verfahren nach Anspruch 8, worin der Kontaktpunkt des vibrierenden Glieds (40) mit der Vibrationsenergiewelle einen Ursprung der stehenden Schallwelle bestimmt, und das weiterhin den Schritt zum Anordnen der Proben (60) in einem Abstand weg vom Ursprung der stehenden Schallwelle umfasst, der gleich n + ¹/&sub4; oder n + ³/&sub4; der Wellenlänge der stehenden Schallwelle ist, worin n irgendeine ganze Zahl ist.

10. Das Verfahren nach den Ansprüchen 8 oder 9, worin das vibrierende Glied (40) eine kreisförmige Platte ist.

11. Das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 8 bis 10, worin die stehende Schallwelle eine Frequenz hat, die größer als etwa 100 kHz ist.