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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gewebeabschnitte
oder monomolekulare Zellschichten werden gewöhnlich sowohl in der Forschung
als auch für
Zwecke der klinischen Diagnose durch mikroskopische Untersuchung
begutachtet. Dünne
Gewebeabschnitte oder Zellenpräparate
haben gewöhnlich
eine Dicke von 1–10 μm und sind
im unbehandelten Zustand nahezu lichtdurchlässig. Um verschiedene histologische
Merkmale sichtbar zu machen, sind mit der Zeit eine große Vielzahl
von Färbungsprozeduren
entwickelt worden, die verschiedene zelluläre oder extrazelluläre Komponenten
der Gewebe hervorheben. Histochemische Färbemittel, die gewöhnlich außerdem als "spezielle Färbemittel" bezeichnet werden,
verwenden chemische Reaktionen, um verschiedene chemische Anteile
zu färben.
Immunohistochemische Färbemittel
verwenden Antikörper
als Sonden, um bestimmte Proteine zu färben, gewöhnlich über Enzymablagerung eines gefärbten Niederschlags.
Alle diese histochemischen und immunohistochemischen Färbemittel
erfordern das Hinzufügen
und das Entfernen von Reagenzien in einer definierten Folge während spezifischer
Zeitperioden bei definierten Temperaturen. Deswegen gibt es einen
Bedarf an einer Objektträger-Färbeeinrichtung,
die unter Computersteuerung nach Festlegung durch den Technologen
eine Vielzahl von Färbungen
gleichzeitig ausführen
kann.
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Eine
erste Objektträger-Färbeeinrichtung
für die
Immunohistochemie wurde durch David Brigati M.D. im US-Patent Nr.4.731.335
beschrieben. In dieser Offenbarung wurden Mikroskop-Objektträger nahe
zueinander angeordnet, um Kapillarzwischenräume zu bilden. Die Paare aus
Objektträgern
wurden in einer Halterung angebracht, die durch einen mechanischen
Arm in drei Achsen bewegt werden konnte. Wenn die Objektträger erwärmt werden
sollten, wurden alle Objektträger
als eine Gruppe in eine befeuchtete Heizkammer bewegt. Deswegen
besteht bei diesem Aufbau keine Möglichkeit des zufälligen Zugriffs.
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Bei
einer weiteren Objektträger-Färbeeinrichtung
von Rogers und Sullivan, US-Patent
Nr. 4.043.292, sind Objektträger
an einem Drehkarussell angebracht. Bei ihrer Erfindung werden die
Objektträger
erwärmt,
indem ein erwärmter
Luftstrom über die
Objektträger
geleitet wird. Alle Objektträger
werden auf die gleiche Temperatur erwärmt.
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Wooton,
McLeod und Read offenbaren im US-Patent Nr. 5.231.029 eine weitere
Objektträger-Färbeeinrichtung,
die die Möglichkeit
der Erwärmung
besitzt. Bei dieser Erfindung ist eine Dampfkammer vorgesehen, um
Objektträger
zu erwärmen. Die
Luftfeuchtigkeit in der Dampfkammer ist derart, dass sie geringfügig unter
100 % liegt. Wenn die Objektträger
erwärmt
werden sollen, werden sie in der Kammer angeordnet. Da sich die
Objektträger
entweder in oder außerhalb
der Kammer befinden, müssen
alle Objektträger
auf die gleiche Heiztemperatur gebracht werden, wobei die Temperatur
näherungsweise
die des Dampfes ist (100 °C).
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Eine
kürzlich
beschriebene Objektträgerchargen-Färbeeinrichtung,
die von Ventana Medical Systems, Inc. vertrieben wird, ist im US-Patent
Nr. 5.595.707 an Copeland u. a. offenbart. Bei dieser Offenbarung
werden Objektträger
auf einem Drehkarussell angeordnet, wobei anschließend Reagenzien hinzugefügt werden
und von der Objektträgeroberfläche abgespült werden.
Die Objektträger-Färbeeinrichtung enthält eine
Heizkammer, die durch das Einleiten von warmer Luft beheizt wird.
Ein Temperaturfühler
ist in der Kammer enthalten, um eine Temperaturrückkopplung zu einem Mirkoprozessor
zu schaffen. Ähnlich
wie bei den anderen Objektträger-Färbeeinrichtungen,
die oben beschrieben wurden, müssen
alle Objektträger
auf die gleiche Temperatur gebracht werden.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine automatisierte Vorrichtung
für die Präparation
oder Inkubation biologischer Proben geschaffen, die umfasst: eine
bewegliche Plattform, die mehrere biologische Proben tragen kann;
eine Heizeinrichtung, die wenigstens einen Objektträger beheizt;
einen Computer, der die gewünschte
Temperatur für
die Heizeinrichtung bestimmt, wobei der Computer abseits der Plattform
angebracht ist; eine Heizungssteuerung, die eine elektronische Temperatursteuerungs-Schaltungsanordnung
und eine Datenkommunikationsverbindung, die den Computer mit der
elektronischen Temperatursteuerungs-Schaltungsanordnung verbindet,
umfasst; gekennzeichnet durch mehrere Heizungseinrichtungen, die
auf der beweglichen Plattform angeordnet sind, wovon jede Wärme für eine oder
mehrere Proben bereitstellt; wobei die Heizungssteuerung die Heizeinrichtungen
unabhängig
voneinander steuert, wobei die Heizungssteuerung die elektronische
Temperatursteuerungs-Schaltungsanordnung umfasst, die an der beweglichen
Plattform angebracht ist und elektrische Leistung für mehrere
Heizeinrichtungen in der Weise zuführt, dass unterschiedliche
Proben auf unterschiedliche Temperaturen beheizt werden können; und
wobei die Datenkommunikationsverbindung den Computer mit der elektronischen
Temperatursteuerungs-Schaltungsanordnung, die an der beweglichen Plattform
angebracht ist, verbindet, so dass die elektronische Temperatursteuerungs-Schaltungsanordnung
elektrische Leistung in geeigneter Menge für jede der Heizeinrichtungen
bereitstellt, so dass jede Heizeinrichtung auf die durch den Computer
bestimmte Temperatur beheizt wird.
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In
einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
zum Heizen mehrerer biologischer Proben geschaffen, die auf einer
beweglichen Plattform in einem automatisierten Probenpräparationsinstrument
angebracht sind, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren wenigstens
einer biologischen Probe auf einer Plattform, wobei die Plattform
sich in Bezug auf eine feste Baueinheit-Basis bewegen kann; und
Bestimmen einer Temperatur für eine
Behandlung der Probe durch eine Schnittstelle eines Computers; Liefern
von elektrischem Strom mittels einer Temperatursteuereinheit und
Steuern der Temperatursteuereinheit mittels einer Datenkommunikationsverbindung,
die den Computer mit der Temperatursteuereinheit verbindet; gekennzeichnet durch: Anbringen
mehrerer Heizeinrichtungen an der Plattform; und Zuführen von
elektrischem Strom an die Heizeinrichtungen mittels der Temperatursteuereinheit,
die an der Plattform angebracht ist; wobei die Datenkommunikationsverbindung
den Computer mit der an der beweglichen Plattform angebrachten Temperatursteuereinheit
verbindet, wobei die Anzahl der elektrischen Leiter in der Datenkommunikationsverbindung
geringer als die Anzahl der Heizeinrichtungen ist.
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Die
beschriebenen Ausführungsformen
der Erfindung sind verbesserte Vorrichtungen zum Färben von
Objektträgern
für die
Aufbringung und das Entfernen von Reagenzien von biologischen Gewebeabschnitten,
die auf Mikroskop-Objektträgern angeordnet
sind. Die Verbesserung betrifft die Möglichkeit des zufälligen Zugriffs
der Objektträger-Färbeeinrichtung,
d. h. eine Objektträger-Färbeeinrichtung, die eine Prozedur
aus einer Liste von Prozeduren an einer beliebigen biologischen
Probe aus einer Vielzahl von biologischen Proben, die auf Mikroskop-Objektträgern angeordnet
sind, ausführt.
Da verschiedene Prozeduren Wärme
zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfordern, um die Geschwindigkeit
der chemischen Reaktion zu verbessern, sind Mittel entwickelt worden,
um Objektträger
unabhängig
von den Temperaturen anderer Objektträger auf unterschiedliche Temperaturen
zu erwärmen.
Diese Erfindung ermöglicht
das Erwärmen
jedes Objektträgers
auf seine eigene festgelegte Temperatur.
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Jedes
der oben beschriebenen Systeme könnte
möglicherweise
so modifiziert werden, dass ihre Heizungssteuerungssysteme vervielfacht
werden, um mehrere Pegel der Heizungssteuerung zu schaffen. Gegenwärtig sind
z. B. kommerzielle thermische umlaufend betriebene Einrichtungen
verfügbar,
die vier unterschiedliche Heizblöcke
enthalten, die den gleichen Mikroprozessor gemeinsam verwenden.
Der Typ des festverdrahteten Temperatursteuermechanismus, der vier
verschiedene Blöcke heizt
und kühlt,
wäre jedoch
teuer und aufwändig, wenn
die Anzahl der unabhängigen
Proben größer wird.
In der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung werden z. B. 49 unabhängige Heizpositionen beschrieben.
Wird angenommen, dass zwei Leiter Leistung an die Heizeinrichtung
bereitstellen und zwei Leiter eine Temperaturrückkopplung von jedem Heizfühler schaffen,
müsste
eine Gesamtzahl von 196 Leitern zwischen die verschiedenen Heizeinrichtungen
und die Computersteuerungs-Schaltungsanordnung
geschaltet werden. Die Anordnung aller Leiter in einer Kabelschleife
zwischen einem feststehenden Computer und einer beweglichen Objektträger-Färbeeinrichtung
stellt eine weitere Schwierigkeit dar, wobei die Kosten für Herstellung
und Wartung ansteigen.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist eine bewegliche Plattform, die vorzugsweise ein
Karussell ist, so beschaffen, dass sie mehrere Mikroskop-Objektträger, die
biologische Proben enthalten, trägt.
Im Einzelnen sind mehrere flache Heizstationen auf der Plattform
vorgesehen, wobei jede Heizstation wenigstens einen Mikroskop-Objektträger trägt, wobei
in einer bevorzugten Ausführungsform
jede Heizoberfläche
einen einzelnen Mikroskop-Objektträger trägt. Die Heizstationen werden einzeln
gesteuert, um die Temperaturen, auf die die Objektträger beheizt
werden, zu steuern.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind mehrere Heizeinrichtungen, die jeweils wenigstens
einen Objektträger
beheizen können,
einer beweglichen Plattform zugeordnet, die so beschaffen ist, dass
sie mehrere Mikroskop-Objektträger
trägt.
Jede Heizeinrichtung enthält
einen Heizelementsatz, wobei jeder Satz wenigstens ein Heizelement
aufweist. Eine elektronische Temperatursteuerungsschaltung, die
auf der beweglichen Plattform angebracht ist, liefert elektrische
Leistung an das Heizelement, so dass jeder Heizelementsatz auf eine unterschiedliche
Temperatur beheizt werden kann. Eine Benutzerschnittstelle, die
abseits der beweglichen Plattform angebracht ist, legt die gewünschten Temperaturen
für die
Mikroskop-Objektträger über eine
Kommunikationsverbindung mit der elektronischen Temperatursteuerungsschaltung
fest.
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Die
Kommunikationsverbindung ist vorzugsweise eine Gruppe von Leitern,
wobei die Anzahl der Leiter geringer als die Anzahl der Heizungselemente ist.
Zu diesem Zweck kann die elektronische Temperatursteuerungsschaltung
ein Schieberegister enthalten, das Steuerungsdaten von der Benutzerschnittstelle
empfängt,
wobei mehrere Schieberegister von mehreren Steuerungseinrichtungen
miteinander verkettet sind. Einzelne Temperaturfühler können außerdem vorgesehen sein, um
Temperaturrückkopplungsinformationen
an die elektronische Temperatursteuerungsschaltung bereitzustellen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
oben genannten sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung werden aus der folgenden genaueren Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
der Erfindung deutlich, die in der beigefügten Zeichnung dargestellt
sind, wobei in allen verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen
die gleichen Teile bezeichnen. Die Zeichnung ist nicht notwendigerweise
maßstabsgerecht, wobei
statt dessen die Betonung auf die Darstellung der Prinzipien der
Erfindung gelegt ist.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer ersten Objektträger-Färbeeinrichtung, die nicht der Erfindung
entspricht;
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2 ist
eine Draufsicht eines Objektträgerrahmens,
der fünf
abgedichtete Hohlräume über fünf unterschiedlichen
Objektträgern,
die Gewebeproben halten, schafft;
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3 ist
eine Draufsicht einer Objektträgerrahmen-Basis;
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4 ist
eine Unteransicht eines Objektträgerrahmen-Gehäuses;
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5 ist
eine Draufsicht des Objektträgerrahmen-Gehäuses, wobei
fünf Mikroskop-Objektträger in ihren
geeigneten Positionen sind und der Bereich gezeigt ist, der beheizt
wird;
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6 ist
eine Schnittansicht eines Objektträgerrahmens, der auf dem Objektträgerrotor
ruht;
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7 ist
eine schematische Darstellung des Verdrahtungsplans von Heizeinrichtung
und Fühler auf
dem Objektträgerrahmen
sowie der Verbindung mit der Temperatursteuereinheit;
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8 ist
eine seitliche Schnittansicht eines Abgabemechanismus mit Einsatzpumpe
in der Station zum Abgeben und Entfernen von Flüssigkeiten;
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9 ist
eine seitliche Schnittansicht einer Abgabestation für große Flüssigkeitsmengen,
die in der Station zum Abgeben und Entfernen von Flüssigkeiten
aufgenommen ist;
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die 10A und 10B sind
seitliche Schnittansichten eines Unterdruckschlauches und Transportmechanismus
zum Entfernen von flüssigen Reagenzien
und Waschfluiden von Objektträgern, die
sich auf dem Objektträgerrotor
befinden,
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11A ist eine seitliche Schnittansicht eines Ansaugkopfes,
die seine Beziehung zu dem Glasobjektträger in dem Objektträgerrahmen
zeigt;
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11B ist eine untere Vorderansicht des Ansaugkopfes;
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12 ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Objektträger-Färbeeinrichtung
gemäß der Erfindung;
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13 ist
eine perspektivische Ansicht der Flüssigkeitshandhabungszone der
zweiten Objektträger-Färbeeinrichtung;
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die 14A und 14B sind
seitliche Schnittansichten der Flüssigkeitsansaugstation der zweiten
Objektträger-Färbeeinrichtung,
wobei der Ansaugkopf sich in der abgesenkten Position (14A) und in der angehobenen Position (14B) befindet;
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15 ist
eine schematische Darstellung der Durchlässe für Abfallflüssigkeiten der zweiten Objektträger-Färbeeinrichtung;
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16 ist
eine schematische Darstellung der Durchlässe zum Abgeben von großen Flüssigkeitsmengen
der zweiten Objektträger-Färbeeinrichtung;
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17 ist
eine schematische Darstellung der einzelnen Heizeinrichtungen auf
dem Objektträgerrotor
und der Temperatursteuerungskarten, die an dem Objektträgerrotor
angebracht sind; und
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die 18A–D
sind ein Prinzipschaltplan der elektronischen Schaltungsanordnung
der Temperatursteuerungskarte.
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Die 1 bis 11 veranschaulichen eine Objektträger-Färbeeinrichtung,
die nicht der Erfindung entspricht, da die Temperatursteuerungseinrichtung in
einer festen Position auf der Baueinheit-Basis und nicht auf einer
beweglichen Plattform angebracht ist. Weitere Aspekte der Objektträger-Färbeeinrichtung der
Erfindung sind jedoch in den 1 bis 11 dargestellt und deshalb ist die Beschreibung,
die die 1 bis 11 betrifft,
aus Gründen
der Vollständigkeit
in dieser Spezifikation enthalten.
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GENAUE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine erste Objektträger-Färbeeinrichtung 1 in
einer perspektivischen Ansicht. Die erste Objektträger-Färbeeinrichtung 1 umfasst
im Allgemeinen eine im Wesentlichen kreisförmige Baueinheit-Basis 2,
einen Objektträgerrotor 3,
der auf der Baueinheit-Basis 2 drehbar ist, einen Reagenzrotor 4,
der ebenfalls auf der Baueinheit-Basis drehbar ist, und eine Station 5 zum
Abgeben und Entfernen von Flüssigkeiten.
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Der
Objektträgerrotor 3 wird
durch einen (nicht gezeigten) Servomotor drehbar angetrieben und
trägt zehn
Objektträgerrahmen 6,
die darin radial eingesetzt sind und von ihm abnehmbar sind. Eine Draufsicht
eines einzelnen Objektträgerrahmens 6 ist in 2 gezeigt.
Dabei sind Positionen für
fünf Objektträger jeweils
mit einer Gewebeprobe in den Positionen 7a bis 7e gezeigt.
Der Objektträgerrahmen 6 umfasst
eine Objektträgerrahmen-Basis 8,
die in 3 gezeigt ist. Die Objektträgerrahmen-Basis 8 enthält einen
beheizten Bereich 9, der jeweils unter den Objektträgerpositionen 7a bis 7e liegt
und jeweils ein (nicht gezeigtes) Widerstandsheizelement enthält. Die
Heizelemente sind einteilig in der Objektträgerrahmen-Basis 8 ausgebildet.
Elektrische Energie zum Versorgen der Heizelemente wird von der
Bauelement-Basis 2 über
erste und zweite Kontakte 10 in den Objektträgerrahmen 6 geliefert.
Ferner ermöglichen
dritte und vierte Kontakte 11 eine Temperaturerfassung
der beheizten Bereiche über
Thermoelemente, die ebenfalls in der Objektträgerrahmen-Basis 8 ausgebildet
sind. In der Praxis werden insgesamt drei Verbinder benötigt, da
die Kontakte 10 und 11 die gleiche Masseverbindung
gemeinsam nutzen. Deshalb bleibt einer der Verbinder 11 unbenutzt.
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Ein
Objektträgerrahmen-Gehäuse 12 ist
so beschaffen, dass es über
der Objektträgerrahmen-Basis
liegt. 4 ist eine Draufsicht des Objektträgerrahmen-Gehäuses 12,
die im Wesentlichen einen starren Kunststoff- oder Metallrahmen 13 mit
fünf ovalen
Löchern 14a–14e zeigt,
die jeweils den Objektträgerpositionen 7a bis 7e entsprechen.
Eine Silikongummidichtung 15 ist außerdem unter dem Rahmen 13 vorgesehen.
Wieder in 2 ist das Objektträgerrahmen-Gehäuse 12,
das die Dichtung 15 und den Rahmen 13 enthält, durch
zwei Inbusschrauben 16 auf die Objektträgerrahmen-Basis 8 geschraubt, um
einzelne abgedichtete Hohlräume
mit einer Tiefe von etwa 5–10
mm (0,2–0,4
Zoll) über
jedem mit einer Gewebeprobe versehenen Objektträger zu schaffen, der jeweils
an den Objektträgerpositionen 7a bis 7e angeordnet
ist. Folglich kann eine Gesamtmenge von 3 ml von Reagenzien und/oder
Spülflüssigkeit
in Kontakt mit den Gewebeproben von jedem der Objektträger angeordnet
werden, wobei jedoch eine maximale Menge von 2 ml bevorzugt ist.
Da die Silikondichtung 15 durch den Rahmen 13 gegen
die (nicht gezeigten) Mikroskop-Objektträger zusammengedrückt wird,
sind die Hohlräume über jedem der
Rahmenpositionen untereinander abgedichtet.
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5 ist
eine Draufsicht einer Objektträgerrahmen-Basis 8 mit
fünf Mikroskop-Objektträgern 17 in
den Positionen, die in 3 mit 7a bis 7e bezeichnet
sind. Der Bereich jedes Objektträgers 17,
der Hohlräume
bildet, die durch die Silikongummidichtung 15 und Löcher 14a bis 14e begrenzt
werden, ist durch eine näherungsweise
rechtwinklige Linie 18 angegeben, die die Kammerwand markiert.
Der Bereich, der durch die schraffierten Balken bezeichnet ist,
gibt den Bereich der Objektträgerrahmen-Basis 8 an,
der Heizelemente 9 enthält.
Der gesamte beheizte Bereich (schraffierte Balken) wird auf die
gleiche Temperatur angehoben, wodurch die Gruppe aus fünf Objektträgern auf
die gleiche gewünschte
Temperatur gebracht wird. Der Abschnitt jedes Objektträgers 17,
der sich nicht über
dem beheizten Bereich befindet, trägt im Allgemeinen keine biologische
Gewebeprobe. Er wird stattdessen für Kennzeichnungszwecke verwendet.
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6 ist
eine Schnittansicht einer montierten Objektträgerrahmen-Basis 8 und
eines Gehäuses,
die zuvor gemeinsam als der Objektträgerrahmen 6 bezeichnet
wurden. Der Mikroskop-Objektträger 17 wird
zwischen der Objektträgerrahmen-Basis 8 und
dem Gehäuse 12 in
Position gehalten. Der Objektträgerrahmen 6 ruht
auf dem Objektträgerrotor 3. In
dieser Ansicht wird die elektrische Verbindung zwischen dem Objektträgerrahmen 6 und
einem Kantenverbinder 19 veranschaulicht. Vier Kantenverbinder pro
Objektträgerrahmen 6 sind
vorgesehen (Kontakte 10 und 11 in 2 und 3).
Die elektrische Leitung wird von dem Kantenverbinder 19 über eine
isolierte Durchführung 20 durch
den Objektträgerrotor zu
einem Anschluss unter dem Objektträgerrotor 3 geführt. Eine
Leitung verbindet dann den Anschluss mit einer Leistungsquelle oder
einer Steuerungsschaltungsanordnung (nicht gezeigt).
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7 ist
eine schematische Darstellung, die zwei von den zehn Schaltungen
mit Heizeinrichtung 91 und Fühler 92 zeigt, die
auf dem Instrument-Objektträgerrotor
angeordnet sein können.
Die Heizeinrichtung ist schematisch als ein Widerstandselement dargestellt
und entspricht dem beheizten Bereich (schraffierte Balken) von 5.
Die Kontakte 10 und 11 nutzen eine gemeinsame
Masseverbindung, wodurch einer der vier Verbinder unbenutzt bleibt.
Jede der Schaltungen speist eine Temperatursteuereinrichtung, die
am Bezugszeichen 21 schematisch dargestellt ist. Von jedem
Objektträgerrahmen
führen drei
Leiter zu der Temperatursteuereinheit 21, und zwar ein
Heizeinrichtung-Versorgungsleiter 22, ein Fühlerleiter 23 und
eine Masseverbindung 24. Die Temperatursteuereinheit 21 ist
an einer festen Position an der Baueinheit-Basis 2 angebracht.
Da sich die Heizeinrichtungen und die Fühler häufig bewegen, sind sie über eine
(nicht gezeigte) Kabelschleife mit der feststehenden Temperatursteuereinheit 21 verbunden.
Die Kabelschleife enthält
die Leiter von allen Kantenverbindern 19. Bei den Leitern
ist eine ausreichende Zusatzlänge
vorgesehen, so dass sich die Kabelschleife um die Objektträgerrotorachse
bewegt, wenn sich der Objektträgerrotor
dreht. Der Objektträgerrotor 3 dreht
sich nicht um mehr als eine vollständige Umdrehung in jeder Richtung.
Die Leiter in der Kabelschleife sind vorzugsweise mit einem Kabelbinder
miteinander gebündelt,
so dass einzelne Leiter unter dem Objektträgerrotor 3 sich nicht
verwickeln oder erfasst werden. Da pro Schaltung drei Leiter vorhanden
sind (die Leiter 22 bis 24) und zehn Objektträgerrahmen 6 auf dem
Objektträgerrotor 3 vorhanden
sind, enthält
die Kabelschleife eine minimale Anzahl von 30 Leitern.
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In 1 ist
der Reagenzrotor 4 über
dem Objektträgerrotor 3 positioniert.
Dieser Reagenzrotor ist in ähnlicher
Weise so beschaffen, dass er sich auf der Baueinheit-Basis 2 dreht
und er wird durch einen weiteren (nicht gezeigten) Servomotor unter
Computersteuerung (nicht gezeigt) angetrieben. Der Reagenzrotor 4 und
der Objektträgerrotor 3 drehen
sich unabhängig
voneinander. Der Reagenzrotor 4 ist so beschaffen, dass
er bis zu zehn Einsatzrahmen 25 tragen kann. Jeder dieser
Einsatzrahmen 25 ist von dem Reagenzrotor 4 abnehmbar
und kann wahlweise an einem von zehn möglichen Verbindungspunkten
angebracht werden. Jeder Einsatzrahmen 25 kann fünf der Einsatzpumpen 46 tragen.
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Die
Abgabestation 5 umfasst im Allgemeinen einen weichen Hammer 26 für einen
Eingriff an einen Abschnitt der Einsatzpumpen 46. Die Einsatzpumpen 46 sind
so konstruiert, dass sie eine Flüssigkeit abgeben,
wenn ein Abschnitt der Einsatzpumpe 46, der als Messkammer 42 der
Einsatzpumpe 46 bezeichnet wird, zusammengedrückt wird.
Eine Abgabe ist von jeder der mehreren Einsatzpumpen möglich, indem
der Reagenzrotor so gedreht wird, dass eine gewünschte Einsatzpumpe 46 auf
den Hammer 26 ausgerichtet ist. Das schafft die Möglichkeit
der Abgabe von genau gemessenen Mengen des Reagenzes auf einen beliebigen
Objektträger,
der unter der Einsatzpumpe 46 angrenzend an die Betätigungseinrichtung 26 positioniert
ist. Der Mechanismus zum Abgeben von der Einsatzpumpe 46 ist
in 8 genauer gezeigt. Der Hammer 26 wird
durch ein Magnetventil oder einen Linearschrittmotor 43 angetrieben,
der an einer Vorderwand 44 angebracht ist, die mit der
Baueinheit-Basis 2 verbunden ist. In 8 ist der
Hammer so gezeigt, dass er den Abschnitt der Messkammer 42 der
Einsatzpumpe zusammendrückt.
Es ist wichtig, dass die Geschwindigkeit der Kompression durch den
Hammer 26 an der Messkammer 42 eingestellt werden
kann. Andernfalls wird eine zu schnelle Kompression ein übermäßig kraftvolles
Ausspritzen von Reagenz aus der Messkammer 42 bewirken,
wodurch möglicherweise
der darunter liegende Gewebeabschnitt beschädigt wird. Deswegen ist anstelle
eines Magnetventils ein Linearschrittmotor bevorzugt. Als weitere
Alternative könnte
der hin- und hergehende Hammer der Abgabebetätigungseinrichtung die Form
eines Nockens, der durch einen Drehmotor angetrieben wird, besitzen,
der an der Messkammer 42 in Eingriff gelangt, so dass die
Drehung des Nockens die Messkammer zusammendrückt.
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Die
Einsatzpumpe 46 enthält
einen Flüssigkeitsbehälter 45 und
die Messkammer 42. Der Flüssigkeitsbehälter 45,
der bei dieser ersten Objektträger-Färbeeinrichtung 1 gezeigt
ist, ist ein Injektionsspritzenzylinder. Die Messkammer 42 enthält ein komprimierbares
Elastomergehäuse
mit einem (nicht gezeigten) Einweg-Einlassventil und einem (nicht gezeigten)
Einweg-Auslassventil, wobei beide Ventile auf eine Abwärtsrichtung
der Fluidströmung
ausgerichtet sind. Wenn der Hammer 26 die Messkammer 42 zusammendrückt, wird
das darin enthaltene flüssige
Reagenz ausgestoßen.
Wenn die Kompressionskraft entfernt wird, bewirkt der Unterdruck,
der durch die Ausdehnung des Elastomergehäuses erzeugt wird, wenn es
versucht, seine ursprüngliche, nicht
komprimierte Form wieder einzunehmen, dass Flüssigkeit von dem Flüssigkeitsbehälter 45 einfließt. Auf
diese Weise bewirkt eine wiederholte Kompression der Messkammer 42 das
wiederholte Abgeben von kleinen Teilmengen des Reagenzes. Alternative Einsatzpumpen
sind in den US-Patenten Nr.5.947.167 und Nr.6.092.695 dargestellt.
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Die
Abgabestation 5 enthält
ferner Mittel zum Abgeben von Flüssigkeiten
aus einer Großraumflasche
(9). Großraum-Flüssigkeitsflaschen 27 können Flüssigkeit
an jeden der Mikroskop-Objektträger 17 auf
einem der Objektträgerrahmen 6 über Ablaufröhren 28 liefern.
Jede Großraum-Flüssigkeitsflasche 27 ist
mit ihrer eigenen Ablaufröhre 28 verbunden.
Großraum-Flüssigkeitsflaschen 27 werden
durch eine (nicht gezeigte) Pumpe mit Druck beaufschlagt. Die (nicht
gezeigte) Ausflussröhre
jeder Großraum-Flüssigkeitsflasche 27 verläuft durch
ein Ventil 47, das die Strömung von Flüssigkeit von dieser Flasche
regelt. Durch Öffnen
des Ventils für
eine definierte Zeitperiode unter Computersteuerung (nicht gezeigt)
kann bei einem definierten Druck in der Flasche 27 eine
bekannte Flüssigkeitsmenge
auf den Objektträger 17 abgegeben
werden. Die Flüssigkeiten,
die sich in den Flaschen 27 befinden, sind jene Flüssigkeiten,
die bei vielen unterschiedlichen Prozeduren wiederholt verwendet
werden, wie etwa Wasser, Salzlösung
und Alkohol.
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Wie
in 9 gezeigt ist, werden die Großraum-Flüssigkeitsflaschen 27 in
eine aufnehmende Gewindekappe 48 geschraubt, die an der
Unterseite der horizontalen oberen Wand 49 des Stationsrahmens
befestigt ist. Druckluft von einem (nicht gezeigten) Kompressor
wird durch einen Druckregler 50 an jede Großraum-Flüssigkeitsflasche 27 bereitgestellt. Rohrleitungen
von dem Druckregler 51 leiten die Druckluft zum Einlass
der Großraum- Flüssigkeitsflasche 27.
Der Druck über
der Flüssigkeit
ermöglicht, dass
die Flüssigkeit
durch die Tauchröhre 52 und
den Ablaufschlauch 53 gedrückt wird, wenn ein Klemmventil
geöffnet
wird. In Abhängigkeit
von der Zeitdauer, die das Klemmventil geöffnet ist, kann eine im Voraus
bestimmte Menge der Flüssigkeit
durch die Ablaufröhre 28 abgegeben
werden.
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Die
Baueinheit 5 zum Abgeben und Entfernen von Flüssigkeit
enthält
ferner eine Unterdruckstation zum Entfernen von Flüssigkeit,
die angrenzend an die Ablaufröhren 28 angeordnet
ist (in 1 nicht sichtbar). Um Flüssigkeit
von der Oberfläche
eines Objektträgers 17 zu
entfernen, positioniert der Reagenzrotor den Objektträger an der
Unterdruckstation zum Entfernen von Flüssigkeit, die in den 10A und 10B in
einer seitlichen Schnittdarstellung gezeigt ist. Eine äußere Unterdruckquelle (nicht
gezeigt) wird durch einen Abscheiderkolben 29 geleitet
und führt
schließlich
zu einem Unterdruckschlauch 30, der in einem Ansaugkopf 31 endet.
Die Rohrleitungsanschlüsse
sind in den 10A und 10B nicht
gezeigt. Der Unterdruckschlauch 30 und der Ansaugkopf 31 werden
durch einen Schlauchtransportmechanismus 54 getragen, der
ermöglicht,
dass der Ansaugkopf 31 abwärts in einen Hohlraum eines
Objektträgerrahmens 6 ausgefahren wird,
um Flüssigkeit
zu entfernen, die die Gewebeprobe auf dem Objektträger 17 bedeckt.
Wenn der Ansaugkopf die Flüssigkeit
berührt,
wird die Flüssigkeit
nach oben in die Rohrleitung gesaugt und in Abscheiderkolben 29 gesammelt.
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Der
Unterdruckschlauch-Transportmechanismus 54 enthält einen
Motor 32. Ein bewegliches Gelenk 33 ist an einem
Hebelarm 34 befestigt, so dass die Drehung des Motors 32 bewirkt,
dass das bewegliche Gelenk 33 in einer vertikalen Richtung verfährt. Ein
unterer Abschnitt des beweglichen Gelenks 33 ist mit einem
Hebel 55 verbunden, der an dem Stationsrahmen schwenkbar
angebracht ist. Das andere Ende dieses Hebels ist mit einer Unterdruckschlauchklemme 35 verbunden,
die über Schwenkarme 36 mit
einer Platte 37 verbunden ist, die an dem Stationsrahmen
starr angebracht ist. Die Wirkung dieser Verbindungen besteht darin,
dass sich der Objektträgerarm 33 in
vertikaler Richtung senkt, wenn der Motor 32 gedreht wird.
Dadurch wird der Hebel 55 in Uhrzeigerrichtung um seinen
Drehpunkt geschwenkt, wodurch bewirkt wird, dass die Schlauchklemme 35 nach
oben und an den zwei Schwenkarmen 36 weg von dem Objektträger schwenkt,
wie in 10B gezeigt ist. Der Motor wird durch
den Kontakt der elektrischen Anschlüsse 39 des Gelenks
an den Kontaktplatten 38, die mit dem Stationsrahmen verbunden
sind, automatisch abgeschaltet, wenn das Gelenk seine beiden äußersten Enden
der Bewegung erreicht.
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Der
Ansaugkopf 31 ist in den 11A und 11B genauer gezeigt. 11A zeigt den Ansaugkopf in einer abgesenkten
Position im Querschnitt in dem Hohlraum, der durch den Objektträgerrahmen 6 gebildet
wird. Der Ansaugkopf 31 umfasst einen hohlen Innenverteiler 40,
durch den die Unterdruckkraft über die
gesamte untere Oberfläche
des Ansaugkopfes 31 übertragen
wird. Acht Löcher 41 sind
in die untere Fläche
des Ansaugkopfes 31 gebohrt, durch die die Ansaugkraft übertragen
wird. Da der Mikroskop-Objektträger 17 eben
ist, verteilt sich Flüssigkeit
auf der Objektträgeroberfläche in zwei
Richtungen. Um Flüssigkeit
von allen Abschnitten des Mikroskop-Objektträgers 17 vollkommen
zu entfernen, werden deswegen mehrere Ansaugstellen benötigt. Das
wird mit einem Ansaugkopf mit einer ebenen unteren Oberfläche mit
mehreren Löchern
realisiert. Die ebene Fläche
des Ansaugkopfes 31 kommt in eine dichte parallele Position
zu dem Mikroskop-Objektträger 17. Der
Ansaugkopf berührt
lediglich die Flüssigkeit, nicht
den eigentlichen Mikroskop-Objektträger, damit er nicht den Glas-Objektträger 17 oder
die (nicht gezeigte) biologische Probe, die dieser trägt, beschädigt. Ohne
einen derartigen Aufbau und bei lediglich einer einzigen Ansaugstelle,
wie etwa bei einer Pipette, würde
Flüssigkeit,
die sich entfernt von der Ansaugeinrichtung befindet, nicht entfernt.
Sie würde
stattdessen auf Grund der Oberflächenspannung
an dem Glas an den entfernten Oberflächen des Glas-Objektträgers 17 anhaften.
Das würde
ein Restvolumen der Flüssigkeit,
das auf der Oberfläche
des Objektträgers 17 zurückbleiben
würde,
zur Folge haben. Das Vorhandensein einer dichten parallelen Lage
des Ansaugkopfes ist außerdem
nützlich
aus der Sicht der Verringerung der Oberflächenspannung während der Flüssigkeitsabsaugung.
Die dichte parallele Lage der unteren Oberfläche des Ansaugkopfes zu dem
Mikroskop-Objektträger 17 erzeugt
ein Art Kapillarzwischenraum. Dieser Zwischenraum hilft, die Oberflächenspannung
zu überwinden,
wodurch eine vollständige
Flüssigkeitsentfernung
gesichert wird.
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Ein
(nicht gezeigter) Computer steuert die Funktionen des Instruments.
Das heißt,
eine Bedienperson programmiert den Computer mit den Informationen,
wie etwa die Lage von Reagenzien auf dem Reagenzrotor und die Lage
von Objektträgern
auf dem Objektträgerrotor.
Die Bedienperson programmiert dann das spezielle histochemische
Protokoll, das an den Gewebeproben ausgeführt werden soll. Variable in
diesen Protokollen können
das spezielle Reagenz, das an den Gewebeproben verwendet wird, die
Zeit, während
der zugelassen wird, dass die Gewebeprobe mit dem Reagenz reagiert,
ob die Gewebeprobe dann erhitzt wird, die Spülflüssigkeit, die dann verwendet
wird, um das Reagenz abzuwaschen, gefolgt von der anschließenden Entfernung der
Spülflüssigkeit
und des Reagenzes, um anschließend
die Einwirkung eines möglicherweise
anderen Reagenzes zu ermöglichen,
enthalten. Das Instrument ermöglicht
einen vollkommen zufälligen
Zugriff, d. h. ein beliebiges Reagenz wird auf einen beliebigen
Objektträger
in einer beliebigen Folge aufgebracht.
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Eine
zweite Objektträger-Färbeeinrichtung, die
eine Ausführungsform
der Erfindung ist, ist in 12 gezeigt.
Wie die vorhergehende Objektträger-Färbeeinrichtung
umfasst sie ebenfalls zwei unabhängige
Karussells, die sich auf einer Baueinheit-Basis 56 drehen.
Großraum-Flüssigkeitsflaschen 57 sind
an einer Brücke 58 angebracht,
die sich oberhalb des Reagenzrotors über die Breite der gesamten
Maschine erstreckt. Eine getrennte Gruppe von Abscheiderflaschen 59 zum
Sammeln von Abfallflüssigkeit
ist an der Seite der Brücke 58 in
einem unterteilten Gestell angebracht. Die Rohrleitungsverbindungen
und Ventile für
die Großraum-Flüssigkeitsflaschen 57 und
die Abscheiderflaschen 59 sind durch eine obere Platte 60 sichtgeschützt. Die
Vorderseite und die Seiten dieser Ausführungsform sind von einem Plexiglasgehäuse 61 umgeben,
das per Hand zur Seite geschoben werden kann, um Einsatzpumpen 62 oder
Objektträger
(nicht gezeigt) einzusetzen. Objektträger werden über eine mittig angeordnete Objektträger-Zugrifftür 63 einzeln eingesetzt
und entnommen. Die Objektträger
(nicht gezeigt) sind durch eine kreisförmige Platte 64 sichtgeschützt, die
oberhalb der Objektträger
und des Reagenzrotors (nicht gezeigt) angeordnet ist. Funktionen,
die der Abgabebaueinheit (Bezugszeichen 5 von 1)
bei der vorherigen Objektträger-Färbeeinrichtung ähnlich sind,
werden in einer in gewisser Weise ähnlichen Flüssigkeitshandhabungsbaueinheit
(nicht gezeigt) realisiert, die in einer Flüssigkeitshandhabungszone 65 angeordnet
ist.
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13 zeigt
die einzelnen Mechanismen, die in der Flüssigkeitshandhabungszone 65 enthalten
sind, einschließlich
einen Hammer 66 für
eine Abgabe aus Einsatzpumpen (nicht gezeigt), einen Ansaugkopf 67,
zum Entfernen von Flüssigkeit
von der Oberfläche
von Objektträgern,
einen Abgabeanschluss 68 für große Flüssigkeitsmengen und einen Luftmischkopf 69 zum
Versprühen
und Mischen von Flüssigkeiten
auf der Oberfläche
eines Objektträgers.
Der elektromechanische Mechanismus zum Abgeben aus Einsatzpumpen
durch Drücken
eines Hammers 66 auf eine Messkammer einer Einsetzpumpe
(in 13 nicht gezeigt) ist der vorherigen Objektträger-Färbeeinrichtung (8) ähnlich.
Ein Reagenz, das von der Einsatzpumpe (nicht gezeigt) abgegeben
wird, fließt
auf den Objektträger,
indem es sich durch ein nahezu rechteckiges Loch in der Platte 64 bewegt.
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Der
Ansaugkopf 67 funktioniert außerdem in einer ähnlichen
Weise wie der Ansaugkopf der vorherigen Objektträger-Färbeeinrichtung. Um den Gelenkmechanismus
zum Absenken und Anheben des Kopfes 67 zu vereinfachen,
bewegt sich der Kopf lediglich in einer vertikalen Richtung. Das
ist in den 14A und 14B genauer
dargestellt. 14a zeigt eine seitliche Schnittansicht
des Ansaugkopfes in einer unteren Position in einem Hohlraum, der durch
den Mikroskop-Objektträger 75 (untere
Oberfläche)
und einen Objektträger-Kammerbügel 76 (seitliche
Wände)
gebildet ist. Wie bei der ersten Objektträger-Färbeeinrichtung dichtet eine
(nicht gezeigte) Dichtung die Oberfläche ab, wo der Objektträger-Kammerbügel 76 den
Mikroskop-Objektträger 75 berührt. Ein
Linearschrittmotor 73 bewegt den Ansaugkopf unter Computersteuerung
nach oben und nach unten (wie in 15 schematisch
dargestellt ist). Wie bei der ersten Objektträger-Färbeeinrichtung 1 umfasst
der Ansaugkopf 67 einen hohlen Verteiler 74, der
mit einer Unterdruckquelle verbunden ist. Acht Löcher, durch die Flüssigkeit
angesaugt wird, verbinden zwischen der Unterseite des Ansaugkopfes 67 und
der Umgebung. Wenn Unterdruck an den Ansaugkopf 67 geliefert
wird und der Kopf 67 in eine Position angrenzend an den
Objektträger
abgesenkt wird, wird das flüssige
Reagenz auf der Oberseite des Objektträgers angesaugt und in einer
Abscheiderflasche 59 (die in 15 schematisch
gezeigt ist) gesammelt. Wenn der Ansaugkopf 67 nicht verwendet
wird, wird er in die obere Position angehoben (14B, wodurch eine freie Drehung des Objektträgerrotors 77 möglich wird).
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Die 14A und 14B zeigen
außerdem die
physikalische Lage eines Heizelements 87, das als ein Widerstandselement
in einem rechtwinkligen Kasten mit quer schraffierten Linien dargestellt
ist. Jeder Objektträger
ruht direkt auf dem Heizelement 87, so dass Wärme direkt
an den Mikroskop-Objektträger übertragen
wird. Ein Thermistor ist in jedem Heizelement enthalten (in den 14A und 14B nicht
gezeigt). Jeder der 49 Mikroskop-Objektträger 75 besitzt sein
eigenes Heizelement 78, so dass die Temperatur jedes Objektträgers 75 unabhängig geregelt
werden kann. Energie für
das Heizelement 78 wird direkt von einer Temperatursteuerungskarte 79, die
an der Unterseite des Objektträgerrotors 77 angebracht
ist, geliefert. Sieben identische Temperatursteuerungskarten 79 sind
deshalb unter dem Objektträgerrotor 77 gleichmäßig beabstandet
um den Umfang angebracht. Jede Temperatursteuerungskarte liefert
Energie für
sieben Heizelemente 78. Die Mittel, durch die das realisiert
wird, werden später
unter Bezugnahme auf die 17 und 18A–D
erläutert.
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Ein
wichtiger Aspekt dieser Ausführungsform,
der bei der vorherigen Objektträger-Färbeeinrichtung 1 nicht
hervorgehoben wurde, ist die Gewährleistung
der Abscheidung von Abfallflüssigkeiten,
die von der Oberfläche
des Objektträgers
entfernt werden. Eine schematische Darstellung, die erläutert, wie
das realisiert ist, ist in 15 gezeigt. Drei
unterschiedliche Abfallflaschen 59 sind an dem Instrument
angebracht. Außerdem
sind Verbindungen 70 an dem Instrument für eine äußere Großraum-Abscheiderflasche 71 vorgesehen,
die typischerweise eine Kapazität
von zehn oder zwanzig Litern für
wässrige
Abfälle
besitzt. Vier Magnetventile, die mit 80A–80D bezeichnet
sind, steuern, zu welcher Flasche abgesaugte Flüssigkeit geleitet wird. Diese
Ventile stehen unter Computersteuerung, die durch den mit "Steuereinheit" 86 bezeichneten
Kasten schematisch dargestellt ist. Das Ventil 81 ist ein Dreiwegeventil.
Es kann eine direkte Verbindung zwischen der Unterdruckpumpe 82 und
dem Überflussabscheider 83 oder
zwischen der Pumpe und der Umgebung ermöglichen. Eine Verbindung zu
der Umgebung bei Verwendung des Luftmischkopfes 69 ist
erforderlich, wenn das Absaugsystem umgangen werden muss. Wenn die
Ventile 80A und 81 in geeigneter Weise geöffnet werden,
die Pumpe 82 eingeschaltet wird und der Ansaugkopf 67 abgesenkt
wird, um Flüssigkeit
anzusaugen, wird die Flüssigkeit
nach oben in die Rohrleitung gelenkt, wie durch den Pfeil "Fluidströmung" dargestellt ist.
Die Flüssigkeit
wird dann dem einzigen zur Verfügung
stehenden Weg folgen und in der äußeren Abscheiderflasche 71 gesammelt.
Die Ventile 80B–80D funktionieren ähnlich für ihre entsprechenden
Abscheiderflaschen 59. Eine kleine Überlauf-Abscheiderflasche 83 ist außerdem in
die Leitung mit ihrem eigenen Fluidfühler 93 eingesetzt.
Dieser ist enthalten, um zu erfassen, ob eine der Abscheiderflaschen 59 oder
die äußere Abscheiderflasche 71 mit
Abfallflüssigkeit überlaufen.
In diesem Fall würde
Flüssigkeit
in die Überlauf-Abscheiderflasche
eintreten und von dem Fluidfühler
erfasst werden. Diese Informationen würden an die Steuereinheit 86 übertragen
werden, die das System abschalten würde und die Bedienperson des
Instruments am Computerbildschirm alarmieren würde.
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In 13 enthält die Flüssigkeitshandhabungszone
außerdem
einen Luftmischkopf 69. Eine schematische Darstellung der
Luftströmung
in den Luftmischkopf 69 ist in 15 gezeigt.
Die Pumpe erzeugt einen Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit, der
in den Luftmischkopf 69 geleitet wird. Der Lufteinlass
zu der Pumpe erfolgt über
das Dreiwege-Magnetventil 81 (15). Das
Magnetventil 81 (15) schaltet
in der Weise, dass es Luft direkt von der Atmosphäre zur Pumpe
(15) leitet, wobei das Ansaugsystem und die Abscheiderflaschen 59 und 71 umgangen
werden. Die Luftströmung
mit hoher Geschwindigkeit wird auf den Objektträger konzentriert. Der Luftmischkopf 69 bewegt
sich über
die Länge des
Objektträgers
vor und zurück,
wobei er durch einen Riemen und eine Riemenscheibe, die an einem (nicht
gezeigten) Motor befestigt ist, geschoben und gezogen wird. Die
Wirkung dieses Systems besteht darin, einen Luftvorhang über die
Länge des
Objektträgers
hin- und her zu richten, wodurch bewirkt wird, dass Flüssigkeit
gemischt und über
die Oberfläche des
Mikroskop-Objektträgers
versprüht
wird.
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Die
Flüssigkeitshandhabungszone 65 (12)
enthält
einen Abgabeanschluss 68 für große Flüssigkeitsmengen (13).
Die Funktion der Ablaufröhren 28 der
ersten Ausführungsform
1 (die in 1 gezeigt ist) ist bei dieser
bevorzugten Ausführungsform
in einem einzelnen Abgabeanschluss 68 für große Flüssigkeitsmengen enthalten.
Deswegen werden Objektträger
unter dem Abgabeanschluss 68 für große Flüssigkeitsmengen angeordnet,
unabhängig
von der Großraum-Flüssigkeitsflasche,
aus der die Flüssigkeit
tatsächlich
abgeleitet wird. Eine schematische Darstellung der Fluiddurchlässe und
Steuerventile ist in 16 gezeigt. Die Großraum-Flüssigkeitsflaschen 57 sind
jeweils mit einer Druckquelle verbunden, wobei der Druck durch eine
Pumpe 85 erzeugt wird. Der Druck wird über einen Druckverteiler 94 zu
den Großraum-Flüssigkeitsflaschen 57 geleitet.
Magnetventile 72a–72f sind
zwischen dem Abgabeanschluss 68 für große Flüssigkeitsmengen und jeder Großraum-Flüssigkeitsflasche 57 angeordnet. Flüssigkeit
fließt
nur dann aus dem Abgabeanschluss 68 für große Flüssigkeitsmengen ab, wenn ein
oder mehrere Ventile 72a–72f offen sind. Ein Druckschalter 84 steht
außerdem
mit dem Druckverteiler 94 in Verbindung. Er kann den Betrag
des Drucks, der in dem Verteiler 94 enthalten ist, erfassen.
Wenn er unter einen festgelegten Pegel fällt, wird er mit der Steuereinheit 86 verbunden,
wodurch die Aktivierung der Pumpe 85 bewirkt wird. Wenn
die Pumpe einen größeren Betrag
des Luftdrucks in dem Druckverteiler erzeugt, wird der Druckschalter
zurückgesetzt,
wodurch die Pumpe angehalten wird. Auf diese Weise wird in dem Druckverteiler 94 ein verhältnismäßig konstanter
Druck aufrechterhalten.
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Ein
Abgabesensor 95 ist unter dem Abgabeanschluss 68 für große Flüssigkeitsmengen
angeordnet, um zu bestätigen,
dass Flüssigkeit
abgegeben wurde, wenn eines der Magnetventile 72a–72f vorübergehend
geöffnet
wurde. Der Abgabesensor 95 enthält einen optischen Sensor und
eine LED-Lichtquelle. Wenn Flüssigkeit
von dem Abgabeanschluss 68 für große Flüssigkeitsmengen abgegeben wird, unterbricht
die Flüssigkeit
den Lichtstrahl. Die Änderung
des Widerstands über
dem Sensor als Folge der Verringerung der Lichtintensität wird an
die Steuereinheit 86 übertragen.
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Diese
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung enthält
die Möglichkeit,
die 49 Objektträger unabhängig auf
unterschiedliche Temperaturen zu beheizen. Ein neuartiger Aspekt
dieser Ausführungsform
ist das Verfahren für
die unabhängige
Regelung der Energiemenge, die jede der 49 Heizeinrichtungen empfängt. Darüber hinaus
enthält
jede Heizeinrichtung außerdem
einen Temperaturfühler.
Jeder dieser Fühler
muss mit dem Computer 86 in Verbindung stehen, um eine
geeignete Temperaturrückkopplung
und Regelung zu ermöglichen.
Bei der ersten Objektträger-Färbeeinrichtung 1 gehörten Gruppen
aus bis zu fünf
Objektträgern
zu einem einzelnen gemeinsamen Temperatursteuerungsmechanismus. Jede
Heizgruppe hatte Leitungen, die direkt mit der Temperatursteuerungseinrichtung
verbunden sind (7). Bei drei Leitern pro Gruppe
(Wärmeversorgung,
Sensorrückkopplung
und gemeinsam benutzte Masse) und zehn Gruppen von Objektträgern waren wenigstens
30 Leiter in der Kabelschleife enthalten. Wenn ein ähnliches
System für
49 unterschiedliche Heizeinrichtungen wie bei dieser bevorzugten
Ausführungsform
verwendet wird, wären
147 Leiter in der Kabelschleife erforderlich. Eine derartig umfangreiche
Kabelschleife würde
problematisch sein. Deswegen wurde bei dieser bevorzugten Ausführungsform ein
alternatives Verfahren entwickelt.
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17 zeigt
die Beziehung zwischen allen Heizelementen 78, die auf
dem Objektträgerrotor 77 angebracht
sind, wobei das Heizelement 78 als ein Widerstandselement
dargestellt ist. Ein einzelner Fühler 87 befindet
sich angrenzend an jede Heizeinrichtung. Eine Kombination aus einem
einzelnen Heizelement 78 und einem Fühler 87 ist so angeordnet, dass
sie einen Ort 88 für
einen einzelnen Objektträger,
der beheizt werden soll, schaffen. Die physikalische Beschaffenheit
dieses Ortes 88 ist in den 14A und 14B dargestellt. Zwei Leiter von jedem Heizelement 78 und
zwei Leiter von jedem Fühler 87 sind
direkt mit einer Temperatursteuerungskarte verbunden, die auf dem
Objektträgerrotor 77 angebracht
ist. Jede Temperatursteuerungskarte kann mit bis zu acht unterschiedlichen
Paaren aus Heizeinrichtung und Fühler
verbunden werden. Da diese Ausführungsform
49 Objektträgerpositionen
enthält, sind
an der Unterseite des Objektträgerrotors
sieben Karten 79 angebracht, die jeweils mit sieben Paaren Heizeinrichtung-Fühler verbinden.
Eine Position Heizeinrichtung-Fühler
pro Temperatursteuerungskarte 79 wird nicht benutzt. In 17 ist
außerdem
die serielle Verbindung 89 zwischen den sieben Temperatursteuerungskarten
in einer Linienkonfiguration durch sechs Leiter gezeigt. Die erste
Temperatursteuerungskarte ist über
eine Kabelschleife 90 mit dem Computer 86 verbunden.
Die Kabelschleife enthält
lediglich sechs Leiter, die in einem Kabelbaum miteinander verbunden
sind.
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Die 18A–D
sind ein elektronisches Prinzipschaltbild der Temperatursteuerungskarte 79.
Der Entwurf der Temperatursteuerungskarte 79 wurde von
der Notwendigkeit bestimmt, die Anzahl von Leitern in dem flexiblen
Kabel (Kabelschleife 90) zwischen den Heizeinrichtungen
und dem Computer minimal zu machen. Um die Länge der Leiter minimal zu machen,
werden sieben Temperatursteuerungskarten 79 verwendet,
die jeweils an dem Objektträgerrotor
angebracht sind. Dadurch ist jede Heizeinrichtung nahe an ihrer
zugehörigen
Elektronik angeordnet und die Größe jeder
Karte 79 wird klein gehalten, da jede Karte lediglich sieben
Heizelemente 78 versorgt. Jede Temperatursteuerungskarte 79 enthält die Funktion
eines Codierers und eines Decodierers von Temperaturdaten. Diese
Daten betreffen die tatsächliche
und die gewünschte
Temperatur jedes Heizelements 78. Die Daten werden zwischen
dem Computer 86 und der Temperatursteuerungskarte 79 ausgetauscht.
Wenn ein einzelnes Heizelement 78 mehr oder weniger Wärme benötigt, überträgt der Computer
diese Informationen an die Temperatursteuerungskarte 79.
Die Temperatursteuerungskarte 79 regelt ihrerseits direkt
die Energiemenge, die zu jeder Heizeinrichtung fließt. Durch
die Anordnung eines Teils der logischen Schaltungsanordnung an dem
Objektträgerrotor
in Form der Temperatursteuerungskarten 79 werden die Anzahl
von Leitern in der Kabelschleife 90 und ihre Länge minimal
gemacht.
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Bei
dieser Ausführungsform
wurde das System der Temperatursteuerungskarten 79 als
ein Schieberegister entworfen. Der Mikroprozessor, der die Vorrichtung
steuert, legt Datenbit einzeln auf eine Übertragungsleitung und schaltet
eine Taktleitung für jedes
Bit. Dadurch wird bewirkt, dass Daten auf jeder Steuerungskarte
durch zwei Schieberegisterchips geschickt werden, wobei jeder acht
Bits aufnimmt. Dadurch werden 16 × 7 oder 112 Bits ausgesendet. In
den 18A–D treffen die Daten am Verbinder J9.1
ein und die Taktleitung ist die Leitung J9.2. Die bei diesem Entwurf
verwendeten Schieberegister werden "doppelt gepuffert", d. h. dass sich die Ausgangsdaten
nicht ändern,
bis ein Übergang
bei einem zweiten Takt (R-Takt) erfolgt, der am Pin J9.3 ankommt.
Die beiden Taktsignale werden parallel zu allen sieben Karten gesendet,
während
die Daten durch die Schieberegisterchips (U1 und U2) auf jeder Karte
laufen und von dem Pin SDOUT "serieller
Ausgang" des zweiten
Schieberegisters zu dem Eingangspin der nächsten Karte in serieller Weise
gesendet werden. Es ist ersichtlich, dass ein passender Verbinder
J10 parallel zu J9 mit Ausnahme des Pins 1 verdrahtet ist. J10 ist
der "Ausgangs"-Verbinder, der über ein
kurzes Kabel mit J9 der nächsten
Karte in der Kette bei einer Gesamtzahl von sieben Karten verbindet.
Die anderen drei Pins von J9 werden für die Stromversorgung verwendet,
um die Elektronik (J9.4), die elektronische Masseleitung (J9.5)
und eine gemeinsame Rückleitung
(J9.6) für
die Temperaturmessfunktion von den Fühlern zu betreiben.
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Von
den 16 Datenbits, die zu jeder Karte gesendet werden, steuern acht
Bits den eingeschalteten/ausgeschalteten Zustand von bis zu acht
Heizelementen 78 direkt. Das kann mit einem einzelnen Chip
realisiert werden, da das Schieberegister U2 interne Leistungstransistoren
besitzt, die ihre Ausgangspins ansteuern, wovon jeder große Leistungslasten
direkt steuern kann. Vier der verbleibenden acht Bits werden nicht
verwendet. Die anderen vier Bits werden verwendet, um einen Thermistor 87 aus der
Gesamtzahl der Vorrichtung von 49 Thermistoren auszuwählen. Aus ökonomischen
Gründen
und zur Verringerung des Verdrahtungsumfangs besitzt das Instrument
lediglich einen Analog/Digital-Umsetzer zum Auslesen der 49 Temperaturwandler
(die Thermistoren 87) und lediglich einen Leiter, der die
Daten zu diesem Umsetzer befördert.
Dieser Kanal muss deswegen von allen Wandlern (die Thermistoren 87) gemeinsam
benutzt werden, wobei zu einem Zeitpunkt der Ausgang von einem von
diesen ausgewählt ist.
Die Komponente U4 ist ein analoger Multiplexer, der diese Funktion
ausführt.
Von den vier digitalen Bits, die seriell empfangen werden, wird
ein Bit zur Freigabe von U4 verwendet und die anderen drei Bits werden
verwendet, um einen der acht Kanäle
der Komponente auszuwählen
(von denen lediglich sieben verwendet werden). Wenn Pin 4 auf Tiefpegel gesteuert
wird, wird U4 für
diese Karte 79 aktiv und legt die Spannung an J9.6 von
einem der sieben Kanäle
dieser Karte auf die gemeinsam benutzte Ausgangsleitung. Wenn Pin
4 dagegen auf Hochpegel gezogen wird, bleibt der Ausgang von U4
in einem hochohmigen Zustand und die Ausgangsleitung wird nicht
angesteuert. Dadurch ist es möglich,
Daten von einer ausgewählten
Karte 79 zu lesen, wobei die verbleibenden Karten 79 keine
Wirkung auf das Signal haben. Der Multiplexer U4 kann zu einem Zeitpunkt lediglich
auf einer Karte 79 freigegeben werden; wenn mehr als eine
Karte zu einem Zeitpunkt eingeschaltet werden, würden sich die Signale gegenseitig beeinflussen
und es könnten
keine nützlichen
Daten übertragen
werden.
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Die
Temperaturerfassung wird durch eine Spannungsteilertechnik realisiert.
Ein Thermistor 87 und ein fester Widerstand (5,6 kΩ, R1–R8, die
in RS1 enthalten sind) werden über
die elektronische Stromversorgung von fünf Volt in Reihe geschaltet.
Wenn der Thermistor erhitzt wird, fällt sein Widerstand und die
Spannung an dem Verbindungspunkt mit dem Widerstand 5,6 kΩ wird abfallen.
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Es
gibt mehrere Vorteile des Aufbaus, der in dieser Ausführungsform
verwendet wird. Die Temperatursteuerungskarten 79 sind
klein und kostengünstig.
Darüber
hinaus sind alle Heizeinrichtungskarten identisch. Es muss keine "Adresse" für jede Karte 79 eingestellt
werden. Die Kabelschleife 90 hat schließlich kleine Abmessungen.
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Ein
alternativ möglicher
Aufbau besteht darin, dass jede Temperatursteuerungskarte 79 mit
einer ständigen "Adresse" eingerichtet sein
kann, die gebildet wird, indem Brückenleitungen hinzugefügt werden
oder Leitungsbahnen auf der Karte getrennt werden. Der Prozessor
würde ein
Datenpaket aussenden, das ein Adressensegment und ein Datensegment
enthält,
wobei die Daten zu der Karte geladen werden, deren Adresse mit der
gesendeten Adresse übereinstimmt.
Bei diesem Lösungsansatz wird
weniger Zeit benötigt,
um Daten zu einer bestimmten Karte zu senden, für den Adressenvergleich wird
jedoch zusätzliche
Hardware benötigt.
Er benötigt
außerdem
zusätzliche
Leiter in der Kabelschleife, um die Daten zu befördern (falls sie parallel gesendet
werden) oder einen zusätzlichen
Schieberegisterchip, wenn die Adresse seriell gesendet wird. Ein
weiterer möglicher
Aufbau besteht darin, dass jede Temperatursteuerungskarte 79 ihren
eigenen Mikroprozessor besitzt. Alle Mikroprozessoren könnten über eine
serielle Datenverbindung mit dem Hauptcomputer 86 verbunden
sein. Dieser Lösungsansatz
verwendet eine noch geringere Anzahl von Verbindungsleitungen als
die vorliegende Ausführungsform,
die Kosten der Hardware sind jedoch hoch. Er schließt jedoch
außerdem
ein Adressierungsschema ein, d. h., dass die Karten nicht identisch
sein würden.
Außerdem
wäre ein
Code für
die Mikroprozessoren erforderlich.
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ENTSPRECHUNGEN
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Während diese
Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf ihre bevorzugten Ausführungsformen
gezeigt und beschrieben wurde, ist es für einen Fachmann klar, dass
daran verschiedene Änderungen
an Form und Einzelheiten ausgeführt
werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist, abzuweichen. Ein Fachmann wird insbesondere erkennen oder in
der Lage sein, nur unter Verwendung von routinemäßigen Experimenten viele Entsprechungen der
hier speziell beschriebenen spezifischen Ausführungsformen der Erfindung
zu ermitteln.