DE3531891A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung immunologischer reaktionen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur messung immunologischer reaktionen

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Description

PATENTANWÄLTE 3r.-»-g.franz vuesthopf
WUESTHOFF-v. PECHMANN-BEHRENS-GOETZ DR·PH1L·FREDAESTH°"
D1PL.-ING. GERHARD PULS ( EUROPEANPATENTATTORNEYS m £ D1PU-CHEM-DR-E-FRE1HERRVONPECHMANn
DR.-ING. DIETER BEHRENS QCO I Q O 1 DIPL.-ING. DIPL.-WIRTSCH.-ING. RUPERT GOETZ
ία =;q fififi O 3 J I O el I
D-8000 MÜNCHEN 90 Anm.: Olympus Optical Schweigerstrasse2
telefon: (089) 66 20 51 telegramm: protectpatent
TELEX: 524070
TELEFAX: VIA (o8?) 2 71 60 63 (ill) Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Messung immunologischer Reaktionen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung einer immunologischen Antigen-Antikörper-Reaktion aufgrund einer Schwankung in der Intensität von Licht, das durch feine Teilchen, die in der Reaktionsflüssigkeit suspendiert sind, gestreut wird. Sie betrifft auch eine Meßzelle zur Anwendung bei einem derartigen Verfahren und einer derartigen Vorrichtung.
Es sind immunologische Analysen zur Messung von immunologisehen Substanzen, Hormonen, Arzneimitteln und verschiedenen Komponenten wie Immunregulatoren, die in geringen Mengen in lebenden Körpern vorhanden sind, unter Anwendung spezieller immunologischer Reaktionen bekannt. Die immunologischen Analysen können grob eingeteilt werden in solche, bei denen Markierungssubstanzen wie Enzyme und Isotope als Indikatorsubstanzen verwendet werden und solche, bei denen die Antigen-Antikörper-Komplexe direkt, ohne daß Markierungssubstanzen vorhanden sind, gemessen werden.
Bei der zuerst genannten Gruppe, der mit Markierungssubstanzen arbeitenden immunologischen Analysen sind allgemein be-
kannt das Radio-Immuno-Assay (RIA), das Enzym-Immuno-Assay (EIA) und das Fluoreszenz-Immuno-Assay (FIA). Diese Assays
/2
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bzw. Untersuchungen haben den Vorteil, daß eine hohe Empfindlichkeit erzielt werden kann, aber auch den Nachteil, daß die Handhabung von Isotopen und verbrauchten Flüssigkeiten schwierig ist und die Meßzeiten leicht ziemlich lang werden. Darüberhinaus werden, da die Markierungsreagentxen teuer sind, die Kosten pro Probe, d. h. die laufenden Kosten leicht zu hoch.
Für die zuletzt genannte immunologische Analyse ohne Markierung wurden die Immuno-Elektrophorese, Immuno-Diffusion und -Sedimentation entwickelt. Diese Verfahren sind ziemlich einfach, jedoch nicht ausreichend empfindlich, quantitativ und reproduzierbar, wie es für genaue Messungen erforderlich ist.
In "Immuno chemistry", Bd. 12 Nr. 4 (1975), S. 349 bis 351 ist eine immunologische Analyse beschrieben, bei der Antigene oder Antikörper, die an die Oberfläche kleiner Teilchen gebunden sind) mit Antikörpern oder Antigenen in einer Testflüssigkeit reagieren und die mittlere Diffusionskonstante, die ein Zeichen für die Brown'sehe Bewegung der Aggregate aus agglutinierten Teilchen ist, wird aus einer Variation in der spektralen Breite von Laserlicht gemessen, das von einer Suspension von Teilchen gestreut wird. Dieses Verfahren besitzt den Vorteil, daß keinerlei Reagens verwendet wird. Da jedoch die Breite (Verbreiterung) des Spektrums, die auf dem Dopplereffekt aufgrund der Brown'sehen Bewegung der Aggregate beruht mit Hilfe eine Spektrometers nachgewiesen wird, ist die Vorrichtung ziemlich groß und teuer.
Darüber hinaus kann es zu Fehlern führen, wenn das Spektrometer mechanisch angetrieben wird, so daß die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit schlecht werden. Darüber hinaus wird bei diesen bekannten Verfahren die mittlere Diffusionskon-
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stante aus der spektralen Breite gemessen, wodurch nur eine beschränkte Information über die Antigen-Antikörper-Reaktion zur Verfugung steht.
Es ist Aufgabe der Erfindung( ein neues und günstiges Verfahren zur Messung einer Antigen-Antikörper-Reaktion zu entwickeln, bei dem es nicht erforderlich ist, teure Reagentien und teure und große Spektrometer zu verwenden und bei dem die Messung mit großer Genauigkeit reproduzierbar durchgeführt werden kann. Die Messung soll automatisch innerhalb kurzer Zeit durchführbar sein und es sollen kleine Mengen bzw. Konzentrationen an Antigen oder Antikörper in einer Testprobe genau meßbar sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Messung von immunologischen Reaktionen umfaßt die folgenden Stufen: Richten von Strahlung auf eine Reaktionsflüssigkeit, enthaltend zumindest Antigen und Antikörper; Nachweis der durch die Teilchen in der Reaktionsflüssigkeit
2^ gestreuten Strahlung;
Bildung einer Vielzahl von Dichtespektren der Intensitätsschwankungen* der gestreuten Strahlung;
Bildung eines mittleren (gemittelten) Dichtespektrums in Übereinstimmung mit der Vielzahl von Dichtespektren und 25
Messung der Antigen-Antikörper-Reaktion auf der Basis dieses mittleren Dichtespektrums.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemaßen Verfahrens zur Messung der immunologischen Reaktion mit Hilfe der Schwankung (Veränderung) der Intensität des von den Teilchen gestreuten Lichtes.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Messung der immunologischen Reaktion umfaßt:
eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl (Lichtstrom) aussendetj
* (Spektren der Intensitätsschwankungen der Dichte) /4
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eine Zelle, die eine Antigen-Antikörper-Reaktionsflüssigkeit enthält;
optische Einrichtungen, um den von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl in die Zelle zu leiten;
Ptotodetektoren, die das von den Teilchen in der Antigen-Antikörper-Reaktionsflüssigkeit gestreute Licht aufnehmen unter Erzeugung eines elektrischen Ausgangssignals;
Mittel, die das von dem Pnotodetektor ausgesandte elektrische Signal aufnehmen und eine Vielzahl von Dichtespektren der Intensitätsschwankungen der gestreuten Lichtstrahlung aufnehmen;
Mittel, die ein gemitteltes Dichtespektrum in Übereinstimmung mit der Vielzahl von Dichtespektren erzeugen und
Mittel zur Messung der Antigen-Antikörper-Reaktion auf der Basis des Dichtespektrums.
Die vorliegende Erfindung beruht auf den folgenden Tatsachen. Die Intensität von Licht,das gestreut wird durch die Aggregate der bei der Antigen-Antikörper-Reaktion ent-
2^ stehenden Teilchen verändert sich bzw. schwankt aufgrund
der Interferenz des Lichtes und ein Dichtespektrum der
Intensitätsschwankungen der gestreuten Strahlung hängt ab von der Form und Größe der Aggregate oder Teilchen. Daher ist es durch Nachweis bzw. Untersuchung des Dichtespektrums
2^ der Intesitätsschwankungen möglich, viele nützliche Informationen über immunologische Reaktionen zu erhalten wie
das Auftreten einer Antigen-Antikörper-Reaktion f.eine quantitative Information über den Antigen- bzw. Antikörpergehalt und den Agglutinationszustand der Aggregate von Teilchen (Durchmesser der Aggregate) aufgrund der Antigen-Antikörper-Reaktion. Da die Veränderung der Intensität des gestreuten Lichtes einfach durch Nachweis des gestreuten
Lichtes mit Hilfe eins Photodetektors gemessen werden kann, ist es erfindungsgemäß nicht mehr erforderlich,irgendein
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teures Reagens zu verwenden. Da keine Analyse des Spektrums des gestreuten Lichtes durchgeführt wird, ist es auch nicht erforderlich ein großes und teures Spektrometer zu verwenden.
5
Bei einer bevorzugten Arbeitsweise wird das gestreute Licht homodyn gemessen und das Verhältnis der Kippfrequenzen (relaxation frequencies) des Dichtespektrums der Intensitätsschwankungen der gestreuten Strahlung vor und nach der Antigen-Antikörper-Reaktion wird auf gezeichnet^ um die Antigen-Antikörper-Reaktion zu messen. Dies beruht auf der Tatsache, daß die Kippfrequenz unmittelbar zusammenhängt mit der Größe der Aggregate agglutinierter Teilchen.
Bei einer anderen bevorzugten Arbeitsweise nach der Erfindung wird das Verhältnis der integrierten Werte des Dichtespektrums der Intensitätsschwankungen in einem niedrigeren Frequenzbereich vor und nach der Antigen-Antikörper-Reaktion gemessen. Das beruht auf der Tatsache, daß der integrierte Wert des Dichtespektrums der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes im niedrigeren Frequenzbereich dicht zusammenhängt mit der Größe der Teilchenaggregate.
Erfindungsgemäß wird die Schwankung der Intensität des von agglutinierten Teilchen gestreuten Lichtes gemessen auf der Basis des Dichtespektrums und daher ist es nicht mehr erforderlich, teure Reagentien und Spektrometer zu verwenden und es können viele wertvolle Informationen über die Antigen-Antikörper-Reaktion in sehr kurzer Zeit mit sehr großer Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit erhalten werden, selbst wenn die Antigen- bzw. Antikörperkonzentration, die gemessen werden soll sehr klein ist.
/6
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Die Erfindung wird an Hand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht^ die eine Ausführungsform der immunologischen Meßvorrichtung nach der Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau eines in Fig. 1 gezeigten Kollimators darstellt.
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Hauptteile einer anderen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen immunologischen Meßvorrichtung zeigt.
Fig. 4 url 5 sind graphische Darstellungen, die Kurven für das Dichtespektrum für Teilchen mit Durchmessern von 0,188 μπι bzw. 0,305 um zeigen.
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Teilchendurchmesser und der Kippfrequenz des Dichtespektrums zeigt·
Fig. 7 und 8 sind graphische Darstellungen, die Kurven des Dichtespektrums für Teilchenkonzentrationen von 0,1 Gew.~% bzw. 0,09 Gew.-% zeigen. Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung
zwischen der Teilchenkonzentration und der relativen Fluktuation angibt.
Fig. 10 und 11 sind graphische Darstellungen, die Kurven für das Dichtespektrum vor und nach der Antigen-Antikörper-Reaktion für Antigenkonzentration von
-4 -9
10 g/ml bzw. 10 g/ml angeben.
Fig. 12 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Antigenkonzentration und dem Verhältnis der Kippfrequenzen angibt.
Fig. 13 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Antigenkonzentration und dem Verhältnis der relativen Schwankungen angibt.
* /7
(Fließschema bzw. Schaltplan)
lA-59 666 . : . ' „
Fig. 14 und 15 sind eine schematische Draufsicht bzw. perspektivische Ansicht (Schnitt), die eine Ausführungsform einer immunologischen Analyseeinrichtung nach der Erfindung zeigen, bei der Teilchen durch Ultraschallwellen bewegt werden; Fig. 16 ist eine schematische Draufsicht, die eine
andere Ausführungsform der Analyseeinrichtung nach Fig. 14 zeigt;
Fig. 17 ist eine schematische, perspektivische Ansicht, 0 die eine weitere Ausführungsform einer in
Fig. 14 gezeigten Analysevorrichtung darstellt;
Fig. 18 ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung der immunologischen Bestimmungen; Fig.19a u.l9b sind graphische Darstellungen, die die Arbeitsweise der in Fig. 18 angegebenen Vorrichtung zeigen;
Fig. 20 ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung immunologischer Untersuchungen;
Fig. 21 ist eine Prograrmrikarte zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 20 dargestellten Vorrichtung;
Fig. 22 u. 23 sind perspektivische Ansichten, die eine andere Ausführungsform des in Fig. 20 angegebenen Konstruktionsabschnitts (channel construction)
zeigen;
Fig. 24 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung immunologischer Analysen zeigt;
Fig.25,26 u.27 sind schematische Draufsichten auf weitere Ausführungsformen des in Fig. 24 gezeigten Konstruktionsabschnitts ;
Fig. 28 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung zur Durchführung immunologischer Untersuchungen zeigt;
lA-59 666 : . ..:
Fig. 29 u. 30 sind schematische Ansichten, die zwei weitere Modifikationen der in Fig. 28 angegebenen Analysevorrichtungen zeigen;
Fig. 31a,31b u.32a,32b u.32c zeigen Wellenformen, die bei Betrieb des in Fig. 30 angegebenen Ana-
lysators auftreten;
Fig. 33 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung immunologischer Bestimmungen zeigt;
Fig. 34 ist eine schematische Ansicht einer weiteren
erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 35 zeigt eine perspektivische Ansicht, die die in Fig. 34 angegebene Zellenbox erläutert; Fig. 36 ist eine perspektivische Ansicht, die eine
andere Ausführungsform der Zellenbox darstellt; Fig. 37 ist eine schematische Ansicht, die noch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung zeigt;
Fig. 38 ist eine perspektivische Ansicht, die die in
Fig. 37 angegebene Zelle erläutert;
Fig. 39a bis 39c sind Querschnite zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 37 gezeigten Analysevorrichtung;
Fig. 40 ist nochmals eine schematische Ansicht einer
weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung;
Fig.41a u.41b sind eine schematische Aufsicht bzw. Seitenansicht eines .. erfindungsgemäßen Transportmechanismus für die Einzelzellen; Fig.42a u.42b sind eine schematische Aufsicht bzw. ein Schnitt,
die eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung zeigen und Fig.43a u.43b sind wieder eine schematische Aufsicht und Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung.
/9
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Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Messung immunologischer Reaktionen nach der Erfindung zeigt. Bei dieser Ausführungsform ist eine Lichtquelle vorgesehen, die kohärentes Licht aussendet und zwar ein He-Ne-Gaslaser 1, der einen Laserstrahl mit einer Wellenlänge von 632,8 nm aussendet. Die Lichtquelle kann ein Feststofflaser wie ein Halbleiterlaser sein. Ein Laserlichtstrahl 2, der von der Lichtquelle 1 ausgesandt wird, wird durch einen halbdurchlässigen Spiegel 3 in die Lichtstrahlen 4 und 5 aufgetrennt. Der Lichtstrahl 4 wird durch eine Sammellinse 6 gesammelt und trifft auf die Zelle 7 auf. Die Zelle 7 besteht aus durchsichtigem Quarz. Der Lichtstrahl 5 trifft auf einen Photodetektor 8 wie eine Silicium-Photodiode auf. Dann erzeugt der Plotodetektor 8 ein Monitorsignal, das eine Veränderung der Intensität des von der Lichtquelle 1 ausgesandten Lichtes anzeigt.
In der Zelle 7 ist eine Testflüssigkeit für eine Antigen-Antikörper-Reaktion enthalten, die ein Gemisch ist aus einer Pufferlösung, in der feine Teilchen 9 suspendiert sind und einer Testprobe, enthaltend das zu bestimmende Antigen oder den zu bestimmenden Antikörper. Auf der Außenseite der Teilchen 9 sind Antikörper bzw. Antigene gebunden, die spezifisch mit dem Antigen oder Antikörper in der Testprobe reagieren. Daher tritt in der Zelle 7eine Antigen-Antikörper-Reaktion ein und es treten Anziehungskräfte zwischen den Teilchen auf. Wenn die Teilchen miteinander unter Bildung von Aggregaten agglutiniert sind, ändert sich die Brown'sehe Bewegung je nach der Größe und Form der Aggregate.
Bei dieser Ausführungsform ist ein ültraschallvibrationselement 21 vorgesehen, das mit der Zelle 7 in Kontakt gebracht wird, so daß Ultraschallwellen mit einer Frequenz von bis 40 kHz über die Wand der Zelle 7 auf die Reaktionsflüssigkeit auftreffen. Dann werden die Teilchen 9 in der Zelle 7 durch
*
(schwingungs)
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ZS
die Ultraschallenergie angeregt, und die Wahrscheinlichkeit, daß Antigene und Antikörper miteinander in Berührung kommen, wird deutlich erhöht. Daher wird, selbst wenn die Antigenkon-
-9 zentration außerordentlich niedrig ist, wie 10 g/ml# die Antigen-Antikörper-Reaktion beschleunigt und kann innerhalb kurzer Zeit ablaufen. Es ist zu bemerken, daß die Intensität der Ultraschallenergie ausreichend groß sein sollte, um die Teilchen zu bewegen, jedoch nicht höher als der Wert, bei dem die Kupplung zwischen Antigenen und Antikörpern aufgebrochen werden könnte. Die Anwendung der Ultraschallenergie kann während der Messung unterbrochen werden. Wahlweise kann die Ultraschallenergie auch während der Messung angewandt werden, da der Frequenzbereich der Ultraschallvibration weit entfernt ist von der Frequenzkomponente der Schwankung aufgrund der Brown'sehen 5 Bewegung^ und die Ultraschallenergie daher die Messung in keiner Weise beeinflußt. Im allgemeinen ist es, da die Zelle 7 sehr klein ist, wie etwa 10 mm (Breite) χ 10 mm (Höhe) χ 1 mm (Dicke), praktisch unmöglich, in üblicher Weise zu rühren. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann die Bewegung wirksam erreicht werden durch Anwendung von Ultraschallenergie auf die Zelle 7 von außen. Außerdem hat die Anwendung der Ultraschallenergie keinen Einfluß auf die Messung.
Lichtstrahlen, die durch die Teilchen 9 in der Zelle 7 gestreut werden, treffen auf einen Photodetektor 11 über einen Kollimator 10 auf, der zwei (gegenüberliegende) Löcher aufweist. Der ^fotodetektor 11 besteht aus einem Phctomultiplier mit sehr hoher Empfindlichkeit. Das Austritts-(Monitor!-signal des phcfcodetektors 8 wird über einen Verstärker/mit geringem Rauschen in eine Datenverarbeitungsvorrichtung 14 geleitet, in die auch das Austrittssignal aus dem Shotodetektor 11 über einen Verstärker 15 mit geringem Rauschen und einen Tiefpassfilter 16 geführt wird. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 umfaßt eine
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Analog-Digital-ümwandlereinheit 17, eine schnelle Fourier-Transformator-(FFT)-Einheit 18 und eine Recheneinheit 19 und verarbeitet die Signale, wie später näher erläutert wird, um Meßergebnisse für die Antigen-Antikörper-Reaktion zu erhalten. Die Meßergebnisse werden in einer Display- bzw. Aufzeichnungsvorrichtung 20 angezeigt.
Das Austrittssignal aus dem Fotodetektor 11 zeigt die Intensität des gestreuten Lichtes an, das aus der Meßzelle 7 austritt und wird normiert durch das Monitorsignal, das von dem Fotodetektor 8 geliefert wird und über einen kurzen Zeitraum gemittelt. Dadurch kann eine etwaige Variation der Intensität des Laserlichtstrahls 2 aus der Lichtquelle 1 ausgeschaltet werden. Anschließend wird ein Dichtespektrum der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes nachgewiesen und der Agglutinationszustand der Teilchen 9 in der Zelle 7 und damit das Fortschreiten der Antigen-Antikörper-Reaktion gemessen.
Fig. 2 ist eine schematische Ansicht, die die Konstruktion des Kollimators 10 der Fig. 1 im einzelnen zeigt. Der Kollimator 10 umfaßt ein Rohr 10a aus einem opaken, d.h. nicht durchscheinenden Material um den Einfluß von äußerem Licht zu vermeiden. Darüber hinaus ist die innere Wand des Rohres 10a mit einer nicht-reflektierenden Schicht überzogen. An beiden Enden des Rohrs 1Oa sind optische Löcher 1 Ob und 1Oc vorgesehen. Wenn die Radien der optischen Löcher 10b und 10c a^ bzw. a_ sind, und der Abstand zwischen den Löchern L(der Brechungsindex des Mediums innerhalb des Rohres 10a η und die Wellenlänge des Lichtest ist, folgt der Kollimator 10 der folgenden Gleichung (l)
4n.a,.ao
L £ (1)
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Erfindungsgemäß wird das Dichtespektrum der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes nachgewiesen. Das Dichtespektrum kann angegeben werden durch einen Term der Schwankung aufgrund der Interferenz des Lichtes, die durch die Teilchen hervorgerufen wird,
die sich in regelloser Bewegung befinden.
und einen Term der Schwankung der Anzahl der Teilchen, die in das streuende Volumen eintreten und daraus austreten. Der erste Fluk tuations-Term, der auf der Interferenz beruht, wird als räumliche Schwankung eines Punktmusters beobachtet. Wenn diese räumliche Schwankung von einem Phctodetektor mit einem breiten lichtempfangenden Bereich aufgenommen wird, wird das räumliche Mittel über die lichtaufnehmende Fläche gebildet und daher kann nur eine geringe Schwankung nachgewiesen werden. Bei der erfindungsgemaßen Arbeitsweise ist das Blickfeld des Photodetektors 11 durch den Kollimator 10 mit den optischen Löchern begrenzt, so daß die Fluktuation mit sehr hoher Empfindlichkeit nachgewiesen werden kann. Die oben angegebene Gleichung 1 kann erfüllt werden durch Verwendung eines Kollimators 10 mit Löchern mit einem Durchmesser von 0,3 mm im Abstand von 30 cm, wenn das Medium im Inneren des Kollimators Luft mit einem Brechungsindex n=l ist.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Lichtstrahl 4, der auf die Zelle 7 auftrifft,senkrecht zu der optischen Achse des Kollimators 10 so daß der auftreffende Lichtstrahl nicht direkt in den Phcfcodetektor 11 gelangt.
N 3.C h WGl S —
Das wird als homodyne/Methode bezeichnet. Erfindungsgemäß
Nachweisist es jedoch auch möglich, die heterodyne/Methode anzuwenden, bei der ein Teil des auftreffenden Lichtstrahls in den Phctodetektor 11 gelangt, d. h. bei der heterodynen Nachweis-Methode wird der Neigungswinkel β zwischen dem einfallenden Lichtstrahl 4 und der optischen Achse des Kollima-
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tors 10, wie in Fig. 3 gezeigt, auf 0 eingestellt. Erfindungsgemäß kann der Neigungswinkel θ beliebig bestimmt werden. Bei der homodynen Anordnung, die in Fig. 1 gezeigt ist, ist das Austrittssignal aus dem Photodetektor 11 proportional dem Mittelwert des Quadrats E Z, wobei E die Amplitude des elektrischen Felds des
S S
gestreuten Lichtes ist. Bei der heterodynen Anordnung wird das Austrittssignal aus dem Photodetektor 11 folgendermaßen angegeben
(Ee + Es)Z = E6T + 2Ee-Es + E^
wobei E die Intensität des elektrischen Felds des direkt aufe
treffenden Lichtes ist. E schwankt gar nicht oder nur gering, verglichen mit der Schwankung bzw. Fluktuation des gestreuten Lichtes und die beiden zuletzt angegebenen Terme schwanken. Da die Intensität des gestreuten Lichtes wesentlich schwächer ist als das einfallende Licht, ist 2E ·Ε »Ε 2. Das heißt bei
ess
der heterodynen Methode ist es möglich, ein Austrittssignal zu erhalten, das im wesentlichen proportional ist der Amplitude e~~ des elektrischen Felds des gestreuten Lichtes.
Ferner ist zu bemerken, daß
der Kollimator 10 nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist sondern verschiedene Formen besitzen kann, sofern das Blickfeld des Phctodetektors 11 kleiner gehalten werden kann als ein Punktmuster.
Im folgenden wird die Verarbeitung des Signals erläutert. Das Austrittssignal aus dem Photodetektor 11 wird in die datenverarbeitende Vorrichtung 14 über den Tiefpassfilter eingegeben und dort zusammen mit dem Austrittsmonitorsignal aus dem Phcfcodetektor 8 verarbeite^ um das Dichtespektrum der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes
-14-
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zu erhalten. Die Dichte des Intensitätsspektrums S(f) eines stationären stochastischen Prozesses x(t) kann folgendermaßen ausgedrückt werden.
S(f) = lim i~< I rT x(t)e~2<>:LftdtI2> (2)
0 Das Dichtespektrum der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichts bezeichnet die Stärke der Intensität oder Amplitude des gestreuten Lichtes in einem Frequenzbereich von f bis f +Af und wird allgemein definiert durch die folgende Gleichung
15
lla *'x(f.Af)
in der T|/2x(f, Af) ein mittleres Quadrat in einer Zeitspannung zwischen f und f + ^f ist und dieses mittlere Quadrat angegeben wird durch
Daher kann das Dichtespektrum beschrieben werden durch die Gleichung (2).
Bei dieser Ausführungsform wird das Dichtespektrum normiert durch das Monitorsignal, das von dem Photodetektor 8 geliefert wird und daher kann die Dimension des Dichtespektrums angegeben werden in der Einheit l/Hz.
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Auf der Basis dieser Gleichung 2 wird die Fourier-Transformation durchgeführt, um die Dichte des Intensitätsspektrums zu messen. Das Austrittssignal aus dem Photodetektor 11 wird durch den Verstärker 15 mit geringem Rauschen so verstärkt, daß Signalwerte einen großen Bereich von Analog-Digital-öxiwandlungspegelstufen abdecken können und so gequantelte Daten mit Hilfe eines Mikroprozessors berechnet werden, um die Dichte des Intensxtätsspektrums zu messen. Aus der Dichte des Intensitätsspektrums wird der Zustand der immunologischen Reaktion gemessen bzw. berechnet, wie später näher erläutert wird,und numerisch auf der Displayeinheit 20 angezeigt.
Die Figuren 4 und 5 sind graphische Darstellungen , die Kurven des Dichtespektrums zeigen, die erhalten werden, wenn Testflüssigkeiten mit dispergierten Polystyrol-Latexteilchen mit Durchmessern von 0,188 μΐη bzw. 0,305 μΐη in die in Fig. 1 gezeigte Zelle 7 eingebracht werden. Bei diesen Kurven ist das normierte Dichtespektrum (die normierte Dichte des Kraftspektrums) (l/Hz) auf den Ordinaten angegeben. Man erhält Kurven des Dichtespektrums vom Lorentz Typ. Das zeigt die Interferenz-Komponente des Dichtespektrums der Intensitatsschwankungen des gestreuten Lichtes. Aus diesen Kurven kann man erkennen, daß die Kippfreguenz des Dichtespektrums umgekehrt proportional ist dem Teilchendurchmesser. Wie oben erklärt, ist die Schwankung in der Intensität des gestreuten Lichtes eine Summe der Komponente, die auf der Interferenz von kohärentem Licht beruht, und der Komponente, die auf der Veränderung der Anzahl der Teilchen innerhalb des streuenden Volumens beruht. Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise wird hauptsächlich die Komponente, die auf der Interferenz beruht; nachgewiesen. Dann ist die Kippfreguenz des Dichtespektrums, die definiert
ist durch die Frequenz an der Schulter der Dichtespektrums-35
Kurve,gleich dem Kehrwert der Zeit, innerhalb derer sich
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die Aggregate über eine Distanz, die gleich ist der Wellenlänge, bewegen. Wenn der Durchmesser der Teilchenaggregate zunimmt, wird die für die Bewegung erforderliche Zeit langer und damit die Kippfrequenz niedriger. .
Fig. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Teilchengröße, die auf der Abszisse aufgetragen ist. und der Kippfrequenz, die auf der Ordinate aufgetragen
• beim homodynen "Nachweis
ist ,/zeigt. Beide Koordinaten sind im logan thmx sehen Maßstab. Für Teilchen mit einem Durchmesser von 0,0915 μπι wird eine Kippfrequenz von etwa 400 Hz beobachtet, für Teilchen mit einem Durchmesser von 0,188 μπι eine Kippfrequenz von etwa 200 Hz und für Teilchen mit einem Durchmesser von 0,305 pm eine Kippfrequenz von etwa 100 Hz. Wie aus der Fig. 6 deutlich hervorgeht, ist die Kippfrequenz umgekehrt proportional dem Teilchendurchmesser und daher ist es durch Nachweis der Änderung der Kippfrequenz während der immunologischen Reaktion möglich, das Vorliegen von Agglutination der Teilchen aufgrund der Antigen-Antikörper-Reaktion und den Grad der Agglutination zu messen. Das heißt, wenn die Antigen-Antikörper-Reaktion in der Zelle 7 stattfindet, werden feine Teilchen miteinander agglutiniert unter Bildung größerer Aggregate und dadurch
wird die Kippfrequenz niedriger.
25
Die Figuren 7 und 8 zeigen Dichtespektrums-Kurven, die erhalten worden sind mit Hilfe von Polystyrol-Latexteilchen mit einem Durchmesser von 0,3 pm, suspendiert in einer Pufferlösung in Konzentrationen von 0,1 bzw. 0,09 Gew.-%. Beide Kurven sind vom Lorentz Typ. Wie oben erläutert ist die Schwankung der Intensität des gestreuten Lichtes die Summe aus der Interferenz-Komponente aufgrund der Brown'sehen Bewegung der Teilchen und einer nicht-Interferenz-Komponente aufgrund einer Veränderung der Anzahl von Teilchen in dem streuenden Volumen. Wenn die Anzahl der Teilchen in dem streuenden Volumen klein ist, wird die Interferenz-Komponente kleiner und vergleichbar mit der nicht-Inter-
ferenz-Komponente. Dann können andere Komponenten als die Schwankung in der Intensität des gestreuten Lichtes aufgrund der Brown'sehen Bewegung der Teilchen nachgewiesen werden und die Antigen-Antikörper-Reaktion kann nicht mehr genau gemessen werden. Daher sollte die Konzentration der Teilchen so bestimmt werden, daß das einfallende Licht in dem streuenden Volumen ausreichend stark ist und die Interferenz-Komponente größer wird als die nicht-Interferenz-Komponente .
Fig. 9 zeigt die Beziehung zwischen der Anzahl der Teilchen in einem mm3 und der relativen Schwankung ^C4c"· Wenn der Durchmesser eines streuenden Körpers konstant ist, wird die relative Streuung auch über einen verhältnismäßig weiten Bereich der Teilchenkonzentration konstant. Dies wird experimentell durch die in Fig. 9 gezeigte Kurve bestätigt.
Die Figuren 10 und 11 zeigen Dichtespektrums-Kurven vor und nach (15 min) der Antigen-Antikörper-Reaktion. Diese Kurven wurden erhalten durch Dispergieren von Polystyrol-Latexteilchen mit einem Durchmesser von 0,3 μΐη,βη deren Oberfläche Antiimmunglobulin G (anti-IgG) gebunden war, in einer Pufferlösung mit einem pH-Wert von 7, die mit Tris-HCl eingestellt worden war, und Zugabe von Immunoglobulin~G
~ 4 zu der Suspension in einer Konzentration von 10 g/ml
_q
bzw. 10 g/ml. Wie aus Fig. 10 hervorgeht, war im Falle
-4 einer Antigen-Konzentration von 10 g/ml vor der Reaktion die Kippfrequenz etwa 50 Hz und nach 15 min war sie auf 10 Hz gesunken. Im Gegensatz dazu betrug die Kippfrequenz
-9 bei einer Antigen-Konzentration von 10 g/ml vor der
Reaktion etwa 95 Hz und sank nach der Reaktion auf etwa 40 Hz. Daher kann, wenn das Verhältnis F der Kippfrequenz vor und nach der Reaktion durch die folgende Gleichung berechnet wird, die Antigenkonzentration gemessen werden. 35
_ Kippfrequenz vor der Reaktion
~ Kippfrequenz nach der Reaktion
lA-59 666 '
JS
Die Beziehung zwischen dem Verhältnis F und der Antigen-Konzentration wird angegeben durch die in Fig. 12 gezeigte Kurve. In Fig. 12 ist auf der Abszisse die Konzentration an Antigen und auf der Ordinate das Verhältnis F der Kippfrequenzen angegeben. Auf diese Weise kann erfindungsgemäß die Antigen-Konzentration gemessen werden durch Bildung des Verhältnisses F der Kippfrequenz vor und nach der Reaktion.
Aus den in den Figuren 10 und 11 gezeigten Kurven ist ferner zu erkennen, daß das Verhältnis R der relativen Schwankungen vor und nach der Antigen-Reaktion zusammenhängt mit der Antigen-Konzentration. Dies wird im folgenden näher erläutert. In Fig. 1 wird das elektrische Ausgangssignal aus dem Photodetektor 11 , der das gestreute Licht aufnimmt, durch ein Tiefpassfilter mit der folgenden Durchlaßfunktion H(f) geleitet.
wobei f die Grenzfrequenz des Tiefpassfilters ist, die ausreichend niedriger ist als die Kippfrequenz f . Dann kann eine Veränderung der Schwankung des elektrischen Aus gangsstroms I aus dem Tiefpassfilter folgendermaßen ausgedrückt werden
<cfl2> = K2 <N> + K2 <N>* fc/fr (4)
wobei K eine Konstante ist und N die mittlere Anzahl von Teilchen in dem streuenden Volumen. Daher kann eine
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relative Schwankung in dem aus dem Tiefpassfilter austretenden Strom angegeben werden durch die folgende Gleichung (5)
wobei Steine Proportionalitätskonstante ist. Da angenommen werden kann, daß die Anzahl der Teilchen in dem streuenden Volumen ausreichend groß ist, kann die Gleichung (5) fol-Ί0 gendermaßen geschrieben werden.
(6)
Diese Gleichung zeigt, daß die relative Schwankung berechnet werden kann durch Berechnung der Kippfrequenz f aus der Dichtespektrums-Kurve. Dann kann das Verhältnis der relativen Schwankung angegeben werden durch die folgende Gleichung (7).
ρ _ relative Schwankung nach der Reaktion . . relative Schwankung vor der Reaktion
Fig. 13 zeigt die Beziehung zwischen dem Verhältnis R der relativen Schwankung und der Antigen-Konzentration. Aus dieser Figur geht deutlich hervor, daß die unbekannte Konzentration eines Antigens berechnet werden kann durch Bildung des Verhältnis R der relativen Schwankung vor und nach der Antigen-Antikörper-Reaktion. Das heißt vor der tatsächlichen Messung wird das Verhältnis R der relativen Schwankung bestimmt durch Verwendung von Standardproben mit bekannten Antigen-Konzentrationen zur Erstellung einer Eichkurve, die ähnlich der in Fig. 13 gezeigten Kurve ist. Dann wird das Verhältnis der relativen Schwankung für die Probe festgestellt und die zu bestimmende Antigen-Konzentration aus der Eichkurve abgelesen.
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Das Verhältnis R der relativen Schwankung wie es durch Gleichung (7) angegeben wird, kann berechnet werden als Verhältnis der integrierten Werte der Dichtespektrums-Kurve in einem niedrigeren Frequenzbereich. Das heißt das Verhältnis R der relativen Schwankung kann auch entsprechend der folgenden Gleichung berechnet werden.
- integrierter Wert des Dichtespektrums nach der Reaktion (B) ,„. ~ integrierter Wert des Dichtespektrums vor der Reaktion (A)
Wie aus den Figuren 10 und 11 hervorgeht, werden die integrierten Werte A und B des Dichtespektrums vor und nach der Reaktion erhalten durch Integration des Dichtespektrums von 10 Hz bis 10 Hz. Daher ist der Tiefpassfilter so
zusammengesetzt, daß er diesen Frequenzbereich durchläßt. 15
In den Figuren 10 und Π ist das Verhältnis R der relativen Schwankung angegeben als Verhältnis der integrierten Werte A und B des Dichtespektrums im niedrigeren Frequenzbereich. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, das Verhältnis R der relativen Schwankung bei einer bestimmten Frequenz im niedrigen Frequenzbereich, z.B. 10 Hz zu messen.
In einem solchen Falle kann ein Digitalfilter anstelle des schellen Fourier-Transformators angewandt werden und die gesamte Konstruktion kann sehr einfach werden und die Bearbeitungszeit sehr kurz./wenn die Größe der Teilchenaggregate verhältnismäßig gleichförmig ist, wird das Dichtespektrum vom Lorentz Typ und nimmt ab umgekehrt proportional zum Quadrat der Frequenz jenseits der Kippfrequenz. Wenn die Aggregatgröße jedoch unterschiedlich ist, kann eine überlagerung einer Vielzahl von Dichtespektrums-Kurven vom Lorentz Typ mit unterschiedlichen Kippfrequenzen beobachtet werden und daher nimmt die Dichte des Spektrums nicht mehr umgekehrt proportional zu der Frequenz ab. Das bedeutet, daß eine Verteilung der Aggregatgröße aus einer Konfiguration der Dichtespektrums-Kurve im höheren Frequenzbereich deutlich werden kann. Solche Daten konnten nach bekannten Analyseverfahren nicht erhalten werden und sie sind sehr wertvoll zur Analyse der Antigen-Antikörper-Reaktion.
Fig. 14 ist eine schematische Draufsicht, die eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung immunologischer Analysen zeigt, bei der die Reaktionsflüssigkeit durch Ultraschallenergie bewegt werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Küvetten 23 auf einer drehbaren Platte entlang deren Umfang angeordnet. Die drehbare Platte 22 wird intermittierend in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung gedreht. In der Stellung a wird eine bestimmte Menge einer Probe, die die zu bestimmenden Antigene enthält, in eine Küvette 23 eingebracht. In der Stellung b wird eine erste photometrische Messung durchgeführt und dann in der Stellung c eine bestimmte Menge eines Reagens,enthaltend Teilchen, an die Antikörper gebunden sind, in die jeweilige Küvette gegeben.
Nach einer geeigneten Reaktionszeit in einer Stellung d wird eine zweite photometrische Messung durchgeführt, um den durch die agglutinierten Teilchen gestreuten Lichtstrom zu messen. Bei dieser Ausführungsform dient die Küvette 23 als photometrische Zelle 7, wie in Fig. 9 gezeigt. Nach der Messung wird die Küvette 23 in der Stellung e gewaschen. Bei dieser Ausführungsform wird die Ultraschallenergie der in der Küvette 23 enthaltenen Reaktionsflüssigkeit zugeführt, während sich die Küvette von der Stellung c nach der Stellung d bewegt. Dadurch werden die Teilchen in der Reaktionsflüssigkeit vibriert und so die Antigen-Antikörper-Reaktion beschleunigt. Das führt dazu, daß die Drehgeschwindigkeit der drehbaren Platte 22 erhöht werden kann.
Wie in Fig. 15 gezeigt, wird die drehbare Platte 22 durch einen Motor 24 bewegt und die Küvetten 23 werden in eine Flüssigkeit 27 in einem Thermostat 25 eingetaucht. An
dem Boden des Thermostats 25 ist ein Ultraschallvibrationselement 2 6 angebracht.
Da die Flüssigkeit 27 in dem Thermostat 25 die Ultra'schallwellen sehr gut leitet, werden die Reaktionsflüssigkeiten
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in allen Küvetten durch Ultraschall angeregt und die Bewegung der Reaktionsflüssigkeiten wird somit wirksam durchgeführt.
Fig. 16 ist eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analysevorrichtung, bei der die Reaktionsflüssigkeit durch Ultraschallwellen bewegt wird. Bei dieser Ausführungsform ist eine Vielzahl von Ultraschall elementen 26 in Stellungen angeordnet, die Stellungen entsprechen, in denen die Küvetten 23 auf einer drehbaren Scheibe 22 stehen bleiben. Die Ultraschall=
elemente 26 sind bewegbar in radialer Richtung angeordnet und werden von geeigneten Antriebvorrichtungen (nicht gezeigt) in eine erste Stellung, in der die Elemente von den Küvetten 23 entfernt sind und in eine zweite Stellung, in der die Elemente mit den Küvetten in Kontakt sind, gebracht. Während die Platte 22 sich dreht, werden die Ultraschallelemenfee 26 in der ersten Stellung
gehalten und während die Platte stillsteht, werden die Elemente in die zweite Stellung gebracht. Auf diese Weise werden die in den Küvetten enthaltenen Reaktionsflüssigkeiten durch Ultraschallenergie bewegt, während die Küvetten in Stellungen zwischen c und d, wie in Fig. 14 gezeigt, stillstehen.
Fig. 17 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analyseeinrichtung zeigt, bei der die Reaktionsflüssigkeiten durch Ultraschallwellen bewegt werden. Bei dieser Ausführungsform sind die Ultraschall elemente 26 an den Seitenwänden der Küvetten 23 befestigt, die auf einer nicht gezeigten drehbaren Platte angeordnet sind. Um den Ultraschall elemente 26 Strom zuzuführen,
sind die Elemente mit Schleifbürsten 28 verbunden, die in schleifendem Kontakt mit konzentrischen leitenden Schienen 29 stehen. Durch Drehung der Platte gleiten die Kontakt-
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bürsten 28 über die Schienen 29, die mit einem Oszillator verbunden sind. Es ist zu bemerken, daß die Schienen 29 in einem Bereich zwischen den Stellungen c und d der Fig. 14 vorgesehen sein können. Bei dieser Ausführungsform muß eine elektrisch nicht leitende (isolierende) Thermostatflüssigkeit oder ein Luftbadthermostat angewandt werden.
Bei den bisher erläuterten Ausführungsformen werden die Teilchen in der Reaktionsflüssigkeit durch Ultraschallenergie regellos bewegt und dadurch die Antigen-Antikörper-Reaktion außerordentlich beschleunigt. Daher kann die immunologische Reaktion genau innerhalb eines kurzen Zeitraumes gemessen werden, selbst wenn die Antigen- oder Antikörper-Konzentration in der Probe außerordentlich gering ist.
Fig. 18 ist eine schematische Ansicht, die eine andere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen immunologischen Analyseeinrichtung zeigt. Bei dieser Ausführungsform sind Elemente, die denjenigen der Fig. 1 entsprechen, durch gleiche Bezugszeichen wie in Fig. 1, bezeichnet. Ein Laserlichtstrahl 2 von einem He-Ne-Gaslaser 1 wird durch einen Strahlteiler 3 in die Lichtstrahlen 4 und 5 aufgetrennt. Der Lichtstrahl 4 wird durch eine Sammellinse 6 gesammelt und trifft auf die transparente Zelle 7, die feine Teilchen 9 enthält, auf. Der Lichtstrahl 5 trifft auf eine Siliciumphotodiode 8 auf und deren Ausgangssignal 5 wird durch einen Verstärker 13 mit geringem Rauschen verstärkt, um ein Monitorsignal zu erhalten, das die Fluktuation der Laserlichtquelle 1 angibt.
Ein Lichtstrahl, der durch die Teilchen 9, die in der Reaktionsflüssigkeit in der Zelle 7 suspendiert sind, gestreut wird, trifft über einen Kollimator 10, der zwei (gegenüberliegende) Löcher aufweist, auf einen Photomultiplier 11 auf. Das Austrittssignal von dem Photomultiplier 11 wird in etinen ersten Analog-Digital-Umwandler (A/D-Umwandler)
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31 über einen Verstärker 15 mit geringem Rauschen geleitet. In dem ersten A/D-Umwandler 31 wird während jeder Meßzeit das Signal von dem Verstärker 15 gesammelt (abgetastet), um P Digitalsignale, jeweils bestehend aus M Bits, zu erhalten. Diese Digitalsignale werden in einem ersten Speicher
32 gespeichert. Die Abtastoperation wird gesteuert durch Abtastpulse, die von einem Abtastpulsgenerator 33 ausgesandt werden. Die Kapazität des Speichers 32 sollte gleich oder größer sein als Ρ·Μ Bits. Das Monitorsignal von dem Verstärker 13 wird ebenfalls durch einen zweiten A/D-Konverter 34 abgetastet unter Steuerung durch den Abtastpulsgenerator 33, um P Digitalsignale mit jeweils M Bits zu erhalten. Diese Digitalsignale werden in einem zweiten Speicher 35 gespeichert. Entsprechende Digitalsignale aus dem ersten und zweiten Speicher 32 und 35 werden dann ausgelesen und in einen Dividierer 36 geleitet, um ein normiertes Signal zu erhalten, bei dem eine etwaige Fluktuation der Laserlichtquelle 1 kompensiert ist. Das so erhaltene Signal wird in einen schnellen Fourier-Transformator 37 geleitet, um ein Dichtespektrum der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes zu erhalten. Nach dieser Arbeitsweise wird der oben erläuterte Prozeß mehrmals wiederholt, um eine Vielzahl von Dichtesprektren zu erhalten, die dann über einen Multiplexer 38 in den Speichern 39-1 bis 39-N gespeichert werden. Jeder der Speicher 39-1 bis 39-N hat eine Speicherkapazität, die größer oder gleich ist P-M Bits. Die Dichtespektren, die in den Speichern 39-1 bis 39-N gespeichert sind, werden einem Normier- oder Mittlungskreis 40 zugeführt, um ein mittleres Dichtespektrum zu erhalten, das dann in die Recheneinheit 41 eingegeben wird. In der Recheneinheit 41 wird die Berechnung in Übereinstimmung mit dem mittleren Dichtespektrum durchgeführt, um Meßergebnisse zu erhalten, die anzeigen, ob eine Agglutinationsreaktion eingetreten ist oder nicht sowie die Konzentration an Antigen oder Antikörper in der Probe. Die so
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lA-59 666 - >3 -
erhaltenen Meßergebnisse werden in den Drucker 42 geführt. Außerdem kann die Wellenform des Dichtespektrums über eine Kathodenstrahlröhre 43 verfolgt werden.
Da die Menge des durch die Teilchen 9 gestreuten Lichtes sehr klein ist, besitzt das durch einen Abtastvorgang erhaltene Dichtespektrum einen sehr geringen S/N-Wertf wie aus Fig. 19A hervorgeht. Bei der erfindungsgemäßen Arbeitsweise wird das Abtasten jedoch mehrmals vorgenommen, um eine Vielzahl von Dichtespektren zu erhalten und diese Dichtespektren werden dann durch die Normiervorrichtung gemittelt, um ein mittleres Dichtespektrum zu erhalten. Daher kann S/N des mittleren Dichtespektrums wesentlich erhöht werden, wie in fig. 19B gezeigt ist. Im allgemeinen wird S/N um das ^N-fache erhöht, wenn das Abtasten N mal vorgenommen wird. Daher kann, wenn 100 mal abgetastet wird, S/N 10-fach erhöht werden. Es ist zu bemerken, daß die Operation in der Rechnereinheit 41 auf die gleiche Weise erfolgen kann wie oben in Bezug auf die Fig. 1 bis 13 erläutert.
Fig. 20 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen immunologischen Analysiereinrichtung zeigt. Bei dieser Ausführungsform sind Elemente ähnlich den in Fig. 18 gezeigten durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 18 angegeben. Ein Lichtstrahl bzw. Lichtfluß 4,. der durch einen Strahlteiler 3 abgetrennt worden ist, wird in einen parallelen Strahl mit einem großen Durchmesser umgewandelt mit Hilfe eines Strahlverbreiterers (beam expander) 44 und der parallele Strahl trifft auf eine transparente Zelle 7 über eine zylindrische Linse 45 so auf, daß der Strahl innerhalb der Zelle 7 so fokussiert wird, daß eine gerade Fokuslinie F entsteht. Der andere Lichtstrahl 5 trifft auf eine SiIiciumphotodiode 8 auf und liefert ein Monitorsignal, das dann' durch den Verstärker 13 mit geringem Rauschen verstärkt wird.
* (-Rauschabstand)
— 26 —
τ/
Lichtstrahlen, die durch die in der Reaktionsflüssigkeit in der Zelle 7 enthaltenen Teilchen gestreut werden, treffen über eine Reihe optischer Fasern 46 auf eine Reihe von Photodioden 47 auf. Es ist zu bemerken, daß die optischen Fasern in der Reihe 46 und die Photodioden der Reihe 47 sich nicht Stück für Stück entsprechen sollten, aber daß die gestreuten Lichtstrahlen hindurchgehen, so daß z.B. das Licht von zwei optischen Fasern von einer Photodiode aufgenommen wird. Bei dieser Arbeitsweise sind N Kanäle vorgesehen zur Aufnahme der Lichtstrahlen, die von Teilchen an unterschiedlichen Orten in der Zelle 7 gestreut werden.
Photoelektrisch umgewandelte Ausgangssignale von der Photodiodenreihe 47 werden parallel verstärkt durch Verstärker 15-1 bis 15-N mit geringem Rauschen und die verstärkten Signale werden dann mit Hilfe von A/D-Umwandlern 31-1 bis 31-N unter Steuerung durch den Pulsabtastgenerator 33 in digitale Signale umgewandelt. In jedem A/D-Umwandler 31-1 bis 31-N werden während der Meßzeit F -Digitalsignale, jeweils bestehend aus M-Bits, abgetastet und dann in den ersten Speichern 32-1 bis 32-N gespeichert. Daher muß jeder der Speicher 32-1 bis 32-N eine Speicherkapazität gleich oder größer P-M Bits besitzen.
Das Monitorsignal von dem Verstärker 13 wird auch über einen A/D-Umwandler 34 unter Steuerung durch den Abtastpulsgenerator 33 abgetastet, um P Digitalsignale jeweils aus M Bits zu erhalten. Die so erhaltenen digitalen Monitorsignale werden dann in einem zweiten Speicher 35 gespeichert. Die P Digitalsignale, die in den Speichern 32-1 bis 32-N gespeichert sind, werden nach und nach abgerufen und über den Multiplexer 48 in den Dividierer 36 eingespeist. In dem Dividierer ' werden auch die Monitorsignale aus dem Speicher 35 eingespeist, um normierte Ausgangssignale zu erhalten, bei denen eine Fluktuation der Laserlichtquelle 1 eliminiert worden ist. Die so erhaltenen Ausgangssignale
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werden in einen schnellen Fourier-Transformator 37 geleitet, um nacheinander Dichtespektren der Intensität des gestreuten Lichtes zu erhalten, die dann über den Multiplexer 38 in die Speicher 39-1 bis 39-7 eingegeben werden. Die weitere Arbeitsweise ist vollständig die gleiche wie oben in Bezug auf die Fig. 18 und 19 beschrieben. D.h., die N Dichtespektren, die mit Hilfe der N Kanäle erhalten werden, werden durch die Normiervorrichtung 40 gemittelt, um ein mittleres Dichtespektrum mit hohem Rauschabstand (S/N) zu erhalten. Bei dieser Arbeitsweise kann S/N um das /n~ fache erhöht werden, wenn N Kanäle vorgesehen sind.
Im folgenden wird die Arbeitsweise der Analysiervorrich-
eines/
tung anhand/zahlenmäßigen Beispiels erläutert. Bei dieser Arbeitsweise werden Daten in Echtzeit verarbeitet und die Wellenform des mittleren Dichtespektrums kann in Echtzeit auf der Kathodenstrahlröhre 43 überwacht werden.
Die Abtastgeschwindigkeit in den A/D-Umwandlern 31-1 bis 31-N kann in Übereinstimmung mit der Abtasttheorie um mehr als das 2-fache gegenüber der Signalfrequenz erhöht werden.
Die Frequenzkomponente der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes ist niedriger als einige hundert Hz und so wird die Abtastgeschwindigkeit auf 2 KHz festgesetzt. Daher ist die Periode des Abtastpulses 500 με und wird als Zykluszeit T bezeichnet. Darüberhinaus werden in jeder Meßperiode 1 024 Abtastungen vorgenommen, d.h. P=I024. Damit wird die Meßzeit 500 μ3·1024 ~ 500 ms. D.h., alle Daten werden
etwa/
innerhalb von/500 ms gesammelt.
Da der schnelle Fourier-Transformator 37 die Daten mit hoher Geschwindigkeit verarbeiten muß, soll er Hardware sein. . Eine Zykluszeit des schnellen Fourier-Transformators 37 wird zu 200 ns angenommen und es wird eine vier^Zyklen^Schmetterlingsoperation durchgeführt. Dann erfordert ein einzelner Schmetterling 800 ns. Die Anzahl der
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Schmetterlingsoperationen, die der schnelle Fourier-Transformator für P=I024 Punkte durchführen muß, wird gleich P/2'log2P=512·10=5120. Daher wird die Zeit, die für den Fourier-Transformator pro Kanal erforderlich ist, ns·5120=^ ms. Wie in Fig. 21 angegeben, ist, wenn die Zeit für den Datensammelzyklus T zu 500 ms angenommen wird, nachdem alle Daten innerhalb von 500 ms gesammelt worden sind, aber bevor die nächsten Daten gesammelt werden, die Fourier-Transformation, die eine Zeit von T =4 ms pro Kanal erfordert, für alle N Kanäle erfolgt. Auf diese Weise kann eine Echtzeitverarbeitung für mindestens 100 Kanäle durchgeführt werden.
Fig. 22 ist eine perspektivische Ansicht, die eine andere Ausführungsform einer Kanalkonstruktion zeigt zur Aufnahme von parallelen Lichtstrahlen, die an unterschiedlichen Stellen der Fokuslinie F gestreut worden sind. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen der Zelle 7 und der optischen Faseranordnung 46 eine Abbildungslinse 49 vorgesehen, die ein Bild der Fokuslinie F auf der Eintrittsfläche der optischen Faseranordnung 46 erzeugt. In diesem Falle kann die Abbildungslinse 49 aus einer zylindrischen Linse bestehen, wie in Fig. 22 angegeben, da keine Abbildungskraft in einer Richtung parallel zu der Fokuslinie F erforderlich ist.
Fig. 23 ist eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kanalkonstruktion. Bei dieser Ausführungsform ragt die Lichteintritts-Fläche der optischen Faseranordnung 46 in die Seitenwand der ZeI-
le 7 so hinein, daß siöh die Lichteintritts-Fläche s
der optischen Faseranordnung 46 in der Nähe der Fokuslinie F befindet. Dadurch wird die Auflösung des Kanals wesentlich größer und dadurch kann der Rauschabstand des Dichtespektrums weiter erhöht werden. Es ist zu bemerken, daß zumindest ein Teil der optischen Fasern in der
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Anordnung 46 aus konvergierenden optischen Fasern bestehen kann. Dann kann der Abstand zwischen der Fokuslinie F und der Licht-eintritts-Fl^che der Anordnung der optischen Fasern groß sein und es ist daher nicht immer erforderlich, daß der Lichteintritts- Teil der optischen Faseranordnung in die Zelle 7 hineinragt, so daß die Konstruktion wesentlich einfacher wird. Es ist ferner zu bemerken, daß die optische Faseranordnung durch einzelne optische Fasern ersetzt werden kann und Lichtstrahlen, die an unterschiedlichen Punkten der Fokuslinie F gestreut werden, können über die einzelnen optischen Fasern in Photomultiplier geleitet werden. Darüberhinaus kann zwischen der Zelle 7 und der optischen Faseranordnung 46 ein Bildverstärker von der Art einer linearen Kanalplatte angeordnet sein zur Verstärkung der gestreuten Lichtstrahlen, wie später näher erläutert wird. Eine solche Konstruktion ist besonders geeignet, wenn die gestreuten Lichtstrahlen sehr schwach sind. Bei der in Fig. 20 gezeigten Anordnung trifft der Laserstrahl vertikal auf die Zelle 7 auf unter Bildung der Fokuslinie F, die sich horizontal erstreckt. Erfindungsgemäß ist es auch möglich, daß das parallele Laserlicht horizontal auf die Zelle auftrifft. Eine solche Anordnung wird im folgenden beschrieben.
Fig. 24 zeigt eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analysiereinrichtung. Bei dieser Ausführungsform wird ein Laserstrahl 4, der durch einen Strahlteiler 3 abgetrennt ist, durch eine Sammellinse 6 gesammelt und dann mit Hilfe einer Kollimatorlinse 50 in einen dünnen parallelen Strahl umgewandelt. Der so erzeugte parallele Strahl trifft horizontal auf die Zelle 7 auf. Die an unterschiedlichen Punkten in der Zelle 7 gestreuten Strahlen treffen über eine Anordnung optischer Fasern 46 auf eine Photodiodenanordnung 47 auf. Die übrige Konstruktion der Analysiervorrichtung nach dieser Ausführungsform ist vollständig gleich der in Fig. 20 gezeigten, so daß ei-
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ne detaillierte Erklärung nicht erforderlich ist. Auch bei dieser Ausführungsform kann der Rauschabstand wesentlich erhöht werden, da ein mittleres Dichtesprektrum erzeugt wird.
Fig. 25 zeigt eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform der Kanalkonstruktion einer erfindungsgemäßen Analysiervorrichtung. Bei dieser Ausführungsform ist ein linearer Mehrkanalbildverstärker 51 zwischen der optischen Faseranordnung 46 und der Photodiodenanordnung 47 angeordnet, um das schwache gestreute Licht zu verstärken. Der Bildverstärker 51 umfaßt eine Photokathode 53, die gegenüber der optischen Faseranordnung 46 angeordnet ist, eine Fluoreszenzplatte 54, die gegenüber der Photodiode 47 angeordnet ist, eine lineare Mehrkanalplatte 52, die zwischen der Photokathode 53 und der Fluoreszenzplatte 54 angeordnet ist. und eine Stromquelle 55, die mit der Photokathode und der Fluoreszenzplatte verbunden ist. Da der Bildverstärker einen sehr hohen Verstärkungsfaktor aufweist, kann das sehr schwache gestreute Licht so verstärkt werden, daß man ein Dichtespektrum mit hohem Rauschabstand erhält.
Fig. 26 ist eine schematische Ansicht, die eine andereAusführungsform einer erfindungsgemäßen Kanalkonstruktion zeigt. Bei dieser Ausführungsform treffen Lichtstrahlen, die an unterschiedlichen Punkten in der Zelle 7 gestreut worden sind, auf eine Vielzahl von Photomultipliern 57-1 bis 57-N über eine Vielzahl einzelner optischer Fasern 56-1 bis 56-N auf. Da die Photomultiplier 57-1 bis 57-N eine sehr hohe Empfindlichkeit haben, können die schwachen gestreuten Lichtstrahlen wirksam nachgewiesen werden.
Fig. 27 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Kanalkonstruktion nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen der Zelle 7 und der optischen Faseranordnung 46 eine Abbildungslinse 58 vorgese-
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hen, die ein Bild eines Teils der Ebene in der Zelle erzeugt in die der parallele Lichtstrahl auftrifft. In diesem Falle ist es möglich, daß die Linse 58 das Bild nicht in einer Richtung erzeugt, die senkrecht zur Zeichen ebene liegt und es kann von einer zylindrischen Linse erzeugt werden.
Fig. 28 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analyseeinrichtung zeigt. Bei dieser Ausführungsform sind Elemente, die den in Fig. 1 gezeigten ähnlich sind, durch die gleichen Bezugszeichen, wie in Fig. 1, angegeben. Bei dieser Ausführungsform wird ein von einer Laserlichtquelle 1 erzeugter Laserstrahl 2 \rai einem Zerhacker 61 unter Steuerung durch einen Zerhackersignalgenerator 32 zerhackt und der zerhackte Laserstrom wird durch einen Strahlteiler 3 in zerhackte Lichtstrahlen 4 und 5 aufgeteilt. Die Zerhack-Frequenz sollte auf einen Wert von mehr als 1 KBz eingestellt werden, damit die Frequenz der Fluktuation nicht gestört wird. Der Lichtstrahl 4 trifft über eine Sammellinse 6 auf eine transparente Zelle 7 auf und der von den Teilchen 9 gestreute Lichtstrahl wird über einen Kollimator 10 mit zwei (gegenüberliegenden) Löchern von einem Photomultiplier 11 aufgenommen. Der Lichtstrahl 5 trifft auf die transparente Bezugszelle 63 auf, die eine Standardprobe, z.B. eine Pufferlösung mit Teilchen, enthält. Dann trifft der in der Bezugszelle 63 gestreute Lichtstrahl auf eine Siliciumphotodiode 8 euf. Die Ausgangsesignale von dem Photomultiplier 11 und der Photodiode 8 werden Einfangverstärkern 64 bzw. 65 zugeführt, die von Steuersignalen betätigt werden, die von dem Zerhackersignalgenerator 62 geliefert werden synchron mit dem Zerhacker 61. Auf diese Weise ist es erfindungsgemäß möglich, den Einfluß von Hintergrundrauschen und Rauschen durch Trift einer Probe auszuschalten. Daher kann ein Dichtesprektrum mit hohem Rauschabstand erhalten werden und die Meßgenauigkeit und Zuver-
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lässigkeit können wesentlich verbessert werden.
Fig. 29 ist eine schematische Ansicht, die eine Modifikation der in Fig. 28 dargestellten Ausführungsform zeigt. Bei dieser Ausführungsform wird ein zerhackter Laserstrahl
(der Anregung)/ erhalten durch direkte Modulation/der Laserlichtquelle 1 mit Hilfe eines Zerhackersignalgenerators 62. Die restliche Konstruktion ist vollständig die gleiche wie in Fig. 28 gezeigt .
Fig. 30 ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Analysiereinrichtung zeigt. Bei dieser Ausführungsform wird ein von einer Laserlichtquelle 1 ausgesandter Laserstrahl mit Hilfe eines Strahlteilers 3 in die Strahlen 4 und 5 aufgeteilt. Diese Strahlen 4 und 5 werden mit Hilfe von Zerhackern 66 und 67 unter Steuerung eines Zerhackersignalgenerators 6 2 zerhackt. Der zerhackte Lichtstrahl 4 trifft über eine Sammellinse 6 auf die Zelle 7 auf und der zerhackte Lichtstrahl 5 trifft auf die Bezugszeile 63 auf.
Die Zerhacker 66 und 67 werden so gesteuert, daß die zerhackten Lichtstrahlen entgegengesetzte Phasen besitzen, wie in den Fig. 31A und 31B angegeben. D.h., die Zerhacker 66 und 67 werden so gesteuert, daß, wenn einer einschaltet der andere ausschaltet. Daher kann das Monitorsignal von der Photodiode 8, die den zerhackten Lichtstrahl 5 über die Bezugszelle 63 empfängt und verschiedene Arten von Triften anzeigt und das Intensitätssignal des gesteuerten Lichts von dem Photomultiplier 11 einschließlich verschiedener Arten von Triften aus den Fig. 32A bzw. 32B entnommen werden. In diesen Figuren geben die schraffierten Teile Komponenten an aufgrund der Varianten des aus der Laserlichtquelle 1 emittierten Lichtes und der Variation der Bezugs probe mit Bezug auf die Zeit. Dann werden die Ausgangssignale von dem Photomultiplier 11 und der
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Photodiode 8 in einem Addierer addiert, um ein Summensignal, wie in Fig. 32C angegeben, zu erhalten. Das so erhaltene Summensignal wird in einen Einfangverstärker 69 eingespeist, der durch den Zerhackersignalgenerator 62 gesteuert wird, wodurch man das Signal erhält, das die Intensität des durch die Teilchen 9 in der Zelle 7 gestreuten Lichtes angibt, ohne daß es von verschiedenen Triften beeinflußt wird.
Fig. 33 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer immunologischen Analyseeinrichtung nach der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind Elemente, die den in Fig. 1 angegebenen entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 angegeben. Wenn eine Laserlichtquelle 1 verwendet wird, kann eine sogenannte Rückkopplung (back-talk) auftreten und die Intensität des Lichtstrahls 2, der von der Lichtquelle 1 emittiert wird, kann schwanken. Das beruht auf der Tatsache, daß ein Teil des Lichtstrahls von der Zelle 7 oder den Teilchen 9 in der Zelle reflektiert wird und auf die Laserlichtquelle 1 auftrifft. Bei den bisher erläuterten Ausführungsformen wurde, um den Einfluß der Schwankung des von der Laserlichtquelle 1 emittierten Strahls auszuschalten, die . Monitor.vorrichtung vorgesehen. Ein derartiger Monitor kann jedoch die Größe und die Kosten der Analysiereinrichtung erhöhen. Bei dieser Ausführungsform ist zwischen der Laserlichtquelle 1 und der Sammellinse 6 ein optischer Isolator 71 angeordnet, umfassend eine Polarisationsplatte 71a und eine Viertel-Wellenlängen-Platte*71b. Der von der Laserlichtquelle 1 ausgesandte Laserstrahl 2 wird durch die Polarisationsplatte 71a und die Viertel-Wellenlängen-Platte 71b geführt und trifft dann über die Sammellinse 6 auf die Zelle 7 auf. Ein von der Zelle 7 reflektierter Lichtstrahl geht wieder durch die Viertel-Wellenlängen-Platte 71b und die Polarisationsebene ist um 90° , bezogen auf den einfallenden Laserlichtstrahl, gedreht. Dadurch kann der reflektierte Lichtstrahl nicht mehr durch die Polarisations-
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platte 71a hindurchgehen. Auf diese Weise ist es möglich zu verhindern, daß das reflektierte Licht auf die Laserlichtquelle 1 auftrifft und dadurch schwankt der von der Laserlichtquelle 1 reflektierte Lichtstrahl nicht durch Rückkopplung. Auf diese Weise ist es möglich, das Signal, daß die Intensität des gestreuten Lichtes angibt, mit hohem Rauschabstand zu erhalten und daher kann die
Monitorvorrichtung vollständig weggelassen werden. Es ist zu bemerken, daß der optische Isolator 71 .n jeder beliebigen Stelle zwischen der Laserlichtquelle 1 und der Zelle 7 angeordnet werden kann und dadurch kann die gesamte Analysiereinrichtung kleiner und billiger gehalten werden.
Die Fig. 34 zeigt nochmals eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Analysiereinrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind Teile, die den in Fig. 33 angegebenen entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 angegeben. Bei der erfindungsgemäßen Analysiereinrichtung ist es notwendig, einen verhältnismäßig schwachen Strom von gestreutem Licht nachzuweisen und daher kann, wenn Streulicht auf die Zelle auftrifft, der Rauschabstand (S/N) abnehmen und die Meßgenauigkeit leiden. Besonders wenn ein durch die Zelle reflektierter Lichtstrahl weiter durch umgebende Teile reflektiert wird und erneut auf die Zelle auftrifft, kann das Rauschen wesentlich erhöht werden. Um diesen Nachteil zu beseitigen, ist bei dieser Ausführungsform der optische Weg des Lichtstrahls 4 von der Laserlichtquelle 1 zu der Zelle 7 vollständig von einem Lichtleitrohr 72 umgeben. Das Lichtleitrohr 72 besteht aus einem opaken Material wie Bakelit und die innere Wand ist mit einem schwarzen antireflektierenden Überzug versehen. In den Endflächen des Rohrs 72 sind Öffnungen 72a, 72b und 72c mit einem kleinen Durchmesser zum Durchgang der Lichtstrahlen 4 und 5 vorgesehen. Ferner ist die Zelle 7 in einer Zellenbox 73 aus opakem Material angeordnet.In der Zellen-
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box 73 ist eine Eintrittsöffnung 74 für den Lichtstrahl 4 in die Zelle 7 und eine Austrittsöffnung 75 zum Austritt des gestreuten Lichts in den Kollimator 10 vorgesehen.
Fig. 35 ist eine perspektivische Ansicht, die den Aufbau der Zellenbox 73 zeigt. Die Zellenbox 73 besteht aus schwarzem Kunststoffmaterial wie Bakelit und besitzt einen Innenraum, in dem die Zelle 7 dicht hineinpaßt. Eine Öffnung 76 des Innenraums kann durch einen gleitenden Deckel 77 aus schwarzem Kunststoff verschlossen werden. Um eine manuelle Betätigung des Deckels 77 zu ermöglichen, besitzt er an seiner Oberseite einen Griff 78.
Fig. 36 ist eine perspektivische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer Zellenbox. Bei dieser Ausführungsform einer länglichen Box 31 aus opakem Material ist eine Vielzahl von Innenräumen vorgesehen, in die eine Vielzahl von Zellen eingesetzt werden können. Die Öffnungen für die Innenräume sind durch'
gleitende Deckel 77-1, 77-2, mit Griffen 78-1, 78-2, ...
versehen. Am Boden der Box 81 ist eine Vielzahl von Eintrittsöffnungen 74-1, 74-2, ... und in der Seitenwand der Box 81 eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 75-1, 75-2, ... vorgesehen. Die Box 81 kann in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung stufenweise manuell oder automatisch bewegt werden. Es ist zu bemerken, daß die Deckel 77-1, 77-2, ... manuell oder automatisch bewegt werden können. Auf diese Weise können Reaktionsflüssigkeiten, die in den Zellen 7, die in die Innenräume der rahmenartigen Box 81 eingesetzt sind, nacheinander analysiert werden, ohne daß sie von Streulicht beeinflußt werden.
Es ist zu bemerken, daß bei der in Fig. 34 dargestellten Ausführungsform das Lichtleitrohr 72 durch optische Fasern ersetzt werden kann. Außerdem kann, selbst wenn das Lichtleitrohr 72 weggelassen wird, das Streulicht weitgehend vermieden werden durch Anwendung der Zellenbox.
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Fig. 37 ist eine schematische Ansicht einer weiteren erfindungsgemäßen Analysiereinrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind Teile.entsprechend den in Fig. 1 angegebenen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und ihre Erläuterung wird weggelassen. Bei dieser'Ausführungsform wird eine Zelle 80 mit einem speziellen Aufbau verwendet.
Die Fig. 38 ist eine spezifische Ansicht der Zelle 80. Diese Zelle 80 umfaßt einen Zellen-Hauptteil 81 aus Quarz mit einer im allgemeinen rechteckigen Form mit einer oberen Öffnung 84 und einem Deckel 82 ebenfalls aus Quarz zum flüssigkeitsdichten Verschließen der Öffnung 84.
In dem Hauptteil 81 ist als integraler Bestandteil eine Trennwand 83 vorgesehen, deren beide Seiten mit Seitenwänden des Hauptteils 81 verbunden sind und deren unteres Ende mit dem Boden des Hauptteils 81 verbunden ist. Das obere Ende der Trennwand 83 ist niedriger als der obere Rand des Hauptteils 81. Durch die Trennwand 83 wird der Innenraum des Hauptteils 81 in kleine Kammern 86 und 87 getrennt. Die Kammer 86 wird als Reaktionskammer bezeichnet, während die Kammer 87 als Reservoirkammer bezeichnet wird. An der Aussenseite der Seitenwand 81a des Hauptteils 81 ist ein Schaft 85 angebracht, der senkrecht zu der Seitenwand 81a steht. Die Außenseite des Hauptteils 81 ist mit Ausnahme des Eintrittsfensters 88 und des Austrittsfensters 89 mit schwarzer Farbe angestrichen. Außerdem ist der Deckel
aufen/ mit Ausnahme des Eintrittsfensters 90,/schwarz angestrichen.
Durch das Eintrittsfenster 88 trifft ein Laserstrahl 4 auf die Zelle 80 auf. Es ist zu bemerken, daß der Schaft 85 übereinstimmt mit der optischen Achse des Laserstrahls 4, der durch das Eintrittsfenster 88 eintritt. Die Ausgangsfenster 89 und 90 dienen dazu, das gestreute Licht in den Kollimator 10 zu leiten. Die Zelle 80 kann in 3iner schwarzen Box enthalten sein, durch die der Schaft 85 so nach außen ragt, daß die Zelle gedreht werden kann durch manuel-
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les oder automatisches Drehen des Schaftes 85 oder daß die Zelle automatisch in der schwarzen Box gedreht werden kann. Im folgenden wird die Arbeitsweise der Analysiervorrichtung nach dieser Ausführungsform in Bezug auf die Zeichnungen 39A bis 39C erläutert. Zunächst wird die Zelle 80 so angeordnet, daß die offene Seite 84 nach oben steht, wie aus Fig. 39A hervorgeht. Dann wird eine bestimmte Menge eines Reagens, d.h. einerPufferlösung, die kleine Teilchen enthält, auf denen Antikörper oder Antigen fixiert ist, mit
Hilfe einer Reagens Pipette 71 eingebracht.
Ähnlich wird eine bestimmte Menge einer antigen- oder antikörperhaltigen zu untersuchenden Probe in die Reservoirkammer 87 mit Hilfe der Proben pipette 92 eingebracht. Es ist zu bemerken, daß die Flüssigkeitsspiegel von Reagens und Probe niedriger liegen müssen als die Trennwand 83, so daß diese Flüssigkeiten (zunächst) nicht miteinander vermischt werden.
Anschließend wird die Öffnung 84 durch den Deckel 82 geschlossen, wie in Fig. 39B angegeben und dann die Öffnung der schwarzen Box geschlossen. Anschließend wird die Intensität des gestreuten Lichtes vor der Reaktion gemessen. Bei dieser Messung trifft das durch das Austrittsfenster 89 kommende Licht über den Kollimator 10 auf den Photomultiplier 11 auf.
Anschließend wird die Zelle 80 um 90° um den Schaft 85 in der durch den Pfeil A in Fig. 39B angegebenen Richtung gedreht. Dann wird die Zelle 80 in die in Fig. 39C gezeigte Stellung gebracht. Durch diese Drehung wird die Probe aus der Reservoirkammer 87 in die Reaktionskammer 86 gebracht und mit dem Reagens vermischt, wodurch die Reaktion beginnt.
Unmittelbar nach der Drehung der Zelle 80 beginnt die Messung der Veränderung des gestreuten Lichtes. Bei dieser Meßung wird das durch das Ausgangsfenster 90 in dem Deckel
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82 kommende Licht nachgewiesen, wie in Fig. 39C gezeigt.
Die nachgewiesene Intensität des gestreuten Lichtes wird durch die Datenverarbeitungseinrichtung 14,umfassend einen A/D-Umwandler 17, einen schnellen Fourier-Transformator 18 und eine Recheneinheit 19;in der oben in Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Weise verarbeitet. Auf diese Weise kann der Agglutinationszustand der in der Reaktionsflüssigkeit in der Reaktionskammer 86 enthaltenen Teilchen unmittelbar nach der Reaktion überwacht werden.
Wie oben erläutert, kann durch Anwendung der in Fig. 38 angegebenen Zelle 80 das Mischen der Probe mit dem Reagens einfach durch Drehen der Zelle vorgenommen werden, ohne daß die Zelle aus der Analysiereinrichtung herausgenommen zu werden braucht. Daher kann die Meßung unmittelbar nach der Reaktion beginnen.
Es ist zu bemerken,daß, wenn die Zelle für den heterodynen Nachweis angewandt werden soll, nur ein einziges Ausgangsfenster an der Stelle des Schaftes 85 vorgesehen sein muß. Ferner können in der Zelle mehr als zwei Kammern vorgesehen sein durch Anbringen von mehr als einer Trennwand.
Fig. 40 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform einer automatischen immunologischen Analysiereinrichtung nach der Erfindung zeigt. Auch bei dieser Ausführungsform sind Teile, die den in Fig. 1 angegebenen entsprechen, durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 bezeichnet. Ein von einer Laserlichtquelle 1 ausgesandter Laserstrahl wird durch einen Strahlteiler in zwei Lichtstrahlen 4 und 5 aufgeteilt. Der Lichtstrahl 4 wird durch eine Sammellinse 6 gesammelt und trifft auf die transparenten Zellen 7 auf, die schrittweise über eine Reaktionslinie in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung eingeführt werden. Ein durch die Teilchen in der Reaktionsflüssigkeit
in der Zelle 7, die sich gerade in der Meßstellung befindet, gestreuter Lichtstrahl wird über einen Kollimator 10, der zwei gegenüberliegende Löcher aufweist, in einem Photomultiplier Ί1 nachgewiesen. Der andere Lichtstrahl 5 trifft auf eine Siliciumphotodiode 8 auf und erzeugt ein Monitorsignal, das eine Schwankung der Intensität des Laserstrahls 2 aus der Laserlichtquelle 1 angibt. Das Ausgangssignal aus dem Photomultiplier 11 wird in die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 über einen Verstärker 15 mit geringem Rauschen und einen Tiefpaßfilter 16 geleitet. Zur gleichen Zeit wird das Monitorsignal aus der Photodiode 8 in die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 über einen Verstärker 13 mit geringem Rauschen eingeleitet. In der Datenverarbeitungsvorrichtung 14 werden diese Signale durch den A/D-ümwandler 17, den schnellen Fourier-Transformator 18 und die Recheneinheit verarbeitet, um ein Dichtespektrum der Intensität des durch die Teilchen der Reaktionsflüssigkeit gestreuten Lichtes zu erhalten. Eine Dichtesprektrumskurve kann auf einer Kathodenstrahl 43 angezeigt werden. Ferner können die durch Verarbeitung des Dichtespektrums erhaltenen Ergebnisse mit Hilfe eines Druckers 42 ausgedruckt werden. Auf diese Weise kann eine Vielzahl von Proben nacheinander analysiert werden durch Einführen von Zellen 7 entlang der Reaktionslinie.
Die Fig. 41A und 41B sind eine schematische Draufsicht bzw. Seitenansicht, die eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Transpprtmechanismus für die Zellen zeigt. Ein endloses Transportband/121 läuft zwischen einem Paar von (Zahn)-Rädern 121a und 121b und das Rad 121a wird von einem Motor 121c angetrieben. Der Motor 121c wird intermittierend betrieben, um das Band 121 entlang der Reaktionslinie in Richtung des Pfeils A schrittweise fortzubewegen. Auf dem Band 121 werden die Zellen 123 eine nach der anderen in einer Ladestellung P, mit Hilfe des Laders 122 aufgesetzt. Anschließend wird in einer Reagenszugabestellung P2 eine bestimmte Menge eines in einem Reagensbehälter 125
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enthaltenen Reagenses in die Zelle 123 mit Hilfe der Zugabarorrichtung 124 eingebracht. Das Reagens wird hergestellt durch Dispergieren von Polystyrollatexteilchen mit einem Durchmesser von 0,3 μπι, die mit Antikörpern von Immunoglobulin G (Anti-IgG) überzogen sind, in einer Pufferlösung. In einer ersten Photometriesteilung P3 trifft ein Laserlichtstrahl, der von der Lichtquelle 126 ausgesandt wird, auf den Boden der Zelle 123 und das gestreute Licht, das aus einer Seitenwand der Zelle 123 austritt, wird von dem Photodetektor 127 empfangen, um ein Dichtespektrum vor der Reaktion zu erhalten. Anschließend wird in einer Proben zugabe stellung P. eine bestimmte Menge der Probe in die Zelle 123 eingegeben. Die Proben sind in !Bechern 129 enthalten, die über dem Umfang einer drehbaren Platte. 128 angeordnet sind, die durch einen Motor 128a synchron mit dem Band 121 bewegt wird. Nacheinander werden Proben aus den B3chern 129 in aufeinanderfolgende Zellen 123 auf dem Band 121 mit Hilfe einer Proben abgabevorrichtung 130 abgegeben. Wenn die Probe in die Zelle eingebracht worden ist, beginnt die Antigen-Antikörper-Reaktion.
Nach einer bestimmten Zeit in einer zweiten Photometriestellung P5 trifft ein Laserstrahl aus der Laserlichtquelle 131 auf die Zelle 123 über deren Boden auf und ein gestreuter Lichtstrahl wird durch einen Photodetektor 132 nachgewiesen, um ein Dichtespektrum nach der Reaktion zu erhalten. Nach der Meßung wird die Zelle 123 von dem Band 121 mit Hilfe einer Abnahmevorrichtung 133 in der Zellenabnahmestellung Pfi abgenommen.
Wie oben erwähnt, werden bei der Analysiervorrichtung nach dieser Ausführungsform nacheinander Proben in aufeinanderfolgende Zellen eingebracht und die immunologische Reaktion in aufeinanderfolgenden Reaktionsflüssigkeiten gemessen. Auf diese Weise können aufeinanderfolgende Proben automatisch in wirksamer Weise untersucht werden. Wie oben er-
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wähnt, bewegt sich das Transportband 121 intermittierend und die stationäre Zeit wird hauptsächlich bestimmt durch die Zeit, die erforderlich ist, photometrische Daten zu sammeln und die gesammelten Daten zu verarbeiten. Ferner wird der Abstand zwischen der Probenzugabe -stellung P. und der zweiten Photometriesteilung Pn. bestimmt in Übereinstimmung mit der erforderlichen Reaktionszeit. Wenn z.B. die Zeit für das Sammeln und Verarbeiten der Daten 5 min beträgt und die erforderliche Reaktionszeit 60 min, dann sind Schritts: (Stxp-Stellangen)-2xas±en dan. SteT1iTgaiP4 und P5 erforderlich.
Die Fig. 42A und 42B sind eine schematische Aufsicht bzw. ein Schnitt einer erfindungsgemäßen automatischen Analysiervorrichtung. Bei dieser Ausführungsform ist eine Anzahl flacher Zellen 141 entlang der Peripherie einer drehbaren Platte 142 angeordnet, die intermittierend in der durch den Pfeil A angegebenen Richtung gedreht wird. Die Platte 142 ist oberhalb eines Thermostaten 143 angeordnet, in dem eine klare Thermostatflüssigkeit 144 enthalten ist, und die Flüssigkeiten in den Zellen 141 werden somit auf der gewünschten Reaktionstemperatur gehalten. Am Boden des Thermostaten 143 ist ein Ultraschall element 145 befestigt. Die Teilchen in den Reaktionsflüssigkeiten, die sich in den Zellen 141 befinden, werden durch Ultraschallenergie angeregt und wirksam bewegt. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit, daß Antigen und Antikörper miteinander reagieren, erhöht und dadurch kann die Reaktionszeit verkürzt werden. Das ist besonders günstig bei einer Probe mit einer geringen Antigen- bzw. Antikörperkonzentration.
Während sich die Platte 142 intermittierend dreht, wird in einer Stellung P, eine bestimmte Menge Reagens, das in einem Reagensgefäß 147 enthalten ist, mit Hilfe einer Reagensabgabevorrichtung 146 in die Zelle 141 eingebracht. Anschließend wird in einer Stellung P2 eine erste photometrische Meßung durchgeführt, um ein Dichtespektrum vor der Reaktion zu erhalten. Zu diesem Zweck wird ein Laserlicht-
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strahl, der von einer Laserlichtquelle 148 emittiert wird, mit Hilfe einer optischen Faser 149 in eine Stellung innerhalb des Thermostaten 143 geleitet und trifft auf den Boden der Zelle 141 auf. Das an der Seitenwand der Zelle 141 austretende gestreute Licht wird mit Hilfe einer optischen Faser 150 in einen Photodetektor 151 geleitet, der außerhalb des Thermostaten 143 angeordnet ist.
Nach Aufnahme des Dichtespektrums und vor der Reaktion wird eine bestimmte Menge einer Probe mit Hilfe einer Probenabgabevorrichtung 152 in die Zelle 141 eingebracht. Die Proben sind in Probebehältern 153 enthalten und werden über eine Transportvorrichtung 154 in der durch den Pfeil B angegebenen Richtung transportiert, synchron mit der Drehplatte 143. Bei dieser Ausführungsform wird, um die Verarbeitung zu verbessern, eine zweite photometrische Meßung in der Stellung P- durchgeführt, nachdem die Drehplatte sich um eine Umdrehung gedreht hat. Daher nüssaidie Anzahl von Zellen 141 auf der Drehplatte 143 und die Drehgeschwindigkeit der Drehplatte in Übereinstimmung mit der erforderlichen Reaktionszeit eingestellt werden. Allgemein wird die Reaktionszeit länger, wenn die Probe eine geringe Antigen- oder Antikörperkonzentration aufweist und die Drehplatte 143 wird während dieser längeren Reaktionszeit um eine Drehung gedreht. Erfindungsgemäß kann die Reaktionszeit jedoch verkürzt werden, da die Teilchen durch das Ultraschallelement 145 wirksam bewegt werden und dadurch kann die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöht werden. Darüberhinaus kann bei dieser Ausführungsform, da nur eine Laserlichtquelle 148 und ein Photodetektor 151 ausreichen, die gesamte Konstruktion der Analyseeinrichtung vereinfacht werden.
Es ist ferner zu bemerken, daß die für eine Umdrehung der Drehplatte 143 erforderliche Zeit auf die kürzeste Reaktionszeit eingestellt werden kann statt auf die längste Reaktionszeit. In einem solchen Falle wird nach einer Umdrehung der Drehplatte 143 das erste Dichtespektrum gemessen und es wird untersucht, ob verwertbare Daten erhalten worden sind oder nicht. Wenn keine verwertbaren Daten erhalten worden sind, wird ein zweites Dichtespektrum aufgenommen, nachdem die Drehplatte sich um eine weitere Umdrehung gedreht hat und die Daten werden erneut überprüft. Das obige Verfahren wird wiederholt, bis verwertbare Daten erhalten worden sind. Bei einer solchen Analysevorrichtung muß eine automatische Zufuhrvorrichtung für die Zellen und Abnahmevorrichtung für die Zellen bzw. Waschvorrichtung unabhängig für die einzelnen Zellen arbeiten.
Die Fig. 43a und 43b zeigen eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen automatischen Analysiereinrichtung. Bei dieser Ausführungsform sind Teile, die den in Fig. 42a und 42b gezeigten entsprechen, durch die in diesen Figuren verwendeten Bezugszeichen angegeben. Bei dieser Ausführungsform wird in einer Stellung P. eine bestimmte Menge eines Reagenses in eine Zelle 141 mit Hilfe einer Reagenszu gabevorrichtung 147 eingebracht und eine Messung vor der Reaktion durchgeführt. Anschließend wird in einer Stellung P~ eine bestimmte Menge einer Probe, die in einem Probengefäß 153 enthalten ist, mit Hilfe einer Probenzugabe vorrichtung 152 in die Zelle 141 eingebracht, um die Antigen-Antikörper-Reaktion zu starten. Nachdem die Drehplatte 142 sich höchstens eine Umdrehung gedreht hat, wenn die betreffende Zelle 141 in die Stellung P3 gebracht worden ist, wird eine Messung durchgeführt. Bei dieser Ausfuhrungsform wird die Zeit, die erforderlich ist, um die Drehplatte von P_ nach P_ zu bewegen, auf die längste Reaktionszeit eingestellt.
Nachdem die Messung in Stellung P- beendet ist, wird die betreffende Zelle von der Drehplatte 142 entfernt und eine neue Zelle in die Drehplatte eingesetzt. Auf diese Weise
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können aufeinanderfolgende Proben wirksam gemessen werden .
Bei dieser Ausführungsform wird die photometrische Messung in den Stellungen P, und P2 vorgenommen. Es ist jedoch ebenfalls nur eine Lichtquelle 148 und ein Photodetektor 151 erforderlich. Die Laserlichtquelle 148 ist unterhalb der Zellen 141 angeordnet und ein aus der Laserlichtquelle 148 emittierter Laserstrahl trifft auf einen Halbspiegel 160, der drehbar angeordnet ist, auf. Ein durch den Halbspiegel 160 hindurchgehender Lichtstrahl wird von einer Photodiode 161 nachgewiesen und bildet ein Monitorsignal, das eine Schwankung des aus der Laserlichtquelle 148 austretenden Laserlichtstrahls anzeigt. Wenn die photometrische Messung in der Stellung P, durchgeführt werden soll, wird ein von dem Halbspiegel 160 reflektierter Lichtstrahl nochmals durch Reflexionsspiegel 162 bzw. 163 reflektiert und trifft dann auf eine Zelle 161 über einen LuftrThermostaten 143 auf, die sich in der Stellung P, befindet. Ein Ultraschallelement 145 ist auf der Drehplatte 142 vorgesehen. Der durch die Teilchen in der Zelle gestreute Lichtstrahl trifft auf den Photodetektor 151 auf über einen kreissektorförmigen Kollimator 164 mit zwei Eintrittslöchern 164a und 164b und einem Austrittsloch 164c. Bei der Durchführung der photometrisehen Messung in der Stellung P_ wird der Halbspiegel 160 in eine durch die punktierte Linie angegebene Stellung gedreht, und ein von dem Halbspiegel reflektierter Lichtstrahl trifft auf die Zelle 141 über den Reflektionsspiegel 163 auf, die sich in der zweiten Stellung befindet. Dann trifft das von den Teilchen gestreute Licht auf den Photodetektor 151 über die Löcher 164b und 164c des Kollimators 164 auf. Auf diese Weise kann die photometrische Messung erfindungsgemäß selektiv in den Stellungen P, bzw. P-durchgeführt werden.
Bei der oben beschriebenen Arbeitsweise wurde Immunoglobulin G (IgG) als zu bestimmendes Antigen verwendet, es
können jedoch auch beliebige andere Substanzen wie Immunoglobulin A (IgA), IgM, IgD, IgE, Australia-Antigen und Insulin, die zur Agglutination über eine Antigen-Antikörper-Reaktion führe^ verwendet werden. Ferner wurde bei der oben beschriebenen Arbeitsweise Antikörper an die Oberfläche der Teilchen gebunden und Antigen in der Probe bestimmt. Es kann jedoch auch ein Antikörper in einer Probe bestimmt werden unter Verwendung von Teilchen; an die Antigen gebunden ist. Ferner wurden bei der oben beschriebenen Ausführungsform Polystyrol-Latexteilchen verwendet. Es können jedoch auch beliebige andere organische und anorganische Teilchen wie Glasperlen u.a. verwendet werden. Darüber hinaus ist es möglich,teilchenförmige Substanzen zu verwenden, die direkt durch Antigen-Antikörper-Reaktion gebildet werden. Wenn z.B. menschliches Villus Gonadotropin (HCG) als Antigen und anti-Human-Villus-Gonadotropin (Anti-HCG) als Antikörper verwendet wird, kann der durch die Antigen-Antikörper-Reaktion gebildete Komplex direkt als Teilchen verwendet werden. Ferner kann ein Antigen selbst als Teilchen verwendet werden. Ein Beispiel für eine derartige Antigen-Antikörper-Reaktion ist die Reaktion, bei der Candida albicans (Hefe) als Antigen und Anti-Candida albicans als Antikörper verwendet wird. Darüber hinaus können Blutkörperchen, Zellen und Mikroorganismen als Teilchen verwendet werden.
Außerdem wird bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform die Messung ansatzweise durchgeführt, wobei die zu untersuchenden Lösungen nacheinander in die Zelle gegeben werden. Es kann jedoch auch kontinuierlich gearbeitet werden, wobei die Antigen-Antikörper-Reaktionsflüssigkeit kontinuierlich durch die Zelle strömt. Außerdem kann anstelle der beschriebenen Lichtquelle, die einen Laser mit kohärenten Licht aussendet irgendeine beliebige Lichtquelle verwendet werden, die nicht kohärentes Licht aussendet.
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Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß <?as erfindungsgemäße Verfahren und die dafür verwendete Vorrichtung zu den folgenden Vorteilen führen:
1) Da es nicht erforderlich ist, Reagentien wie Enzyme und Radioisotope zu verwenden, die teuer und schwierig zu handhaben sind, kann die Analyse wirtschaftlich und leicht durchgeführt werden.
2) Da die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens höher ist als bei anderen immunologischen Analysen, die ohne Markierung arbeiten, wie die Immuno-Elektrophorese, Immuno-Diffusion und-Sedimentation ist es möglich, zuverlässige Meßergebnisse mit hoher Genauigkeit zu erhalten.
3) Ba die Messung durchgeführt wird durch Nachweis der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes aufgrund der Brown'sehen Bewegung der Teilchen ist es möglich, genaue Messungen in kurzer Zeit durchzuführen selbst wenn die Menge der zu untersuchenden Probe außerordentlich klein ist.
4) Im Gegensatz zu dem bekannten Verfahren bei dem die
mittlere Diffusionskonstante aus derÄnderung der spektralen Breite des gestreuten Lichtes nachgewiesen wird, ist erfindungsgemäß kein Spektrometer erforderlich. Daher kann die gesamte Meßvorrichtung klein und billig gehalten werden und es ist ferner möglich, sehr genaue und zuverlässige Meßergebnisse zu erzielen.
5) Da die Messung auf dem Dichtespektrum der Intensitätsschwankungen der gestreuten Strahlung beruht, ist es möglich, viele wertvolle Informationen über die Antigen-Antikörper-Reaktion zu erhalten.
6) Bei den Ausführungsformen der Analysevorrichtung, bei denen Teilchen in den Reaktionsflüssigkeiten durch Ultraschallenergie bewegt werden, kann die Reaktion wirksam beschleunigt werden und dadurch kann die Reaktonszeit verkürzt werden, selbst wenn die Konzentration an zu bestimmenden Anti-5 gen bzw. Antikörper sehr gering ist. Darüber hinaus kann die Genauigkeit der Messung erhöht werden.
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7) Bei den Ausführungsformen der Analysevorrichtung, bei denen ein mittleres Dichtespektrum durch Mittlung einer Vielzahl von Dichtespektrum gebildet wird, die durch eine Vielzahl von Kanälen erhalten worden sind, kann der Rauschabstand außerordentlich erhöht werden, und die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Messung können sehr stark erhöht werden.
8) Ferner kann bei Ausführungsformen der Analysevorrichtung, bei denen der einfallende Lichtstrahl zerhackt wird und das Ausgangssignal von dem Photodetektor durch Einfangverstärker verarbeitet wird, eine genaue Messung durchgeführt werden, ohne daß sie durch eine Trift oder Hintergrundrauschen beeinflußt wird.
9) Bei der Ausführungsform der Analysevorrichtung, bei der ein optischer Isolator und eine Viertelwellenlängen-Platte in dem optischen Weg des einfallenden Lichtes vorgesehen sind, kann eine Schwankung des von der Laserlichtquelle emittierten Lichtes aufgrund einer Rückkopplung wirksam vermieden werden.
10) Bei der Ausführungsform der Analysevorrichtung, bei der die Zelle und der einfallende Lichtstrahl mit opaken Rohren bzw. Boxen abgedeckt sind, kann die Messung genau durchgeführt werden, ohne daß sie durch Streulicht beeinflußt wird.
11) Bei der Ausführungsform der Analysevorrichtung, bei der die Reaktion durch Drehung der Meßzelle eingeleitet wird, die mehrere Einzelkammern aufweist, die durch eine Trennwand abgetrennt sind, kann die photometrische Messung leicht vom Start der Reaktion an durchgeführt werden.
12) Bei den Ausführungsformen der automatischen Analysiereinrichtung können aufeinanderfolgende Proben automatisch genau und wirksam gemessen werden.
62862755

Claims (58)

  1. DIPL.-ING. GERHARD PULS (1952-I971) T
    EUROPEAN PATENT ATTORNEYS dipl.-chem. dr. e. Freiherr von pechman^
    DR.-ING. DIETER BEHRENS 3531891 DIPL.-ING. DIPL.-VIRTSCH.-ING. RUPERT GOET%
    D-8000 MÜNCHEN 90 OLYMPUS OPTICAL COMP. LTD. SCHWEIGERSTRASSE 2
    lA-59 666 telefon: (089)6620 ji
    telegramm: protectpatent Telex: 524070
    TELEFAX: VIA (089) 2 71 60 63 (Hl)
    Patentansprüche:
    l.j Verfahren zur Messung immunologischer Reaktionen, "dadurch gekennzei chnet , daß man
    - Strahlung auf eine Reaktionsflüssigkeit richtet, die zumindest Antigen und Antikörper enthält,
    - die durch die Teilchen in der Reaktionsflüssigkeit gestreute Strahlung nachweist, ^
    - eine Mehrzahl von Dichtespektren der Intensitätsschwankungen der gestreuten Strahlung aufnimmt,
    - ein mittleres Dichtespektrum aus der Mehrzahl von Dichtespektren erzeugt und
    - die Antigen-Antikörper-Reaktion auf der Basis dieses mittleren Dichtespektrums mißt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß man die Mehrzahl von Dichtespektren bildet durch mehrmaliges Abtasten der gestreuten Strahlung zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzei chnet ,
    daß man die Mehrzahl von Dichtespektren erzeugt durch gleichzeitigen Nachweis der gestreuten Strahlung von unterschiedlichen Punkten der Reaktionsflüssigkeit mit Hilfe einer Mehrzahl von Strahlungsdetektoren.
    - 2 - lA-59
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzei chnet , daß roan die Strahlung so auf die Reaktionsflüssigkeit richtet, daß sie in der Reaktionsflüssigkeit eine Fokuslinie bildet und von unterschiedlichen Punkten auf der FokusIinie gestreute Strahlung gleichzeitig durch die Mehrzahl von Strahlungsdetektoren nachgewiesen wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 3,
    dadurch gekennzeichnet , daß man Strahlung so auf die Reaktionsflüssigkeit richtet, daß parallele Strahlung durch die Reaktionsflüssigkeit hindurchgeht und an unterschiedlichen Punkten gestreut wird.
  6. 6. Vorrichtung zur Messung immunologischer Reaktionen nach Anspruch 1, umfassend
    - eine Lichtquelle (1; 126, 131, 148), die einen Lichtstrahl aussendet,
    - eine Zelle (7, 23, 80, 123, 141), die eine Antigen-Antikörper-Reaktionsflüssigkeit enthält,
    - optische Vorrichtungen, um das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die Zelle zu richten,
    - Nachweivorrichtungen zur Aufnahme des von der teilchenförmigen Substanz in der Antigen-Antikörper-Reaktionsflüssigkeit gestreuten Lichtes unter Erzeugung einer Mehrzahl von Dichtespektren der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes,
    - Mittel zur Erzeugung eines mittleren Dichtespektrums aus dieser Mehrzahl von Dichtespektren und
    - Mittel zur Messung der Antigen-Antikörper-Reaktion auf der Basis dieses mittleren Dichtespektrums.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzei chnet , daß die Nachweisvorrichtungen zur Erzeugung einer Mehrzahl von Dichtespektren umfassen:
    - einen Photodetektor (11; 47; 132; 137; 151) zur Erzeugung eines photoelektrischen Signals, das das gestreute Licht angibt,
    - 3 - lA-59
    - einen Analog-Digital-Umwandler (17; 31) zum Abtasten des photoelektrischen Signals zu unterschiedlichen Zeitpunkten unter Erzeugung einer Mehrzahl von digitalen Signalen,
    - einen schnellen Fourier-Transformator (18; 37), der die Digitalsignale auswertet und nacheinander eine Vielzahl von Dichtespektren erzeugt,
    - Speicher zur Speicherung der Mehrzahl von Dichtespektren und
    - Einrichtungen zur Mittlung der Mehrzahl von Dichtespektren zur Erzeugung eines mittleren Dichtespektrums.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, daB die Nachweisvorrichtung umfaßt:
    - mehrere Photodetektoren zur gleichzeitigen Aufnahme von Lichtstrahlen, die an unterschiedlichen Stellen der Zelle (7) gestreut worden sind unter Erzeugung von mehreren photoelektrischen Signalen,
    - mehrere A/D-Umwandler (31) zur Umwandlung der mehreren photoelektrischen Signale in mehrere Digitalsignale,
    - erste Speicher (32) zur Speicherung dieser mehreren Digitalsignale,
    - einen schnellen Fourier-Transformator (37), der nacheinander diese mehreren Digital signale aufnimmt und nacheinander mehrere Dichtespektren erzeugt,
    - zweite Speicher (39)zur Speicherung dieser mehreren Dichtespektren und
    - Mittel, um diese mehreren Dichtespektren aus den zweiten Speichern zu mitteln unter Erzeugung eines mittleren Dichtespektrums .
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachweisvorrichtung zusätzlich einen oder mehrere KoI-limator(en) (10; 46, 164) umfassen, der/die zwischen der Zelle und dem/den Photodetektor(en) (11, 47, 132, 137, 151) angeordnet ist/sind.
    - 4 - lA-59
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzei chnet , daß diese mehreren Kollimatoren eine Anordnung optischer Fasern (46) umfassen.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzei chnet , daß das Lichteintritts-Ende der optischen Faseranordnung (46) in die Zelle (7) hineinragt.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 11, dadurch gekennzei chnet , daß der Kollimator (10) eine Abbildungslinse zur Erzeugung eines Bildes von unterschiedlichen Punkten in der Zelle (7) auf den Photodetektoren (47) umfaßt.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzei chnet , daß die Abbildungs linse (49) eine zylindrische Linse ist.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß optische Vorrichtungen eine zylindrische Linse (45) zur Fokussierung des von der Lichtquelle (1) ausgesandten Lichtstromes in der Zelle (7) unter Bildung einer Fokuslinie (F) umfassen.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 13, dadurch gekennzei chnet , daß die optische Vorrichtungen eine Kollimatorlinse (50) umfassen, die den von der Lichtquelle ausgesandten Lichtstrahl in Form eines parallelen Lichtstrahls in die Zelle projiziert.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Mittel (8) zum Nachweis eines Teils des von
    - 5 - ; lA-59
    der Lichtquelle (1) emittierten Lichtstrahls umfaßt unter Erzeugung eines Monitorsignals, das eine Schwankung des Lichtstrahls anzeigt, sowie Mittel (14, 36, 68) zur Normierung des photoelektrischen Signals entsprechend dem Monitorsignal.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzei chnet , daß der Kollimator (10) eine optische Faseranordnung (46) umfaßt mit einem Lichteintritts-Ende gegenüber der Zelle (7) und einem Austrittsende sowie einen Bildverstärker (51) vom Kanalplattentyp mit einer Lichteintritts-Seite gegenüber dem Austrittsende der optischen Faseranordnung (46) und einer Austrittssei te gegenüber dem Photodetektor (47).
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Kollimator (10) mehrere einzelne optische Fasern (56) umfaßt, die zwischen der Zelle (7) und den Photodetektoren (47) angeordnet sind.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 9,
    dadurch gekennzeichnet, *
    daß der Kollimator (10) eine Anordnung optischer Fasern (46) umfaßt mit einem Lichteintritts-Ende und einem Austrittsende gegenüber den Photodetektoren (47) und eine Abbildungslinse (58) zur Erzeugung des Bildes der unterschiedlichen Punkte der Zelle auf der Licht empfangenden Seite der optischen Faseranordnung (46) vorgesehen ist.
  20. 20. Vorrichtung zur Messung immunologischer Reaktionen nach i Anspruch 1, umfassend
    - eine Lichtquelle (1), die einen Lichtstrahl aussendet,
    - eine Zelle (7), die eine Antigen-Antikörper-Reaktionsflüssigkeit enthält,
    - optische Vorrichtungen, um das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die Zelle zu richten,
    - 6 - lA-59
    - Nachweisvorrichtungen zur Aufnahme von Licht, das durch die in der Reaktionsflüssigkeit enthaltenen Teilchen gestreut worden ist unter Erzeugung eines photoelektrischen Signals,
    - Mittel zur Aufnahme des photoelektrischen Signals und Messung der Antigen-Antikörper-Reaktion, auf der Basis des Dichtespektrums der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes und
    - Mittel (21, 26, 145) zur Aussendung von Ultraschallwellen auf die Reaktionsflüssigkeit, um die Teilchen in der Flüssigkeit in Schwingungen zu versetzen.
  21. 21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
    dadurch gekennzeichnet , daß das Mittel zur Erzeugung von Ultraschallwellen ein Ultraschal lelement (21) umfaßt, das an der Außenseite der Zelle (7, 23) befestigt ist.
  22. 22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzei chnet , daß zusätzlich ein Thermostat vorgesehen ist, umfassend ein Gefäß (25, 145) und eine Thermostatflüssigkeit (27, 144) in dem Gefäß, und das Ultraschallelement (26, 145), das an der Außenseite des Gefäßes befestigt ist.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet , daß das Ultraschallelement (26) beweglich zwischen einer ersten Stellung im Abstand von der Zelle (7, 23) und einer zweiten Stellung in Berührung mit der Zelle (7, 23) beweglich ist.
  24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 21,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle (7, 23) entlang einer Reaktionslinie beweglich ist und daß die Ultraschall aussendende Vorrichtung Kontaktbürsten (28) umfaßt, die mit dem Ultraschallelement (26) und leitenden Schienen (29) verbunden sind, die entlang der Reaktionslinie angeordnet sind.
    - 7 - lA-59
  25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 20 bis 24, dadurch gekennzei chnet, daß die Ultraschall aussendende Vorrichtung Ultraschallwellen mit einer solchen Frequenz erzeugt, die ausreichend weit von den Frequenzkomponenten der Schwankung des gestreuten Lichtes entfernt ist.
  26. 26. Vorrichtung zur Messung immunologischer Reaktionen nach Anspruch 1, umfassend
    - eine Lichtquelle (1, 126, 131, 148), die einen Lichtstrahl aussendet,
    - eine Zelle (1, 80, 123, 141), die eine Antigen-Antikörper-Reaktionsfltissigkeit enthält,
    - Mittel (61, 66, 67) zum Zerhacken des aus der Lichtquelle austretenden Lichtstrahls,
    - optische Vorrichtungen, um das zerhackte Licht auf die Zelle zu richten,
    - Nachweisvorrichtungen zur Aufnahme von Licht, das durch die in der Reaktionsflüssigkeit enthaltenen Teilchen gestreut worden ist zur Erzeugung eines photoelektrischen Signals,
    - einen Einfangverstärker (64, 69) zur Verstärkung des photoelektrischen Signals und
    - Mittel zur Aufnahme des verstärkten photoelektrischen Signals und Messung der Antigen-Antikörper-Reaktion auf der Basis des Dichtespektrums der IntensitätsSchwankungen des gestreuten Lichtes.
  27. 27. Vorrichtung nach Anspruch 26,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Zerhacken des Lichtstrahls einen optischen Zerhacker (61) umfaßt.
  28. 28. Vorrichtung nach Anspruch 26,
    dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Zerhacken des Lichtstrahls ein Mittel (66,
    67) zur Modulation der Lichtquelle entsprechend einer Ein/Aus- * Schaltung umfaßt.
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  29. 29. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 28, dadurch gekennzei chnet , daß sie zusätzlich einen Photodetektor (8) umfaßt zum Nachweis eines Teils des aus der Lichtquelle (1) ausgesandten Lichtstrahls zur Erzeugung eines Monitorsignals, das eine Schwankung des Lichtflusses anzeigt, sowie Mittel (14, 36, 68) zur Normierung des photoelektrischen Signals entsprechend dem Monitorsignal .
  30. 30. Vorrichtung nach Anspruch 26 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Zerhackvorrichtung einen ersten optischen Zerhacker (66) für den auf die Zelle gerichteten Strahl und einen zweiten optischen Zerhacker (67) für den Teil des Lichtstrahls umfaßt, der auf den Photodetektor (8) gerichtet ist, und wobei ein Einfangverstärker (69) mit dem Ausgang der Normiervorrichtung (68) verbunden ist.
  31. 31. Vorrichtung nach Anspruch 30,
    dadurch gekennzei chnet , daß der erste und zweite Zerhacker (66, 67) entgegengesetzte Phasen aufweisen.
  32. 32. Vorrichtung zur Messung immunologischer Reaktionen nach Anspruch 1, umfassend
    - eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl aussendet,
    - eine Zelle, die eine Antigen-Antikörper-Reaktionsflüssigkeit enthält,
    - optische Vorrichtung, um das von der Lichtquelle emittierte Licht auf die Zelle zu richten,
    - einen optischen Isolator (71) zwischen der Lichtquelle (1) und der Zelle (7), um zu verhindern, daß ein von einem Teil der Vorrichtung reflektierter Lichtanteil wieder auf die Lichtquelle auftrifft,
    - Mittel zum Nachweis des von Teilchen in der Reaktionsflüssigkeit gestreuten Lichtes zur Erzeugung eines photoelektrischen Signals,
    - Mittel zur Aufnahme des photoelektrischen Signals und Messung der Antigen-Antikörper-Reaktion auf der Basis des Dichtespektrums der IntensitätsSchwankungen des gestreuten Lichtes.
  33. 33. Vorrichtung nach Anspruch 6 bis 32, dadurch gekennzei chnet , daß die Lichtquelle (1) ein Halbleiterlaser ist, der ein kohärentes polarisiertes Licht aussendet.
  34. 34. Vorrichtung nach Anspruch 32,
    dadurch gekennzei chnet , daß der optische Isolator (71) eine Polarisatorplatte (71a) und eine Viertel-Wellenlängen-Platte (71b) umfaßt.
  35. 35. Vorrichtung zur Messung immunologischer Reaktionen nach Anspruch 1, umfassend
    - eine Lichtquelle, die einen Lichtstrahl aussendet,
    - eine Zelle, die eine Antigen-Antikörper-Reaktionsflüssigkeit enthält,
    - eine Zellenbox (73, 81) aus einem opaken Material, die die Zelle im wesentlichen umschließt und eine Eintritts- (74) und Austrittsöffnungen (75) für das Licht aufweist,
    - optische Vorrichtungen, um den von der Lichtquelle emittierten Lichtstrahl über die Eintrittsöffnung (74) in der Zellenbox in die Zelle zu leiten,
    - Mittel zum Nachweis des von den Teilchen der Reaktionsflüssigkeit gestreuten Lichtes, das aus der Austrittsöffnung der Zellenbox austritt zur Erzeugung eines photoelektrischen Signals,
    - Mittel zur Aufnahme des photoelektrischen Signals und Messung der Antigen-Antikörper-Reaktion auf der Basis des Dichtespektrums der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes.
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  36. 36. Vorrichtung nach Anspruch 35,
    dadurch gekennzei chnet, daß die Zellenbox (73) einen Hauptteil mit einer Öffnung (76) umfaßt, durch die die Zelle (7) in diesen Hauptteil eingeführt werden kann, sowie einen Deckel (77) zum wahlweisen Schließen und öffnen der Zellenbox.
  37. 37. Vorrichtung nach Anspruch 35,
    dadurch gekennzei chnet , daß die Zellenbox (81) einen Hauptteil mit einer Mehrzahl von Öffnungen umfaßt, in die eine Mehrzahl von Zellen (7) eingesetzt werden kann, sowie eine Mehrzahl von Deckeln (77), die wahlweise geschlossen oder geöffnet werden können.
  38. 38. Vorrichtung nach Anspruch 35 bis 37, dadurch gekennzei chnet , daß die Eintrittsöffnung (74) und die Austrittsöffnung (75) in den Seitenwänden des Hauptkörpers der Zellenbox vorgesehen sind.
  39. 39. Vorrichtung nach Anspruch 35 bis 38, dadurch gekennzei chnet, daß sie zusätzlich ein Lichtleitrohr (72) umfaßt, das im wesentlichen den optischen Weg von der Lichtquelle (1) zu der Zelle (7) umschließt.
  40. 40. Automatische Analysiervorrichtung zur Messung von Antigen-Antikörper-Reaktionen nach Ansprch 1, umfassend
    - Mittel (122) zum Einbringen einer Mehrzahl von Zellen (123, 141) entlang einer vorgegebenen Reaktionslinie (Transportlinie) ,
    - Probenabgabevorrichtungen (130, 152) zur Abgabe vorbestimmter Mengen der zu untersuchenden Proben in aufeinanderfolgende Zellen,
    - Reagensabgabevorrichtungen (124, 146) zur Abgabe vorgegebener Mengen eines Reagens in aufeinanderfolgende Zellen (123, 141) zu richten,
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    - Mittel, um einen Lichtstrahl auf aufeinanderfolgende Zellen (123, 141) zu richten,
    - Mittel zum Nachweis von Licht, das durch Teilchen in der den einzelnen Zellen enthaltenen Reaktionsflüssigkeit gestreuten Lichtes unter Erzeugung eines photoelektrischen Signals und
    - Mittel zur Aufnahme des photoelektrischen Signals und Messung der Antigen-Antikörper-Reaktion auf der Basis des Dichtespektrums der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes.
  41. 41. Vorrichtung nach Anspruch 40,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Reagensabgabevorrichtung (124, 146) stromaufwärts in Beziehung auf die Probenabgabevorrichtung (130, 152) angeordnet ist, in Bezug auf die Bewegung der Zellen, und die Analysiervorrichtung ferner Mittel (126, 131, 148) umfaßt, um einen Lichtstrahl in eine Zelle (123, 141) zu leiten, in die (nur) das Reagens eingebracht worden ist, Mittel zur Aufnahme des von den in dem Reagens enthaltenen Teilchen gestreuten Lichts zur Erzeugung eines zweiten photoelektrischen Signals und Mittel (151) zur Aufnahme des zweiten photoelektrischen Signals zur Erzeugung eines Dichtespektrums der Intensitätsschwankungen des gestreuten Lichtes vor der Antigen-Antikörper-Reaktion umfaßt.
  42. 42. Analysiervorrichtung nach Anspruch 40 oder 41, dadurch gekennzeichnet , daß die Transportvorrichtung ein endloses Band (121) umfaßt, dessen l'mlaufrollen sich in einer senkrechten Ebene drehen.
  43. 43. Analysiervorrichtung nach Anspruch 40 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Ladevorrichtung (122) umfaßt, mit deren Hilfe die Zellen automatisch auf die Transportvorrichtung aufgebracht werden können, sowie eine Entladevorrichtung (133), durch die die Zellen automatisch wieder von der Transportvorrichtung abgenommen werden können.
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  44. 44. Analysiervorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzei chnet , daß die Transportvorrichtung eine drehbare Platte (142) umfaßt, entlang deren Peripherie eine Anzahl von Zellen (141) angeordnet ist, sowie Mittel zur schrittweisen Drehung der Platte.
  45. 45. Analysiervorrichtung nach Anspruch 40 bis 44, dadurch gekennzei chnet , daß Licht aussendende und aufnehmende Mittel so angeordnet sind, daß photometrische Messungen an einer Zelle (123, 141) vorgenommen werden können, die sich unmittelbar hinter einer Stellung befindet, an der das teilchenhaltige Reagens zugeführt wird.
  46. 46. Analysiervorrichtung nach Anspruch 40 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenzugabevorrichtung (130, 152) so angeordnet ist, daß eine Probe in eine Zelle (123, 141) eingebracht wird, für die bereits eine photometrische Messung durchgeführt worden ist.
  47. 47. Analysiervorrichtung nach Anspruch 44 bis 46, dadurch gekennzei chnet , daß sie zusätzlich einen Flüssigkeitsthermostaten (143) unter der drehbaren Platte aufweist.
  48. 48. Analysiervorrichtung nach Anspruch 44 bis 47, dadurch gekennzei chnet , daß sie zusätzlich ein Ultraschalleleraent (145) umfaßt, das an der Außenseite des Thermostaten (143) befestigt ist.
  49. 49. Analysiervorrichtung nach Anspruch 44 bis 48, dadurch gekennzei chnet , daß das den Lichtstrahl projizierende Mittel eine Lichtquelle (148) umfaßt, die außerhalb des Thermostaten (143) angeordnet ist und eine optische Faser (149), deren Lichteintritts-Ende
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    gegenüber der Lichtquelle (148) und deren Austrittsende gegenüber der Zelle (141) innerhalb der Thermostatflüssigkeit (144) angeordnet ist.
  50. 50. Analysiervorrichtung nach Anspruch 44 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Nachweis des gestreuten Lichtes eine optische Faser (150) umfaßt, deren Lichteintritts-Ende innerhalb der Thermostatflüssigkeit (144) angeordnet ist und deren Austrittsende außerhalb des Thermostaten sowie einen Photodetektor (151), der gegenüber der Austrittsöffnung der optischen Fasern angeordnet ist.
  51. 51. Analysiervorrichtung nach Anspruch 40, dadurch gekennzei chnet , daß das den Lichtstrahl aussendende Mittel eine Lichtquelle (148) umfaßt und ein optisches System aus beweglichen Reflexionsspiegeln (162, 163) zur Reflexion des Lichtstrahls auf zwei benachbarte Stoppstellungen der drehbaren Platte (142), so daß der Lichtstrahl wahlweise in zwei Zellen (141) geleitet werden kann, die sich in den beiden benachbarten Stoppstellungen befinden.
  52. 52. Analysiervorrichtung nach Anspruch 51, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zum Nachweis des gestreuten Lichtes einen Kollimator (164) umfaßt mit zwei Eintrittsöffnungen (164a, 164b), die sich gegenüber den beiden Zellen in benachbarten Stoppstellungen befinden, und einer Austrittsöffnung (164) und einen Photodetektor (151) gegenüber dieser Austrittsöffnung.
  53. 53. Analysiervorrichtung nach Anspruch 52, dadurch gekennzei chnet , daß die Reagensabgabevorrichtung (146) so angeordnet ist, daß das Teilchen enthaltende Reagens in eine Zelle (141) in einer der beiden benachbarten Stoppstellungen eingebracht wird, die
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    sich stromabwärts, bezogen auf die Drehungsrichtung der Platte, befindet.
  54. 54. Analysiervorrichtung nach Anspruch 53, dadurch gekennzei chnet , daß die Probenabgabevorrichtung (152) so angeordnet ist, daß eine Probe in eine Zelle (141) abgegeben wird, die sich in einer Stoppstellung unmittelbar nach der benachbarten Stoppstellung befindet.
  55. 55. Zelle zur Verwendung bei der Messung immunologischer Reaktionen auf der Basis des Dichtespektrums der Intensitätsschwankungen von Licht, das durch Teilchen in einer Reaktionsflüssigkeit gestreut wird nach Anspruch 1, umfassend
    - eine Box (80) mit einem Hauptteil (81) mit einer oberen öffnung (84), wobei zumindest ein Teil des Hauptteils aus einem transparenten Material besteht,
    - einem Deckel (82) zum flüssigkeitsdichten Verschließen der öffnung (84),
    - mindestens eine Trennwand (83) in dem Hauptteil (81), die diesen in mindestens zwei Kammern (86, 87) trennt und die niedriger ist als die öffnung, und
    - einem Schaft (85), der an der Seitenwand des Hauptteils (81) befestigt ist und sich parallel zu der Trennwand (83) erstreckt,
    wodurch der Hauptteil (81) und der Deckel (82) durch Drehung des Schaftes (85) gedreht werden können, so daß Flüssigkeiten in den Kammern (86, 87) miteinander vermischt werden.
  56. 56. Zelle nach Anspruch 55,
    dadurch gekennzei chnet, daß der Hauptteil (81) und der Deckel (82) mit einem opaken Material überzogen sind mit Ausnahme von lichtdurchlässigen Fenstern (88, 89, 90).
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  57. 57. Zelle nach Anspruch 56,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Eintrittsfenster (88) in dem Hauptteil (81) in Übereinstimmung mit dem Schaft (85) gebildet ist.
  58. 58. Zelle nach Anspruch 57,
    dadurch gekennzeichnet, daß ein Austrittsfenster (90) in dem Deckel (82) vorgesehen
DE19853531891 1984-09-07 1985-09-06 Verfahren und vorrichtung zur messung immunologischer reaktionen Granted DE3531891A1 (de)

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