DE2753590A1

DE2753590A1 - Verwendung eines vibrationsfoerderers

Info

Publication number: DE2753590A1
Application number: DE19772753590
Authority: DE
Inventors: William Michael Hunter; John Douglas Lock
Original assignee: National Research Development Corp UK
Current assignee: National Research Development Corp UK
Priority date: 1976-12-03
Filing date: 1977-12-01
Publication date: 1978-06-08
Also published as: US4163643A; FR2373065A1; FR2373065B1; GB1595296A

Description

KRAUS & WEISERT PATENTANWÄLTE L I O J O <J U

DR. WALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 ■ D-8OOO MÜNCHEN 71 · TELEFON 089/797077-79 70 78 -TELEX O5-212156 kpatd

TELEGRAMM KRAUSPATENT

1702 V/K/rm

NATIONAL RESEARCH DEVELOHIENT CORPORATION London / England

Verwendung eines Vibrationsförderers

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Die Erfindung betrifft die Automatisierung von aus einzelnen Teilen "bestehenden Analysensystemen und insbesondere die Automatisierung von Binde-Assay-Techniken, beispielsweise von Radioimmuno-Assay- (RIA) und immunometrischen Assay-Techniken.

Viele derzeit in klinischen und anderen Laboratorien angewendeten analytischen Routinetechniken sind nunmehr automatisiert worden, um Techniker für andere Aufgaben freizugeben. Diese automatisierten Systeme fallen allgemein in zwei Hauptkategorien, nämlich in Systeme mit kontinuierlichem Fluß oder mit einzelnen Proben. Die Erfindung bezieht sich nun auf eine Vorrichtung des letzteren Typs.

In den letzten Jahren sind RIA und andere Binde-Assay-Techniken zur Bestimmung von biologisch aktiven Materialien, von denen viele durch andere Techniken nicht bestimmt v/erden können, äußerst wichtig geworden. Es besteht daher ein wachsender Bedarf nach einem billigen verläßlichen und automatisierten RIA-System. Diese Techniken umfassen jedoch Verfahrensmaßnahmen, die als solche an sich für die Automatisierung nicht geeignet sind. Die meisten derzeit verfügbaren Systeme sind entweder hoch komplex und daher teuer oder sie haben nur eine Teilautomatisierung und erfordern einen manuellen Eingriff in vielen Stufen. Bei diesen Techniken erfolgt insbesondere eine Inkubation eines Antigens oder eines Haptens mit einem Antiserum und im Falle eines RIA-Systems eine radioaktive Zählung, v/obei je nach der Natur der durchgeführten Bestimmung für beide Maßnahmen stark variierende Zeiträume erforderlich sein können. So kann z.B. der für die Inkubation erforderliche Zeitraum von etwa 15 min bis etwa 32 h variieren. Derjenige für die Zählung der Radioaktivität kann von etwa 10 see bis etwa h min variieren. Eine

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solche Variationsbreite kann durch herkömmliche automatisierte, aus einzelnen Teilen bestehende Analysensysteme, beispielsweise durch die bislang verwendeten Vorrichtungen mit kontinuierlichen Bändern, nicht erhalten werden. Es wurde nun ein einfaches automatisiertes System entwickelt, das eine große Flexibilität des Probendurchsatzes gestattet und das besonders gut zur Automatisierung von Binde-Assay-Techniken geeignet ist.

Gegenstand der Erfindung ist daher ein automatisiertes, aus einzelnen Teilen bestehendes Analysesystem, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Einrichtung für die Förderung der Proben durch die Systeme einen Vibrationsförderer umfaßt bzw. daraus besteht. Allgemein sieht die vorliegende Erfindung die Verwendung eines Vibrationsförderers in automatisierten, aus einzelnen Teilen bestehenden Analysesystemen zur Förderung von einzelnen Proben vor.

Die Erfindung kann allgemein auf die Automatisierung von Assay-Systemen angewendet werden, die auf dem Prinzip der einzelnen Proben aufgebaut sind. Die Erfindung ist besonders gut auf solche Systeme anwendbar, bei denen eine gewisse Flexibilität des Probedurchsatzes erforderlich ist. Die Erfindung kann vorteilhafterweise auf die Automatisierung von Binde-Assay-Techniken angewendet werden. Die vorliegende Erfindung wird daher beispielhaft anhand dieser Ausf Uhrungsform beschrieben. So kann z.B. die Erfindung auf die Automatisierung von Binde-Assay-Techniken, beispielsweise von Proteinblndungs-Assays, Radiorezeptor-Assays und insbesondere Radioimmuno-Assays, sowie zur Automatisierung von immunometrischen Assay-Techniken, beispielsweise Sandwich-Assays, angewendet werden.

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/to

Der erfindungsgemäße Vibrationsförderer besteht typischerv/eise aus einem Träger für die Probebehälter, der so ausgestaltet ist, daß er in solcher Weise vibriert v/erden kann, daß bewirkt wird, daß die Behälter entlang des Trägers transportiert v/erden. Beispiele hierfür sind Vibrationsförderer, die bereits bekannt sind oder die bislang schon verwendet worden sind.

Der Träger kann in jeder beliebigen geeigneten Form vorliegen, z.B. als Trog oder dergleichen, um die Probebehälter, die gewöhnlich zylindrische Rohre sind, in nach oben gerichteter Orientierung aufzunehmen. Ein bevorzugter Träger zur Verwendung in Assay-Systemen ist eine Führungsbahn aus Paaren von im Abstand angeordneten parallelen längsförmigen Elementen, zv/ischen denen die Probebehälter frei hängen können und von den Elementen beispielsweise mittels eines vergrößerten Kragens um die Oberseite jedes Rohrs herum, der auf den oberen Oberflächen der Elemente aufliegt, getragen werden. Der Träger kann in geraden Abschnitten als Förderer vom "in-Reihe"-Typ und in gewundenen Abschnitten als Förderer vom "spiralförmigen, schraubenförmigen oder becherförmigen Typ ausgebildet sein.

Der Träger oder die Führungsbahn ist durch federnde Befestigungselemente, z.B. Blattfedern, mit einer festen Grundlage verbunden und mit einer geeigneten Vibrationseinrichtung versehen, um den Träger gewöhnlich in einer kombinierten Auf- und Ab- und Hin- und Herbewegung in Vibration zu versetzen. Die Vibrationen können mechanisch, beispielsweise durch eine Kurbel oder dergleichen, oder alternativ durch Rotation von exzentrisch angeordneten Massen zugeführt werden. Vorzugsweise wird jedoch die Vibration elektrisch, beispielsweise piezoelektrisch, durch Erregung von piezoelektrischen Kristal-

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len, zugeführt, welche an die Blattfedern angefügt sind, die den Träger tragen. Die Vibration kann auch elektromagnetisch durch Erregungen des Trägers relativ zu der Grundlage erzeugt werden. Insbesondere wurde festgestellt, daß eine Oszillationsfrequenz der Hauptzuführung (50 Zyklen pro sec) mit Vorteil dazu verwendet werden kann, um eine sehr einfache und verläßliche Einrichtung zur Vibration der Laufbahn zu ergeben. Die vertikalen und horizontalen Komponenten der Vibration können gewünschtenfalls gesondert vorgesehen werden, beispielsweise, um ein größeres Ausmaß der Kontrolle des Förderers auszuüben.

Die Probebehälter können dem Träger mittels eines automatischen Beschickungssystems zugeführt werden. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vibrations-Becher-Beschikkungseinrichtung eingesetzt. Eine solche automatische Beschickungseinrichtung kann dazu verwendet werden, um die Proberönrehen in die richtige Orientierung zur Einführung in die Führungsbahn zu bringen. Die Beschickungseinrichtung kann zweckmäßigerweise auch eine Einrichtung enthalten, um Röhrchen mit fehlerhafter Gestalt oder solche, die auf sonstige Yieise ungeeignet sind, welche nachfolgende Komponenten blokkieren würden, festzustellen und auszustoßen. Diese Beschikkungseinrichtung vermeidet vorteilhafterweise das Erfordernis der bisherigen Systeme, den Förderer manuell zu beladen. Durch geeignete Markierungstechniken können auch aufwendige Identifizierungsmaßnahmen der Proben vermieden werden. So können beispielsweise die Probebehälter, die in die Vibrationsbeschickungseinrichtung eingeführt werden, mit einem geeigneten Code, beispielsweise mit einem Streifencode, markiert werden und die Beschickungseinrichtung kann zusammen mit einer geeigneten Ablesungseinrichtung für den Code verwendet werden. Yfenn weiterhin die Proben während des Assays

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AK

von einem Behälter in einen anderen überführt werden, können beide Behälter mit geeigneten Codes markiert werden und das System kann mit einer Einrichtung versehen werden, um diese Codes zu identifizieren und auszugleichen oder von einem Röhrchen zu einem anderen zu übertragen.

Die erfindungsgemäßen automatisierten Binde-Assay-Systeme haben gewöhnlich eine modulare Konstruktion. In einigen Fällen kann ein Vibrationsführungsbahnförderer des "in-Reihe"-Typs verwendet werden, um die Probebehälter von einem Teil zu dem anderen zu befördern. Im allgemeinen ist die Führungsbahn mit geeigneten Tormechanismen an entsprechenden Punkten entlang ihrer Länge versehen, durch die die Bewegung der Probebehälter entlang der Führungsbahn angehalten werden kann, damit die erforderliche Zeit für die Assay-Technik, beispielsweise für die Inkubation und die Zählung der Radioaktivität, verstreichen kann. Für diesen Zweck haben sich Tormechanismen vom Maltesertyp air. hoch zufriedenstellend erwiesen. Ein bevorzugter Torraechanismus zur Verwendung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht aus einem Hebelmechanismus, der eine vereinigte Schranken- und Klemmeinrichtung ergibt, die entweder den Durchtritt einer Schlange der Probebehälter versperrt oder bei der Betätigung so wirkt, daß sie den zweiten oder nachfolgenden Behälter in der Schlange einklemmt und den ersten Behälter oder die ersten Behälter freigibt, so daß diese entlang des Förderers fortschreiten können. In einer Form enthält dieser bevorzugte Mechanismus parallele längsförmige Schranken- und ^lemmelemente, die über die Laufbahn angeordnet sind und voneinander durch ein Querverbindungselement abgetrennt sind, welches um eine Achse parallel zu dem Schranken- und Klemmelement drehbar ist und mittels einer Betätigungseinrichtung, beispielsweise einer Spulen- oder Kolbenbetätigungseinrichtung, drehbar ist. In

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der normalen Ruheposition liegt die Schranke über dem Förderer und ergibt eine Schranke, hinter der sich die Probebehälter aufstauen. Die Betätigung des Mechanismus hebt die Schranke, um den ersten Behälter freizusetzen, während das Klemmelement zur Auflage auf dem zweiten oder einem nachfolgenden Behälter gebracht wird und die Schlange aufrechterhält. Nach der Rückkehr des Mechanismus zur Ruheposition bewegt sich die Schlange der Behälter nach vorwärts zu der Aufnahmestation an der Schranke. Die bevorzugten Tormechanismen per se sollen unter den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen.

Vorzugsweise ist die Laufbahn in einer geeigneten Form so ausgestaltet, daß sie eine sehr große Anzahl von Probebehältern aufnimmt, beispielsweise während der Schlangebildung während der Inkubationsperiode oder vor dem Zählen, beispielsweise dem Zählen der Radioaktivität. Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird ein Vibrationsführungsbahnförderer des Spiraltyps verwendet, um eine Aufstauungszone für die Probebehälter zu ergeben. Wenn es gewünscht wird, die Kapazität der Aufstauungszone zu erhöhen, dann kann eine Vielzahl von miteinander verbundenen Spiralen verwendet werden. So können z.B. die Spiralen durch den Förderer vom "inReihe "-Typ verbunden sein oder sie können vorzugsweise eine auf der Oberseite der anderen aufgeschichtet sein, wobei angrenzende Spiralen gegeneinander umgekehrt sind, wobei z.B. die innerste Umdrehung der oberen Spirale zu einer nach unten gehenden Rampe geformt ist, die mit der innersten Drehung der darunter befindlichen umgekehrten Spirale kontinuierlich ist. Auf diese Weise wird es gestattet, daß die Probebehälter in die obere Spirale an ihrer Peripherie eintreten und nach innen in Richtung auf die Mitte laufen. Sodann gelangen sie nach unten zu der umgekehrten Spirale und kehren schließlich

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zum Ausgang an der Peripherie unten zurück, ohne daß auf irgendeinen anderen Mechanismus als die Vibrationskraft zurückgegriffen v/erden muß. Es wird jedoch ersichtlich, daß auch andere Einrichtungen dazu verwendet werden können, um Probebehälter von einer Spirale zu der anderen zu übertragen.

Die oben bevorzugte Ausführungsform ergibt eine Grundeinheit, aus der das gesamte, aus einzelnen Teilen bestehende Analysesystem konstruiert werden kann, wobei gegebenenfalls damit ein Förderer vom "in-Reihe"-Typ verwendet wird, um die verschiedenen Spiraleinheiten zu verbinden. So können z.B. Spiraleinheiten, ob sie nun aus einer einzigen Spirale oder einer Vielzahl von Spiralen konstruiert sind, gesonderte Aufstauzonen während der primären, der sekundären und den weiteren Inkubationen und auch vor der Einführung der Proben in ein geeignetes Zählsystem, z.B. eine Zähleinrichtung für die Radioaktivität, erbeten. Geeigneterweise können diese Spiraleinheiten einfach und billig aus einigen wenigen Standardkomponenten hergestellt werden, die beispielsweise aus einem geeigneten Material, wie einem synthetischen Kunststoff, z.B. PVC, geformt oder gegossen sein können. Weiterhin kann die Spiraleinheit der bevorzugten Ausführungsform von dem System zur Bearbeitung außerhalb der Reihe entfernt werden und sie kann vorteilhafterweise eine kassettenartige Funktion haben, beispielsweise zum Lagern der Proben, z.B. unter Kühlung vor der Einführung in das System, oder für Inkubationen, die besonders ausgedehnte Zeiträume erfordern.

Die vorliegende Erfindung ist besonders gut auf Binde-Assays anwendbar, bei denen erste Festphasen-Antikörper- oder zweite Festphasen-Antikörper-(DASP) Techniken angewendet werden, um gebundenes und freies markiertes Antigen oder

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Antikörper zu trennen. Geeigneterweise kann die Vibrationsbewegung des Förderers dazu verwendet werden, um die Lösungen durchzubewegen und/oder das Material der festen Phase, z.B. Antikörperreagens in fester Phase, in Suspension während der Inkubierung, zu halten. In solchen Fällen kann es auch zweckmäßig sein, die horizontalen und vertikalen Komponenten der Vibrationskraft zu trennen, wie es beispielsweise in der GB-PS 1 154 042 beschrieben wird. So kann z.B. ein spiralförmiger Laufbahnvibrationsförderer mit einem mit Furchen versehenen Kunststoffboden verwendet werden und die Amplitude der vertikalen Komponente kann variiert werden. Eine Vibration mit niedriger Amplitude der Probebehälter gegen die Furchen und die Durchbewegung der Lösungen oder eine hohe Amplitude bewirkt, daß die Behälter die Furchen überwinden und sich um die spiralförmige Laufbahn herum weiterbewegen.

Eine bevorzugte Durchbewegungseinrichtung, die ebenfalls sich auf der Vibrationswirkung des Förderers aufbaut, ist entwikkelt worden, welche im wesentlichen einen Vibrationslaufbahnförderer umfaßt, der so orientiert ist, daß die Probebehälter auf ihren Seiten mit einem Winkel zu der Vertikalen aufliegen. Es wurde gefunden, daß Probebehälter, wenn sie in einer solchen Länge des Vibrationslaufbahnförderers aufgestaut werden, eine mäßige Rollbewegung ausüben, durch die vorteilhafterweise der Inhalt vermischt wird. Die Länge des Vibrationslaufbahnförderers umfaßt typischerweise einen Tormechanismus in Richtung auf das Ausgangsende, um die erforderliche Schlange der Behälter zu ergeben. Bei einer bevorzugten Gestalt des Behälters kann der Mischeffekt weiter verstärkt v/erden, indem man Radscheiben oder Leitbleche die Innenwände des Behälters hinunter vorsieht. Vorzugsweise liegen die Behälter mit einem Viinkel von bis zu 50° von der

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Horizontalen, insbesondere etwa 4O° von der Horizontalen auf. Die bevorzugte Durchbewegungseinrichtung kann als eine Länge eines "in-Reihe"-Förderers oder, was mehr bevorzugt wird, innerhalb einer Spiraleinheit vorgesehen v/erden, beispielsweise als geneigter Kreis um die Peripherie einer Spiraleinheit herum. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß Durchbewegungseinrichtungen, die das oben beschriebene Vibrationsprinzip verwenden, eine allgemeinere Anwendungsmöglichkeit haben als für die erfindungsgemäßen Vibrationsförderersysteme. Auch solche allgemeineren Durchbewegungseinrichtungen sollen unter den Rahmen der Erfindung fallen. Solche Durchbewegungseinrichtungen enthalten typischerweise einen Träger für die Behälter, der so angeordnet ist, daß die Behälter auf ihren Seiten mit einem Winkel zu der Vertikalen auf dem Träger aufliegen, sowie eine Einrichtung für die Zuführung einer Vibrationsbewegung zu dem Träger, so daß die Probebehälter eine mäßige Rollbewegung ausführen, und daß hierdurch ihr Inhalt vermischt wird.

Ein Vibrationslaufbahnförderer kann auch in Trennteilen zur Abtrennung eines Festphasenbindereagenses nach der Inkubierung verwendet werden, wie es beispielsweise in der Trennvorrichtung gemäß der GB-PA 47073/75 der Fall ist. Bei solchen Trennteilen hängen die Proberöhrchen im allgemeinen frei in vertikaler Orientierung in der Fördererführungsbahn. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die Vibrationsbewegung, die zum Fördern der Behälter erforderlich ist, das Absetzen des Festphasenbindereagenses nicht wesentlich behindert. Bevorzugte Abtrennungsteile, die einen Vibrationsförderer umfassen, sind solche, wie sie z.B. in der GB-PA 47078/75 beschrieben werden. Darin wird ein Festphasenbindereagens von der Suspension abgetrennt, indem eine zweite Flüs-

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sigkeit zugegeben wird, welche eine Dichte zwischen derjenigen der festen und der flüssigen Komponenten der Suspension hat. Auf diese V/eise wird oberhalb oder unterhalb der Suspension eine gesonderte Schicht gebildet, in die sich das feste Bindereagens hinein abtrennt. Solche bevorzugte Trennteile sind z.B. Vibrationsförderer, vorzugsweise Spiralförderer, und zwar typischerweise in Kombination mit einer Torstation für die Zugabe der zweiten Flüssigkeit. Sie können auch eine zweite Torstation zur Entfernung der überstehenden Flüssigkeit sowie weitere Stationen zur Zugabe von v/eiteren Flüssigkeiten mit "Zwischendichte¹¹ und mit fortschreitend größerer Dichte und zur Entfernung der überstehenden Produkte enthalten.

Zähler-Dektor-Teile, z.B. Teile zur Zählung der Radioaktivität, können auch einen Vibrationsförderer, vorzugsweise einen spiralförmigen Förderer, umfassen, um vorteilhafterweise eine Haltezone für die Proberöhrchen vor dem Zählen zu ergeben. Solche Teile sind typischerweise mit einer Torstation in Richtung auf das Ende und zur Wechselwirkung mit einem geeigneten Detektor, z.B. Jf-Zähler, FlUssigszintillationszähler, Spektrophotometer oder Fluorimeter, versehen. So kann z.B. ein y'-Zähler die Form eines Schachteählers einnehmen, der von unten nach oben steigt, um den mit einem Tor versehenen Behälter während der Zählsequenz zu umschließen.

Ein Vibrationsförderer wird vorzugsweise auch in dem Probeabnahme- und -verdünnungsteil verwendet. So werden z.B. die Probebehälter in einer Spiraleinheit der bevorzugten Ausführungsform gelagert, von wo sie einer Probeabnahmestation zugeführt werden, um einen aliquoten Teil der Probe in ein leeres Proberöhrchen zu übertragen. Danach können die anfänglichen Probebehälter zu der Oberseite der Spiralein-

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heit oder zu einer weiteren Spiraleinheit zur Lagerung zurückgeschickt werden. Dieses Probeentnahmeteil und andere Teile, die einen Vibrationsförderer enthalten, z.B. das Durchbewegungsteil, das Abtrennungsteil und das Zählteil, beispielsweise für die Radioaktivität, sind neu und werden hierin entweder für sich oder in jeder beliebigen Kombination beansprucht.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann jedoch auch ähnliche Teile enthalten, wie sie bislang in bekannten automatisierten Assay-Systemen enthalten sind, wie z.B. Probeentnahme- und -VerdünnungsteiIe, die auf dem Prinzip des kontinuierlichen Bandes aufgebaut sind.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Vibrationsförderer durch das gesamte aus einzelnen Teilen bestehende Analysesystem verwendet, und zwar insbesondere in Form von bevorzugten Spiraleinheiten, die miteinander verbunden sind. Geeigneterweise können die einzelnen Spiraleinheiten aufeinander aufgeschichtet sein, um ein Gesamtsystem zu ergeben, das vorteilhafterweise kompakt ist. So kann z.B. ein erfindungsgemäßes RIA-System aus den verschiedenen oben beschriebenen bevorzugten Teilen hergestellt werden, die miteinander verbunden sind und die aufeinander aufgeschichtet sind. Dieses System hat typischerweise auch verschiedene, mit Toren versehene Stationen an geeigneten Punkten zur Zugabe der Reagentien, z.B. von Antikörper- und markierten Antigenlösungen und von Festphasenantikorperreagentien. Ein solcher Stapel von Spiraleinheiten kann als Ganzer beispielsweise durch elektromagnetischen oder piezoelektrischen Antrieb vibriert werden, der auf die Bodenspirale des Stapels einwirkt, die starr mit den oberen Spiralen verbunden ist.

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Es wird jedoch mehr bevorzugt, daß der Stapel der Spiraleinheiten unabhängig vibriert wird, wobei jede Spirale durch federnde Befestigungselemente, z.B. Blattfedern, innerhalb eines starren Rahmens befestigt ist.

Im allgemeinen werden die oben beschriebenen automatisierten Systeme zusammen mit einer geeigneten elektronischen Prozeßeinrichtung verwendet, die die Sequenzen für den Tormechanismus und die Probezugabe und -entfernung in der gewünschten Weise steuert. Diese Einrichtung kann in geeigneter Weise programmiert sein, um den verschiedenen Erfordernissen verschiedener Assays Genüge zu tun.

Im Vergleich zu den bislang verfügbaren, aus einzelnen Teilen bestehenden Analysesystemen, zu denen beispielsweise endlose Bänder verwendet wurden, ist das erfindungsgemäße System typischerweise ein fixiertes System und es oszilliert nur um eine mittlere Position. Vorteilhafterweise besteht daher keine Notwendigkeit, die Eingangs- und Ausgangsenden der Laufbahn miteinander zu verbinden, was geometrische Einschränkungen entfernt, die normalerweise in aus einzelnen Teilen bestehenden Analysesystemen vorhanden sind. Weiterhin kann das erfindungsgemäße System zu einer gegebenen Zeit verschiedene Probeansätze von nicht miteinander in Beziehung stehenden Assays mit unterschiedlichen Zeiterfordernissen, z.B. für die Inkubation, aufnehmen, wobei der Durchsatz der Proben durch das System durch die Betriebsperiode der Tormechanismen und nicht durch die Geschwindigkeit des Förderers bestimmt wird. Im allgemeinen verwendet das System nur wenige sich bewegende Teile und es ist mechanisch einfach, so daß es wenig Wartung benötigt.

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Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht von oben eines Standard-Doppelspiralen- Vibrationsförderbahn-Fördererteils, wie es in dem erfindungsgemäßen Analysensystem verwendet wird;

Fig. 2 einen Seitenaufriß des Teils der Figur 1;

Fig. 3 eine von oben aufgenommene Ansicht eines erfindungsgemäßen Radioimmuno-Assay-Systems (RIA-Systems);

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht der Probeentnahmestation am Eintritt in das RIA-System der Figur 3;

Fig. 5 eine Ansicht eines vollständig automatischen RIA-Systems für Assays, bei denen ein erster Festphasenantikörper verwendet wird;

Fig. 6 eine Ansicht eines alternativ bevorzugten kombinierten Durchbewegungs-Trenn-Zählerteils zur Verwendung in der Vorrichtung der Figur 5 und in ähnlichen Systemen;

Fig. 7 eine Ansicht eines bevorzugten Probebehälters, der zur Verwendung in der Vorrichtung der Figur 6 geeignet ist;

Fig. 8 eine Ansicht eines vollständig automatischen RIA-Systems für Assays, bei denen eine zweite Festphasenantikörpertrennung (DASP) angewendet wird;

Fig. 9 eine Teilansicht einer bevorzugten Anordnung eines verbundenen Stapels von Spiraleinheiten und

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Fig.10 eine Ansicht einer Länge der Vibrationsführungsbahn, die mit einem bevorzugten Hebeltormechanismus versehen ist.

In den Figuren 1 und 2 ist ein Standard-Vibrationsteil dargestellt, das zwei spiralförmige Vibrationsführungsbahnförderer 2 und 3, die Übereinander angeordnet sind, enthält, welche durch vertikale Elemente 1 im Abstand gehalten werden. Die untere spiralförmige Vibrationsführungsbahn 3 ist durch drei geneigte Blattfedern A getragen, die an ihren unteren Enden an eine feste schwere kreisförmige Grundplatte 5 angefügt sind. Die Spiralen 2 und 3 sind beide mit einer kreisförmig oszillierenden Vibrationsbewegung versehen, die mittels eines Elektromagneten 6 ausgeübt wird, der auf Stützen 8 befestigt ist, die an der Grundplatte 5 befestigt sind. Ein Weicheisenblock 7 ist an der Basis der unteren spiralförmigen Führungsbahn 3 angebracht. Der Elektromagnet 6 wird durch einen oszillierenden Strom (z.B. mit 50 Zyklen pro see) mit Energie versorgt und er bewirkt zusammen mit dem Weicheisenblock 7» daß eine vertikale Erregungskraft zu den Führungsbahnen 2 und 3 übertragen wird, die aufgrund der Spannungen der Blattfedern A zu einer oszillierenden Bewegung führt, die aus zwei Vektorkomponenten besteht, nämlich einer entlang der vertikalen Achse und einer anderen, die eine Torsionsoszillierung um die vertikale Achse herum ist. Doppelspiralteile, die für automatisierte Assay-Systeme, z.B. Radioimmuno-Assay-Systeme, geeignet sind, haben vorzugsweise eine Lagerungskapazität in der Größenordnung von etwa 640 Röhrchen.

Die Figur 1 zeigt ein Teil mit einer in Uhrzeigerrichtung gerichteten oberen Spirale 2. Jedoch kann allgemein das Standardteil auch mit einer oberen Spirale 2 zusammengestellt sein, die je nach ihrer Anwendung entweder im Uhrzeigersinn

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oder gegen den Uhrzeigersinn gerichtet ist. Die Spiralführungsbahn 9 der oberen Spirale 2 führt von ihrem Umkreis weg und endet an einem geeigneten Radius von dem Zentrum. Im allgemeinen hängt auch die Neigungsrichtung der Blattfeder A davon ab, ob die obere Spirale 2 im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn gerichtet ist, obgleich die Neigung der Federn gewöhnlich so ist, daß die Proberöhrchen 11 zur Bewegung gegen die Mitte der oberen Spirale 2 gezwungen werden. Die untere Spirale 3 hat eine Führungsbahn, die das "Spiegelbild" der oberen Spirale 2 ist, so daß für eine gegebene Vorspannung der Blattfeder das Proberöhrchen 11 sich in Richtung auf den Umfang der unteren Spirale 3 bewegt. Vom Innenradius der Spirale 2 werden die Proberöhrchen 11 nach unten gefördert. Die innerste Drehung 10 der oberen Spirale 2 bildet eine nach unten gehende Rampe, die mit der innersten Drehung der unteren Spirale 3 kontinuierlich ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß alle beliebigen anderen geeigneten Einrichtungen dazu verwendet werden können, um Proberöhrchen 11 von der oberen Spirale 2 zu der unteren Spirale 3 zu fördern.

Bei einer weiteren Modifizierung kann eine Vielzahl von Paaren von Spiralen, ähnlich wie die in Figur 1 gezeigten, aufeinander aufgeschichtet v/erden, wobei Rampen um ihre äußeren Umfange herum die Proberöhrchen von einem Paar der Spiralen zu einem anderen befördern. Der Stapel wird durch einen einzigen Antrieb an seiner Basis angetrieben. Die gesamte Anordnung ist insbesondere von dem Gesichtspunkt, daß Laborraum eingespart wird, besonders zweckmäßig.

In Figur 3 ist ein automatisiertes Radioimmuno-Assay-System (RIA-System) gemäß der Erfindung dargestellt, das in seiner Konstruktion modulartig ist. Es enthält eine Vibrations-

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becherbeschickungseinrichtung 20, die durch eine Länge der geraden Führungsbahn 22 mit einem primären Inkubationsteil 21 verbunden ist. Die Führungsbahn 22 verbindet auch mit einer Probelagerungseinheit 23 und einem Probenaufnehmer 24. Line v/eitere sekundäre Inkubation erfolgt in dem Teil 25, das mit dem Teil 21 verbunden ist. Die Abgabe des Teils 25 wird in ein Endinkubationsteil 26 eingegeben und gelangt sodann in ein Absetzteil 27, das die Trennung und die Zählung der Radioaktivität kombiniert.

Die Vibrationsbecherbeschickungseinrichtung 20 umfaßt einen kreisförmigen Becher bzw. eine kreisförmige Schale 28 mit vertikaler Wand. Diese Beschickungseinrichtung ist in ähnlicher Weise wie das Standard-Vibrationsteil der Figuren 1 und 2 angeordnet und es wird in ähnlicher Weise mit einer Oszillationsbewegung versehen. Der Becher enthält Schleifen der Fördererführungsbahn 29, die in einer Spirale vom Boden der Beschickungseinrichtung 20 aufsteigen, aus ihr durch eine Öffnung 30 in der vertikalen Viand austreten und mit dem Ende der geraden Führungsbahn 22 verbunden werden.

Die Figur 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Eintritts in die Führungsbahn 22.

Der Vibrationsbecherförderer 20 leitet die leeren Proberöhrchen 31 automatisch in das System ein. So werden z.B. die leeren Röhrchen 31 in die Mitte des Bechers 28 gegossen und die Vibrationsbewegung bewirkt, daß die Röhrchen 31 in das Bodenende der Führungsbahn 29 eintreten. Orientierungseinrichtungen (nicht gezeigt) am Ausgang von dem Becher 28 bewirken, daß die Röhrchen 31 die richtige vertikale Orientierung aufnehmen, bevor diese dem Beginn der Führungsbahn 22 zugeführt v/erden. Der Becherförderer 20 enthält zweckmäßiger-

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v/eise eino (nicht-gezeigte) Einrichtung zur Erkennung und Ausstoßung von Röhrchen mit fehlerhafter Gestalt, die die nachfolgenden Komponenten blockieren könnten.

Das Probenlagerungsteil 23 ist vom Standard-Vibrationstyp, wie vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben. Es ist mit Röhrchen 32 gefüllt, die Proben, beispielsweise zu testende Plasmaproben, enthalten. Diese Röhrchen 32 v/erden zuvor in einer Zentrifuge zur Abtrennung des Plasmas geschleudert und sie sind mit einem geeigneten Streifencode markiert, um den Patienten und den durchzuführenden Assay-Typ zu identifizieren. Diese Röhrchen 32 werden von dem Teil 23 eingeleitet, bis sie den Ilalteserkreuzmechanismus 33 an der Grenzfläche zwischen dem Teil 23 und der Führungsbahn 22 erreichen. Zur gleichen Zeit werden leere Röhrchen 31 von dem Becherförderer 20 aus dem Becher herausgeleitet, bis sie den Malteserkreuzmechanismus 34 an der Grenzfläche zwischen der Becherbeschickungseinrichtung 20 und der Führungsbahn 22 erreichen. Die gerade Führungsbahn 22 enthält zwei Sätze von parallelen Wegen, die aus parallelen länglichen Elementen 35 gemacht sind, welche von starren Stützen 36 getragen werden und die durch Stifte 37 zusammengehalten werden. Die Röhrchen 31 und 32 hängen frei in den Räumen zwischen den länglichen Elementen 35 und sie haben um ihre oberen Enden herum vergrößerte Kragen 33, die auf den oberen Oberflächen der länglichen Elemente 35 aufliegen.

Die durch das System hindurch verwendeten Mechanismen vom Malteserkreuztyp, z.B. 33 und 34, werden geeigneterweise elektrisch betrieben und sie umfassen Zahnräder 39 mit fünf Zähnen, die mit den Oberseiten 38 der Röhrchen 31 und 32 zusammenwirken und die bei der Drehung durch eine Position es gestatten, daß ein einziges Proberöhrchen 31 in vorge-

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wählten Intervallen hindurchgeht. Eine geeignet programmierte elektronische Schaltvorrichtung (nicht gezeigt) v/ird dazu verwendet, um die Kalteserkreuzmechanismen in der gewünschten Weise zu betreiben. Die Tormechanismen 33 und 34 dienen dazu, die Röhrchen 32 von dem Teil 23, die die Plasmaproben enthalten, und die leeren Röhrchen 31 von dem Becherförderer 20 anzuhalten, um gemessene aliquote Teile von Standardlösungen und Bestimmungslösungen in die leeren Röhrchen 31 zu übertragen.

Die leeren Röhrchen 31 von dem Becherförderer 20 haben einen empfindlichen Mantel um die Außenseite herum (der beispielsweise gegenüber UV-Licht oder Infrarotlicht empfindlich sein kann), so daß der Streifencode von den Röhrchen 32 des Probeentnahmeteils abgelesen und zu den leeren Röhrchen 31 übertragen werden kann. Auf diese Weise tragen Röhrchen 31, die von dem Becherförderer 20 eingegeben v/orden sind, einen Streifencode bezüglich des Patienten und des Tests durch das System weiter hindurch.

Nachdem die Probeübertragung gemacht v/orden ist, ist es zweckmäßig, die Massenblutproben beizubehalten. Der Malteserkreuzmechanismus 33 drückt die Röhrchen entlang der Führungsbahn 22, bis sie die Grenzfläche 40 zwischen der Führungsbahn 22 und dem Probehalteteil 24 erreichen. Das Malteserkreuz 33 übt genügend Kraft auf die Übertragungsröhrchen 32, vorausgesetzt, daß die Länge der Führungsbahn 22 nicht zu hoch ist, aus. Die Röhrchen 32 stapeln sich entlang der Länge der Führungsbahn 22 auf, bis das Malteserkreuz versucht, ein Extraröhrchen 32 in diese Länge hineinzudrücken, und überträgt daher den Stoß auf das Röhrchen 32 an das Ende des Stapels und drückt es über die Grenzfläche 40, wo es von der Vibrationskraft am Eingang des Teils 24 aufgenommen wird.

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Das Teil 23 kann mit einer Anzahl von leeren Röhrchen überfüllt sein, um zu vermeiden, daß Proberöhrchen 32, die Serum enthalten, auf der Führungsbahn 22 am Ende des Assays zurückbleiben. Die Proberöhrchen 32 v/erden in das Teil 24 mit fortschreitendem Assay eingeleitet, bis am Ende des Assays alle restlichen Serumproben in dem Teil 24 gehalten v/erden.

Eine ähnliche Anordnung ist für die Röhrchen 31, die aliquote Teile der Probe enthalten, vorgesehen. Nachdem die aliquoten Teile in die Röhrchen 31 übertragen worden sind, zeigt das Malteserkreuz 34 die Röhrchen an bzw. bezeichnet sie und leitet sie in das nächste Malteserkreuz 41 am Beginn der Führungsbahn 22. In dieser Station wird eine gemessene Menge von Antikörper (Ak) zugesetzt und das Malteserkreuz 41 schiebt die Proben entlang der Führungsbahn 22, bis sie die Grenzfläche 42 zwischen der Führungsbahn 22 und dem Teil 21 erreichen. Der Becherförderer 20 enthält einen Überschuß an leeren Röhrchen und die Bezeichnung des Malteserkreuzes 41 geht ein Vielfaches weiter, nachdem die letzte Übertragung des Bluts des Patienten durchgeführt worden ist, um zu gewährleisten, daß der letzte aliquote Teil des jeweiligen Assays in den Teil 21 eingetreten ist. Dies wird elektronisch durch Verwendung eines Verschiebungsregisters erreicht.

Die Röhrchen 31 v/erden in das Teil 21 mit einer Geschwindigkeit eingeleitet, die von der Zählzeit für die Radioaktivität (beispielsweise alle 15 see) abhängt. Die Lagerungskapazität, die zwischen der Antikörperzugabe am Malteserkreuz 41 und der Zugabe des markierten Antigens (*Ag) am Malteserkreuz 43 erforderlich ist, hängt von der Zählungszeit (welche ihrerseits die Gescnwindigkeit bestimmt, mit der die Röhrchen durch das System hindurchgehen) und der Zeit der primären Inkubation ab. Wenn die Zeit der primären

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Inkubation, d.h. die Zeitverzögerung zwischen der Ak-Zugabe und der *Ag-Zugabe, beispielsweise 2 h beträgt, dann ist die erforderliche Lagerungskapazität 2 h -f 15 see = 480. Die Lagerungskapazität kann, wie erforderlich, für jeden beliebigen Bereich von Assays erhöht werden, indem man einfacherweise weitere Teile wie das Teil 21 zufügt. Die Figur 3 zeigt eine primäre Inkubationslagerungskapazität von ungefähr 960 Röhrchen, die aus einer Doppelspiralenführungsbahn 21 und einer einfachen Spiralenführungsbahn (der obere eintretende Teil des Teils 25) besteht. Nachdem das Röhrchen 31 in das Teil 21 eingetreten ist, läuft es durch dieses Teil hindurch, bis es das Malteserkreuz 43 erreicht, wo es wartet. Die elektronische Programmierung ist so angeordnet, daß die gewünschte Inkubationszeit zwischen der Ak-Zugabe und der *Ag-Zugabe verstreicht. Während diese Verzögerung stattfindet, bewegt sich eine große Anzahl von Röhrchen 31 durch das Teil 21 und es bildet sich ein Stau von Röhrchen 31 an dem Malteserkreuz 43. Nach der erforderlichen Verzögerungszeit v/erden die *Ag-Zugaben gemacht (wiederum in Phase mit dem Radioaktivität szähler). In gleicher Weise wird eine Zeitverzögerung zwischen der *Ag-Zufc;abe und der DASP (zweiten Festphasenantikörper) -Zugabe je nach der sekundären Inkubationszeit vorgesehen. Die sekundäre Inkubationslagerungskapazität wird in der gleichen Weise wie die primäre Inkubationskapazität bestimmt.

Bei der in Figur 3 gezeigten Vorrichtung vibriert das DASP-Durchbewegungsteil 26 gesondert sowohl in Torsionsweise als auch in vertikaler Weise. Die Torsionsvibration wird durch einen elektronischen Vibrator 44 erhalten, der gegen eine der drei radialen Blattfedern 45, von denen das Teil 26 getragen wird, v/irkt. Die inneren Enden dieser Blattfedern 45 werden fest im Zentrum einer Kreisplatte 46 gehalten, die

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ihrerseits von einer schweren Grundplatte 47 mittels drei starrer vertikaler Stützen 48 und drei horizontaler Blattfedern 49 gehalten wird. Die Kreisplatte 46 wird mittels eines Elektromagneten und eines Weicheisenblocks, v/ie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, mit einer vertikalen Vibration versehen. Auf diese V/eise erfährt die Führungsbahn 50 des Teils 26 eine kombinierte vertikale und Torsionsvibration, wobei die vertikale und die Torsionsvibration gesondert kontrolliert v/erden können.

Das DASP-Inkubationsteil 26 umfaßt eine einzige Spirale mit einer im Uhrzeigerzinn gerichteten Führungsbahn 50, die vom Umfang in Richtung auf das Zentrum führt. Das Teil 26 wirkt als Haltezone, worin sich das DASP mit der gebundenen Antikörper-Antigen-Fraktion umsetzt. Die Vibrationsbewegung wird vorzugsweise angewendet, um die Lösungen in dem Festphasenmaterial in Suspension zu halten, und weiterhin dazu, um die Probebehälter 31 um die Führungsbahn 50 fortzubewegen. Die Durchbewegung wird geeigneten/eise so erreicht, daß man die horizontalen und vertikalen Komponenten der Vibrationskraft trennt und die Amplitude der vertikalen Komponente in kontrollierter Weise variiert und daß man einen mit Furchen versehenen Kautschukboden auf der Spiralführungsbahn verv/endet. Vibrationen der vertikalen Komponente mit niedriger Amplitude bewirken, daß der Probebehälter 31 gegen die Furchen stößt und daß hierdurch der Flüssigkeitsinhalt durchbewegt wird, während Vibrationen mit hoher Amplitude bewirken, daß die Probebehälter 31 die Furchen überwinden und ihre gewünschte Vorwärtsbewegung weiterführen. Es können verschiedene Anordnungen verwendet v/erden, um die vertikalen und horizontalen Komponenten der Vibration zu trennen. Die in der GB-PS 1 154 042 vorgeschlagene Lösung wird hierbei besonders bevorzugt.

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-TSr-

Es wurde gefunden, daß in den Standardteilen angewendete Vibration keinen Effekt auf die Absetzung des DASP durch die Saccharose hat und daß es daher möglich ist, die Röhrchen direkt von dem DASP-Teil 26 in das spiralförmige Absetzungsteil 27 einzuleiten. Da die DASP-Durchbewegungszeiten und die Absetzungszeiten kurz sind, sind nur einzelne Spiralen für diese Teile 26 und 27 erforderlich, und die Zeitverzögerungen zwischen den Zugaben von DASP am Malteserkreuz 51 und der 1O?Sigen Saccharoselösung am Malteserkreuz 53 betragen 30 min. Die Verzögerung zwischen der Extraktion mit der 1Obigen Saccharoselösung und der Zugabe der 20%igen Saccharoselösung, die beide am Malteserkreuz 54 erfolgen, beträgt 10 min. Diejenige zwischen der Zugabe der 2O?oigen Saccharoselösung und der Extraktion am Malteserkreuz 55 beträgt 10 min. Die Röhrchen 31 kommen sodann an den Malteserkreuztormechanismen 56 und 57 an, wo sie für die Zählung angehalten v/erden. Kleine £ -Schachtdetektoren 58 und 59, vrie sie beispielsweise von Mini-Instruments Ltd. hergestellt werden, steigen von unten auf und umschließen die Proberöhrchen 31 die gewünschte Zählzeit lang, beispielsweise 15 see.

Zwei oder mehrere Detektoren können, wie oben beschrieben, in Reihe verwendet werden, so daß der Probedurchsatz erhöht wird. In diesem Falle kann es erforderlich sein, die Lagerungskapazität des Systems zu erhöhen, obgleich diese Modifizierung auch unter normalen Umständen verwendet werden kann, um erhöhte Zählzeiten zu gestatten, während eine hohe Durchsatzgeschwindigkeit der Proben während der früheren Stufen des Assays aufrechterhalten wird.

Eine Streifencodeablesungseinrichtung, z.B. ein Faseroptikstift (nicht gezeigt), ist zweckmäßigerweise unmittelbar oberhalb des Zählerschachtes angeordnet, und an den Zählerkörper

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angefügt, so daß, wenn der Körper des Zählers aufgehoben wird, um das Röhrchen in dem Schacht zu umschließen, die Ableseeinrichtung automatisch die Patienteninformation abliest, die in einem automatisierten System sodann nach außen zusammen mit dem V/ert der Zählung und der Konzentration des Antigens, wie gemessen, ausgedruckt und durch eine geeignete Recheneinrichtung weiterverrechnet wird.

Alternative Anordnungen für vollständig automatische RIA-Systeme sind in den Figuren 5 und 8 gezeigt, welche sich auf Stapel von miteinander verbundenen Spiraleinheiten aufbauen.

In der Figur 5 ist ein vollständig automatisiertes RIA-Systems für Assays unter Anwendung der ersten Festphasenantikörpertechnik dargestellt. Es ist in seiner Konstruktion modulförmig und es besteht aus einem Probenlagerungsteil 70, einem Vibrationsbecherförderer 71, einem Durchbewegungsteil 72 und einem kombinierten Trenn- und Zählteil 73. Das Probenlagerungsteil 70 ist vom gewöhnlichen Doppelspiraltyp, wie oben im Zusammenhang mit den Figuren 1 und 2 beschrieben, jedoch mit der Modifizierung, daß das Abgabeende der Vibrations führungsbahn 80 an der Peripherie der unteren Spirale mit einer schneckenförmigen Führungsbahn 81 verbunden ist, die um die Außenseite des Teils herum zu dem Eingang an der Peripherie der oberen Spirale ansteigt, wodurch ein geschlossener Scbleifenkreis erhalten wird. Behälter mit den Proben, z.B. Serum, Plasma oder Urinproben, zirkulieren um die geschlossene Schleife herum, während eine Vibrationskraft an das Teil angelegt wird und die Tormechanismen (nicht gezeigt) betrieben werden. Das Vibrationsbecherfördererteil 71 ist im wesentlichen gleich wie das entsprechende Teil, das oben im Zusammenhang mit der Figur 3 beschrieben worden ±s% und

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es speist die leeren Pro"bebehälter in das System ein. Aliquote Teile der Probeflüssigkeiten v/erden von den Röhrchen in dem Teil 70 in die leeren Röhrchen überführt, die von dem Teil 71 zugeführt werden. Reagentien v/erden in die letztgenannten Röhrchen an geeignet mit Tormechanismen versehenen Stationen eingeführt. Ein Hebeltormechanismus 82 ist stromabwärts des Teils 71 angeordnet und stellt eine Station für die Zugabe von markiertem Antigen (*Ag) und erstem Festphasenantikörper in die Proberöhrchen dar. Von hier gelangen die Proberöhrchen in das Durchbewegungsteil 72, das an einer Seite außerhalb des Hauptstapels der Teile 71 und 73 angeordnet ist und in Form einer Zweikreisschnecke vorliegt. Die Betriebs- und Vibrationsweise des Durchbewegungsteils 72 ist im wesentlichen die gleiche, wie sie oben für das Teil 26 der Figur 3 beschrieben wurde. Von dem Durchbewegungsteil gelangen die Proberöhrchen in das kombinierte Trenn- und Zählteil 73 für die Radioaktivität, welches in der üblichen Doppelspiralenforra vorliegt, um eine vergrößerte Aufstauzone vor dem Zählen zu ergeben. An einem geeigneten Punkt, gewöhnlich in Richtung auf die Peripherie der unteren Spirale, wird eine Saccharoselösung in die Behälter eingegeben, um eine Abtrennung des Festphasenantikorperreagenses von der Suspension nach der Methode der GB-PA 47078/75 zu erhalten. Danach kann überstehende Flüssigkeit entfernt werden, obgleich dies nicht notwendig ist, und die Behälter werden gezählt. Die Behälter werden an dem Hebeltormechanismus 83 gehalten und der J* -Schachtzähler 84 steigt von unten auf und umschließt den Probebehälter die erforderliche Zählzeit lang. Eine Information b3züglich der Zählung und der Probeherkunft wird abgelesen und, wie vorstehend beschrieben, aufgenommen.

In Figur 6 ist eine bevorzugte Modifizierung der Verwendung der Vorrichtung der Figur 5 oder Figur 7 (wie nachstehend

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beschrieben) dargestellt, welche ein kombiniertes Durchbev/egungs-Trenn-Zahl-Teil umfaßt. Das in Figur 6 gezeigte Teil hat eine ähnliche Konstruktion und Arbeits\-/eise wie das Teil 73. Es enthält die grundlegende Doppelspiraleneinheit, die jedoch an der Peripherie der oberen Spirale 90 modifiziert ist. Der äußere Kreis 91 der oberen Spirale 90 ist nach innen mit einem Elevationswinkel von etwa 40° von der Horizontalen gekippt, so daß die Probebehälter innerhalb dieses Kreises auf ihren Seiten aufliegen, wobei sich ihre Spitzen gegen das Zentrum der Spirale lehnen. In Richtung auf das Innenende dieses Abschnitts der geneigten Führungsbahn 91 ist ein Hebeltormechanismus 92 vorgesehen, um die Röhrchen in einer Schlange innerhalb des geneigten Abschnitts 91 zu halten. Die Vibrationsbewegung, die auf die aufgestauten Röhrchen einwirkt, bewirkt, daß sie bei der Bewegung leicht gedreht werden, wodurch der Inhalt durchgemischt wird. Nach der gewünschten Durchbewegungsperiode wird der Tormechanismus 92 betrieben, um jedes Röhrchen der Reihe nach freizugeben, um auf der Doppelspirale zur Trennung und Zählung umzulaufen. Durch diese Modifizierung wird das Erfordernis eines gesonderten Durchbewegungsteils vermieden und die Kombination der Teile in einem einzigen Stapel ermöglicht.

Bei der in Figur 7 dargestellten Vorrichtung kann der Mischeffekt der Durchbewegungseinrichtung durch Verwendung von speziell modifizierten Proberöhrchen verstärkt v/erden. Diese Röhrchen 95 liegen in der gewöhnlichen Gesamtform mit einem rohrförmigen unteren Abschnitt 96 zur Aufnahme der Probe und mit einem oberen vergrößerten Kragenabschnitt 97 zur Auflage auf den oberen Oberflächen der Vibrationsführungsbahn vor. Durch zwei längsförmige Stege oder Leitbleche 93, die einander gegenüber nach unten in den Innenwänden des rohrförmigen Abschnitts 96 angeordnet sind, ist eine Hodifi-

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zierung vorgesehen. Jedoch ist das ohne diese Leitbleche 93 mit dem modifizierten Mischer der Figur 6 erhaltene Vermischen immer noch hoch zufriedenstellend.

Bei der in Figur 8 dargestellten Vorrichtung können RIA-Systeme, bei denen eine DASP-Trennung angewendet wird, in Form eines Stapels von Doppelspiralenteilen, wie in der Vorrichtung der Figur 5, modifiziert werden. Die Vorrichtung der Figur 8 ist ähnlich wie die oben beschriebene erste Festphasenantikörpervorrichtung. Sie enthält eine Probelagerungseinrichtung 100, einen Vibrationsbecherförderer 101, eine Durchbewegungseinrichtung 102 und ein kombiniertes Trenn- und Zählteil 103. Weiterhin enthält die DASP-Assay-Vorrichtung ein Inkubationsteil 104 zwischen dem Vibrationsbecherförderer 101 und der Durchbewegungseinrichtung 102, bestehend aus zwei verbundenen Doppelspiralen. Hierdurch werden Haltezonen für die Inkubation der Probe mit dem ersten Antikörper (Ak) und markiertem Antigen (*Ag) zur Verfügung gestellt. Am Austritt des Beschickungsteils 101 ist ein Tor 106 vorgesehen, an dem die Röhrchen zur Zugabe des ersten Antikörpers (Ak) angehalten werden. Von da gelangen die Röhrchen in die erste Doppelspirale des Teils 104, wo die erste Inkubation erfolgt. Am Zentrum der zweiten Doppelspirale des Teils 104 ist ein zweiter (nicht-gezeigter) Tormechanismus zur Zugabe von *Ag in die Röhrchen vorgesehen. Von da aus gelangen die Röhrchen in den Rest des Teils 104 und sie erfahren die zweite Inkubation. Am Ausgang des Teils 104 ist ein v/eiterer Tormechanismus 107 vorgesehen, welcher dazu dient, die Röhrchen in dem Teil 104 aufzustauen. Er wirkt auch als Station für die Zugabe von zweitem Festphasenantikörper (DASP) in die Röhrchen. Von hier gelangen die Röhrchen in die Durchbewegungseinrichtung 102 und in den kombinierten Trenn- und Zählteil 103 und sie v/erden, wie vorstehend beschrieben, behandelt. Das Durch-

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bewegungsteil 102 kann vorteilhafterweise mit dem Trenn-Zähler-Teil 103, wie vorstehend im Zusammenhang mit Figur 6 beschrieben, kombiniert v/erden.

Die verbundenen Stapel der Spiraleinheiten der Figuren 5 und 8 sind mit einem einzigen Vibrationsantrieb an der Basis des Trenn-Zähler-Teils 73 oder 103 dargestellt. Diese können in einigen Fällen dazu verwendet v/erden, um den vollständigen Stapel der Spiralen anzutreiben, die starr mit der Grundspirale verbunden sind. Vorzugsweise ist jedoch jede Spirale mit einem gesonderten Vibrationsantrieb versehen und jede Spirale ist unabhängig frei an ein starres Rahmenwerk montiert, das an eine feste Basis angeschlossen ist. Eine Lösung wird durch die Struktur gegeben, die diagrammartig in der Figur 9 gezeigt wird. Bei dieser ist eine kreisförmige Spiraleinheit 110 auf drei dreieckig im Abstand angeordnete starre vertikale Stützen 111 durch federnde Blattfedern 112 montiert, die durch Schrauben 113 mit Blöcken 114 und 115 verbunden sind. Diese sind ihrerseits mit der Spiraleinheit 110 und den Stützen 111 verbunden. Die unteren Enden der Stützen 111 sind fest in einer schv/eren festen Grundplatte 116 gehalten und ihre oberen Enden werden starr in ihrer dreieckigen Abstandsanordnung durch dreieckige Platten 117 gehalten, die in Intervallen entlang der Längen der Stützen 111 vorgesehen sind. Die Spiraleinheiten 110 werden hierdurch getragen. Sie können torsionsweise um einer vertikale Achse herum, die durch ihre Zentren hindurchgeht, gegen die Blattfedern 112 oszillieren.

Jede Spiraleinheit 110 ist unabhängig mit einem Vibrationsantrieb versehen. Bei einer Ausführungsform trägt eine vertikale Stütze 11 c^ die durch Kreislöcher 119 im Zentrum der

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Spiraleinheit 110 hindurchgeht, elektromagnetische Spulen (nicht gezeigt) an Intervallen entlang ihrer Länge, die den Spiraleneinheiten 110 entsprechen. Die Spiraleinheiten 110 sind mit Trägern aus Permanentmagneten (nicht gezeigt) versehen, die mit den elektromagnetischen Spuren zusammenwirken, v/enn diese mit einem Wechselstrom betrieben v/erden. Dadurch wird bewirkt, daß die Spiraleinheiten Ijorsionsoszillierungen um die Achse der Stütze 113 herum eingehen. Alternativ wird die Oszillationsbewegung durch piezoelektrische Kristalle erhalten, die an die Blattfedern 112 angefügt sind.

Die bevorzugten Tormechanismen vom Hebeltyp werden verwendet, um den Durchgang der Proberöhrchen durch die Systeme der Figuren 5, 6 und 8 anzuhalten. Im Zusammenhang mit Figur 10 wird ein derartiger Mechanismus nunmehr veranschaulichend beschrieben. Der Mechanismus enthält eine kombinierte Schranken- und Klemmeinrichtung, die durch eine Spule- oder Kolbeneinrichtung betätigt wird. Der Tormechanismus enthält parallele längliche Schranken- A und Klemm- B-Elemente, die an einem Ende durch ein Verbindungselement C verbunden sind. Die Schranken- A und Klemm- B-Elemente sind über eine Länge der Vibrationsfördererführungsbahn D und E angeordnet und das Verbindungselement ist auf einem Stift F an seinem Kittelpunkt um eine zu seiner Länge senkrechte Achse schwenkbar. Der Stift F ist in dem Vorsprung G angeordnet, der sich von der Spitzenkante der Platte H erstreckt, welche an die äußere Seite des Elements D der Vibrationsführungsbahn angefügt ist. Dsr Tormechanismus wird durch einen gasbetriebenen Zylinder oder eine elektrisch betriebene Spule J, die an die Platte II angefügt ist, betrieben. Der Zylinder oder die Spule wirken so, daß ein bügeiförmiges Teil K, das schwenkbar an eine Verbindungsplatte L angeschlossen ist, vorgeschoben oder zurückgezogen wird. Die Platte L ist ihrerseits schwenkbar an

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das Schrankeneleraent A des Verbindungselements C angeschlossen.

In der In Figur 10 gezeigten normalen Ruheposition liegt das Schrankeneleaent A über die Vibrationsführungsbahn D -und E -und es hindert der. Durchtritt des Proberöhrchens M und bewirkt, daß sich eine Schlange bildet. Wenn der Zylinder oder die Spule J betätigt wird, dann wird das Stück K vorwärtsbewegt, wodurch bewirkt wird, daß das Element C sich um den Stift F schwenkt. Das Schrankenelement A wird aufgehoben, wodurch das erste Proberöhrchen freigegeben wird, das durch das System hindurchläuft, während das Klemmelement B sich auf das z\?eite Proberöhrchen ΪΪ senkt und es in Position klemmt, !lach Rückkehr zu der normalen Ruheposition zieht sich das Teil K zurück und die Schranke A wird gesenkt und das aufsteigende Klemmelement B gestattet, daß die Schlange um ein Proberöhrchen vorrückt.

Ende der Beschreibung.

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Leerseite

Claims

KRAUS & WEISiERT

PATENTANWÄLTE L I O ό Ο Ό U

DRWALTER KRAUS DIPLOMCHEMIKER · DR.-ING. ANNEKÄTE WEISERT DIPL.-ING. FACHRICHTUNG CHEMIE IRMGARDSTRASSE 15 · D-8OOO MÜNCHEN 71 ■ TELEFON 089/797077-79 7078 · TELEX Ο5-212156 kpat d

TELEGRAMM KRAUSPATENT

Pat entansOrüche

! 1., Verwendung eines Vibrationsförderers zum Fördern von

Proben in einer aus einzelnen Teilen bestehenden Probeanalysenvorrichtung .
2. Automatisiertes, aus einzelnen Teilen bestehendes Analysesystem, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Fördern von Proben durch das System ein Vibrationsförderer ist.
3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß es zur Automatisierung einer Binde-As say-Technik verwendet wird.
4. System nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß es zur Automatisierung einer Radioimmuno-Assay-Technik verwendet wird.
5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Probebehälter von einer Führungsbahn getragen werden, welche Paare von im Abstand angeordneten parallelen länglichen Elementen enthält, zwischen denen die Probebehälter von den Elementen frei gestützt hängen.
6. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderer entweder elektromagnetisch oder piezoelektrisch vibriert wird.

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7. System nach einen der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß ein Vibrationsbecherförderer dazu verwendet wird, um die Probebehälter in das System einzugeben.
8. System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß ein oder mehrere geeignete Tormechanismen an geeigneten Punkten entlang des Förderers vorgesehen sind, um die Probebehälter anzuhalten, um die notwendige Zeit für die Assay-Technik verstreichen zu lassen.
9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , daß Tormechanismen vom Hebeltyp verwendet v/erden, welche kombinierte Schranken- und Klemmeinrichtungen enthalten, und die entweder den Durchgang der Probebehälter sperren, wodurch eine Schlange gebildet wird, oder die bei der Betätigung de.i ersten oder die ersten Behälter freigeben, um sich entlang des Förderers fortzubewegen, während der nachfolgende Behälter zur Aufrechterhaltung der Schlange festgeklemmt wird.
10. System nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch gekennzeichnet , daß ein Förderer vom Spiraltyp verwendet wird, der eine Aufstauzone für die Probebehälter bildet.
11. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß eine Vielzahl von miteinander verbundenen Spiralen verwendet wird.
12. System nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verbundenen Spiralen aufeinander

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aufgestapelt sind, wobei angrenzende Spiralen gegenseitig umgekehrt sind.
13. System nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Automatisierung eines Binde-Assays verwendet wird, bei dem erste Festphasenantikörper- oder zweite Festphasenantikörpertechniken verwendet werden, um gebundenes und freies markiertes Antigen zu trennen.
14. System nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibrationsbewegung des Förderers dazu verwendet wird, die Lösung durchzubewegen und/oder Festphasenmaterial in Suspension während der Inkubation zu halten.
15. Durchbewegungsteil zur Verwendung in einem System nach einem der Ansprüche 2 bis 14, gekennzeichnet durch einen Vibrationsförderer mit einem mit Furchen versehenen Boden und einer Einrichtung zur Zuführung einer Vibrationsbewegung der Laufbahn, deren vertikale Komponente so variiert werden kann, daß eine niedrige Amplitude die Probebehälter gegen die Furchen vibriert und die Lösungen durchbewegt und eine hohe Amplitude bewirkt, daß die Behälter die Furchen übersteigen und sich entlang des Förderers fortbewegen.
16. Durchbewegungsteil zur Verwendung in einem System nach einem der Ansprüche 2 bis 14, gekennzeichnet durch einen Vibrationsführungsbahnförderer, der quer zu seiner Länge geneigt ist, daß die in der Führungsbahn gehaltenen Probebehälter auf ihren Seiten mit einem

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Winkel zu der Vertikalen aufliegen, wobei die Führungsbahn mit einem Tormechanismus versehen ist, daß die Probebehälter eine Schlange bilden, die auf ihren Seiten innerhalb des Förderers aufliegen, und daß eine Einrichtung zur Anlegung einer Vibrationsbewegung an den Förderer vorgesehen ist, daß die Probebehälter eine mäßige Rollbewegung ausüben, wodurch ihr Inhalt vermischt wird.
17. Teil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn so geneigt ist, daß die in der Führungsbahn gehaltenen Probebehälter mit einem Winkel von bis zu 50?a zu der Horizontalen aufliegen.
18. Trennteil zum Trennen von festen und flüssigen Komponenten von Gemischen zur Verwendung in einem System nach einem der Ansprüche 2 bis 14, ge kennzeichnet durch einen Vibrationsförderer mit einer Einrichtung zur Zuführung einer Vibrationsbewegung, wobei der Förderer eine Torstation zur Zugabe einer zweiten Flüssigkeit aufweist, welche eine Dichte zwischen derjenigen der festen und flüssigen Komponenten des Gemisches hat.
19. Zähler-Detektor-Teil zur Verwendung in einem System nach einem der Ansprüche 2 bis 14, gekennzeichnet durch einen geeigneten Detektor in Kombination mit einem Vibrationsförderer mit einer Einrichtung zur Zuführung einer Vibrationsbewegung, wobei der Förderer eine Torstation am Austrittsende zur Wechselwirkung mit dem Detektor hat.
20. Probeentnahme- und -verdünnungsteil zur Verwendung in einem System nach einem der Ansprüche 2 bis 14, gekennzeichnet durch einen Vibrationsförderer

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mit einer Einrichtung zur Zuführung einer Vibrationsbewegung, wobei der Förderer eine Torprobeabnahmestation und eine Einrichtung zur Übertragung von aliquoten Teilen der Probe von den Proberöhrchen aufweist, welche an der Torprobeentnahmestation gehalten werden.
21. Teil nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Vibrationsförderer ein Spiralen-Führungsbahn-Vibrationsförderer ist.
22. Binde-Assay-System nach einem der Ansprüche 3 bis 14, dadurch gekennzeichnet , daß es verbundene Teile nach Anspruch 21 enthält.
23. System nach Anspruch 22, dadurch g e k e η η zeichnet, daß es Teile enthält, die miteinander in Form eines Stapels verbunden sind.
24. System nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiraleinheiten des Stapels unabhängig vibrieren und daß jede frei durch federnde Befestigungselemente innerhalb eines starren Rahmenwerks angeordnet ist.
25. Tormechanismus zur Verwendung in einem System nach einem der Ansprüche 2 bis 14 und 22 bis 24, gekennzeichnet durch einen Hebelmechanismus, der eine kombinierte Schranken- und Klemmeinrichtung vorsieht, welche entweder den Durchtritt einer Schlange von Probebehältern versperrt oder bei der Betätigung den zweiten oder nachfolgenden Behälter der Schlange festklemmt, während der erste Behälter oder die ersten Behälter freigegeben v/erden,

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um entlang des Förderers voranzuschreiten.
26. Probebehälter zur Verwendung in einem Durchbewegungsteil nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Probebehälter einen oder mehrere Stege oder Leitbleche die Innenoberflächen der Behälterwände hinunter enthält.
27. Durchbewegungseinrichtung zum Vermischen des Inhalts von Behältern, gekennzeichnet durch einen Träger für die Behälter, der so angeordnet ist, daß die Behälter auf ihren Seiten auf dem Träger mit einem Winkel zur Vertikalen aufliegen, und einer Einrichtung zur Zuführung einer Vibrationsbewegung an den Träger, so daß die Probebehälter eine mäßige Rollbev/egung erfahren, wodurch ihr Inhalt vermischt wird.

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