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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Gewebeschnitte
werden sowohl zu Forschungs- als auch zu klinischen Diagnosezwecken üblicherweise
durch eine mikroskopische Untersuchung untersucht. Dünne Gewebeschnitte
oder Zellpräparate
sind üblicherweise
1-10 Mikrometer dick, und sie sind nahezu lichtdurchlässig, wenn
sie nicht behandelt sind. Um verschiedene histologische Merkmale
sichtbar zu machen, wurde im Lauf der Jahre ein großer Bereich
von Färbeverfahren
entwickelt, die verschiedene zelluläre oder extrazelluläre Bestandteile
der Gewebe hervorheben.
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Histochemische
Färbungen,
die allgemein auch als "Spezialfärbungen" bezeichnet werden,
nutzen chemische Reaktionen, um verschiedene chemische Teile zu
färben.
Immunohistochemische Färbungen
nutzen Antikörper
als Prüfkörper, um
bestimmte Proteine zu färben, üblicherweise
durch eine enzymatische Ablagerung eines gefärbten Niederschlags. Sowohl
die histochemische als auch die immunohistochemische Färbung erfordern
die Zugabe und Entfernung von Reagenzien in einer definierten Reihenfolge
für bestimmte
Zeiten. Folglich entsteht ein Bedarf an einer Trägerfärbevorrichtung, die eine Vielfalt
von Färbungen
gleichzeitig unter Computersteuerung ausführen kann, wie sie durch den
Technologen festgelegt wurden.
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Manche
dieser histochemischen und immunohistochemischen Färbungen
nutzen Reagenzien, die giftig, Krebs erregend oder nicht mischbar
mit Wasser sein können.
Wegen der zunehmend strengeren örtlichen
Abfallentsorgungs-Anforderungen müssen nun viele Laboratorien
bezahlen, um diese Abfälle
durch spezielle Sondermüll-Entsorgungsunternehmen
entsorgen zu lassen. Es ist folglich wünschenswert, die Menge der
Abfall-Flüssigkeit
zu minimieren, die als Sondermüll
behandelt werden muss. Mit dem Aufkommen einer modernen, intelligenten Trägerfärbeautomatisierungstechnik
ist es folglich wünschenswert,
Funktionen in ein Gerät
einzubauen, um diese Aufgabe auszuführen.
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Ein übliches
Verfahren zur Entfernung von Abfall-Flüssigkeiten von der Oberfläche eines
Trägers
besteht darin, diese von der Oberfläche eines Trägers in
ein gemeinsames Auffangbecken zu spülen oder abzublasen. Ein repräsentatives
Beispiel eines derartigen Ansatzes ist das, das im US-Patent #5.595.707
beschrieben ist. Bei dieser Ausführungsform
wird ein Reagens von dem Träger
entweder durch Blasen mit einem Gasstrom oder durch Spülen mit
einem flüssigen
Reagens entfernt. Flüssigkeit
fällt von
dem Träger
in ein Auffangbecken. Ein ähnlicher Ansatz
(der ein gemeinsames Auffangbecken für den gesamten flüssigen Abfall
nutzt) wird in einigen anderen Trägerfärbevorrichtungen verwendet,
die in den US-Patenten
5.425.918 und 5.231.029 und in jenem von E. Stark u. a., "An automated device
for immunocytochemistry" im
J. Immunol. Methods 107 (1988), S. 89-92 beschrieben wird.
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Ein ähnlicher
Entwurfsansatz wird durch die Trägerfärbevorrichtung
veranschaulicht, die von der BioGenex Corporation vermarktet wird,
die im US-Patent 5.439.649 beschrieben ist. Er verwendet ein ähnliches
Auffangbecken zum Sammeln von flüssigem
Abfall. Dieser Entwurfsansatz bewirkt, dass das gesamte Auffangbecken
verunreinigt wird. Der Nachteil dieses Ansatzes besteht darin, dass
die verunreinigte oder giftige Flüssigkeit über einen größeren Oberflächenbereich
als der Träger
selbst ausgebreitet wird, wenn dieser in einem Becken aufgefangen
wird. Um sicherzustellen, dass die nächste Abfall-Flüssigkeit
nicht verbleibende Mengen des giftigen Materials enthält, muss
das Auffangbecken mit einer größeren Menge
einer Waschlösung
gespült werden.
Dies hat eine erhöhte
Menge von giftigem flüssigem
Abfall zur speziellen Sondermüllentsorgung
zur Folge.
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Ein
alternativer Entwurfs-Ansatz zur Handhabung von Abfall-Flüssigkeiten
von einer Trägerfärbevorrichtung
ist im US-Patent 4.543.236 beschrieben. Dessen Erfindung zeigt Mittel
zum Absaugen von flüssigem
Abfall in eine gemeinsame Abfallflasche unter dem Zwang eines Unterdrucks.
Bei dieser Erfindung wird flüssiger
Abfall durch Abflussleitungen abgesaugt, die dauerhaft mit dem jeweiligen
Behälter verbunden
sind, der den Träger
enthält.
Ein dem jeweiligen Behälter,
der den Träger
enthält,
zugeordnetes Ventil öffnet
sich, um ein Absaugen der flüssigen Inhalte
zu ermöglichen.
Das System ist dahingehend "geschlossen", dass die Flüssigkeitszufuhr-
und die Abfallleitungen nicht der Atmosphäre ausgesetzt werden. Ein Vorteil
dieses Ansatzes besteht darin, dass flüssiger Abfall nicht in einem
großen
Auffangbecken verteilt wird. Der Nachteil dieses Entwurfes besteht
jedoch darin, dass ein zugeordnetes Ventil und dauerhafte Rohrleitungen
für jeden
Behälter
erforderlich sind, der einen Träger
enthält.
Wenn die Anzahl von Trägern
zunimmt, wird die Vorrichtung teuer und Zusammenbau sowie Reparatur
werden kompliziert. Diese Einschränkung ging aus ihrer bestimmten
Ausführungsform
hervor, da in der Färbevorrichtung
lediglich fünf
Träger
untergebracht waren.
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Ein
konzeptuell ähnlicher
Ansatz ist im US-Patent 4.358.470 beschrieben, abgesehen davon,
dass bei dieser Erfindung Abfall-Flüssigkeiten in ihre Ursprungsbehälter geleitet
werden, damit sie erneut verwendet werden können. Bei dieser Erfindung war
keine große
Anzahl von unterschiedlichen Verfahren erforderlich, die bei verschiedenen
Objektträgern
angewendet werden sollten. Vielmehr wurden alle biologischen Proben,
die auf Elektronenmikroskop-Netzen angebracht waren, in einer gemeinsamen
Kammer untergebracht und auf völlig
gleiche Weise behandelt. Da es nur eine einzige Inkubationskammer
gab, waren dauerhaft geschlossene Rohrleitungen für eine Flüssigkeitszufuhr
und für
Abfall ein vernünftiger,
kostengünstiger
Entwurf. Dies wäre
jedoch nicht bei Situationen anwendbar, in denen zahlreiche Träger unter
Verwendung von unterschiedlichen chemischen Färbeverfahren gefärbt werden müssen.
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Ein
drittes Verfahren zum automatischen Färben von Trägern für die Immunohistochemie wurde
von Brigati im US-Patent 4.731.335 beschrieben. In dieser Erfindung
wurde eine Flüssigkeit
Kapillarspalten zugeführt
und von diesen entfernt, die durch zwei Träger ausgebildet waren, die
dicht beieinander lagen. Um die Flüssigkeit zu entfernen, lagen
die Kanten der Träger
dicht an absorbierenden Handtüchern
an, wodurch bewirkt wurde, dass die Flüssigkeit absorbiert wurde.
Folglich lag die Abfall-Flüssigkeit
in einer festen, absorbierten Form vor.
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Ein
viertes Verfahren zum Spülen
von Trägern
bestand darin, die Träger,
die ein Reagens enthielten, einfach in einen Flüssigkeitsbehälter zu
tauchen, der Wasser oder einen Puffer enthielt. Das Reagens wird
in der überschüssigen Menge
einer flüssigen
Waschlösung
verdünnt,
wodurch der Träger
für eine
Behandlung mit dem nächsten
Reagens vorbereitet wird, das planmäßig angewendet werden soll. Ein
Beispiel dieses Ansatzes ist die Trägerfärbevorrichtung, die im US-Patent
4.092.952 beschrieben ist. Ein ähnlicher
Ansatz (Tauchen von Trägern
in einen Behälter),
der insbesondere auf die Immunohistochemie zugeschnitten ist, wird
in einer Veröffentlichung
von Muir und Alexander, "Easier
immunoperoxidase staining with labour saving incubator box", im J. Cain. Pathol.
40 (1987), S. 348-350 beschrieben.
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Eine
frühere
Erfindung von einem der Erfinder der vorliegenden Erfindung, die
US-Patente 4.847.208
und 5.073.504, offenbarte Mittel zum Absaugen von Flüssigkeiten
von der Oberfläche
von Trägern.
Eine Pipette wird manuell abgesenkt, bis sie mit der benetzten Trägeroberfläche in Kontakt
gelangt. Flüssigkeit
wurde in eine einzige Abfallflasche durch Unterdruckkraft abgesaugt.
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W096/21142
offenbart eine Anordnung zum Verteilen von Flüssigkeit über die Oberfläche eines Objektträgers, die
ein Element mit einem Hohlraum darin aufweist, das über die
Oberfläche
des Trägers bewegt
wird, um die Flüssigkeit über den
Träger
zu verteilen. Um überschüssige Flüssigkeit
zu entfernen, wird der Hohlraum über
eine Kante des Trägers bewegt,
wo eine Düse
angeordnet ist, um die überschüssige Flüssigkeit
wegzusaugen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine verbesserte Trägerfärbevorrichtung für das Aufbringen und
Entfernen von Reagenzien bei biologischen Gewebeschnitten, die auf
Objektträgern
angebracht sind. Die Verbesserung bezieht sich auf ein Verfahren
zum Trennen von flüssigen
Abfällen,
nachdem diese bei biologischen Proben angewendet worden waren, die
auf Objektträgern
angebracht sind.
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Mit
dieser Erfindung ist es möglich,
Flüssigkeiten
von der Objektträgeroberfläche zu entfernen und
einige Abfall-Flüssigkeiten
in anderen Behältern als
andere Flüssigkeiten
zu sammeln.
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Bestimmte
Abfall-Flüssigkeiten
wie etwa organische Lösungsmittel,
nicht mit Wasser mischbare Flüssigkeiten
oder biologisch gefährliche
Chemikalien dürfen
in vielen Städten
nicht in den Abfluss gespült
werden. Vielmehr erfordern örtliche
Wasservorratsverordnungen, dass diese Bestandteile von normalem
wässrigen
Abfall getrennt und durch bestimmte Verfahren entsorgt werden müssen. Die
Erfindung enthält
einen neuartigen Saugkopf, der wirksam Flüssigkeit von der gesamten Oberfläche des
Objektträgers
entfernt. Diese Erfindung schafft Mittel, um giftige Abfall-Flüssigkeiten
in kleinen Mengen für
eine umweltfreundliche Entsorgung zu sammeln.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Flüssigkeitsabsaugsystem zum
Entfernen von Flüssigkeiten
von einem Objektträger
geschaffen, das umfasst: einen Objektträger, von dem Flüssigkeit
abgesaugt werden soll, eine Unterdruckquelle und eine Hohlkammer
mit einer Befestigung an einer Unterdruckquelle, wobei eine ebene untere
Oberfläche
an der Außenseite
der Hohlkammer angenähert
die gleiche Flächengröße wie der Abschnitt
des Objektträ gers,
von dem Flüssigkeit
abgesaugt wird, besitzt und wenigstens ein Loch, das mit der äußeren Umgebung
und dem Innenraum der Hohlkammer in Verbindung steht, aufweist,
und ein Aktor vorgesehen ist, um die Hohlkammer abzusenken, um die
ebene untere Oberfläche
nahe gegenüber
dem Objektträger
parallel anzuordnen und um die ebene untere Oberfläche dazu
zu veranlassen, mit der Flüssigkeit
auf dem Objektträger
in Kontakt zu gelangen.
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Vorzugsweise
umfasst das Absaugsystem einen hohlen Verteiler mit mehreren Öffnungen
durch eine ebene Oberfläche,
die während
des Absaugens des flüssigen
Abfalls im Wesentlichen parallel zu dem Objektträger ist. Die ebene Oberfläche gelangt mit
der Flüssigkeit
auf dem Träger
in Kontakt, berührt jedoch
nicht direkt die biologische Probe.
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Vorzugsweise
sind mehrere Träger
in einer horizontalen Stellung an einem drehbaren Karussell angebracht
und eine Flüssigkeitsabsaugstation
ist an einem festen Ort am Umfang eines Karussells vorgesehen, wobei
das Karussell bewegt wird, um den Träger auszuwählen, von dem Flüssigkeit
abgesaugt werden soll.
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Genauer
umfasst die bevorzugte Ausführungsform
ein drehbares Karussell von Objektträgern, die biologische Proben
tragen, wie etwa Gewebeschnitte oder Zellabstriche.
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Die
Träger
sind für
eine Flüssigkeitsabsaugstation
indexiert, die einen Saugkopf aufweist, um den flüssigen Abfall
von der Oberfläche
des Objektträgers
zu entfernen. Da die Flüssigkeit
auf einem ebenen Objektträger
eben ausgebreitet ist, ist der Saugkopf so entworfen, dass er eine ähnlich geformte
ebene Bodenfläche
aufweist. In der Bodenfläche des
Saugkopfes sind acht Löcher
vorhanden, die eine Verbindung zwischen dem hohlen Saugkopf und der äußeren Umgebung
ermöglichen.
Der hohle Innenraum steht in Fluidverbindung mit einer Unterdruckquelle.
Mehrere Flaschen für
flüssigen
Abfall sind zwischen der Unterdruckquelle und dem Saugkopf in einer
parallelen Anordnung positioniert. Der jeweilige Einlass einer Flasche
für flüssigen Abfall
ist üblicherweise
mit einem Magnetventil verschlossen. Wenn Flüssigkeit abgesaugt werden soll, öffnet sich ein
Magnetventil einer ausgewählten
Flasche. Der Saugkopf wird elektromechanisch abgesenkt, so dass
seine Bodenfläche
mit der Flüssigkeit
auf dem Objektträger
in Kontakt gelangt. Auf diese Weise wird die Saugkraft direkt zu
den Löchern
an dem Saugkopf übertragen,
wodurch bewirkt wird, dass Flüssigkeit
in der ausgewählten
Fla sche für
flüssigen
Abfall gesammelt wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Absaugen von Flüssigkeit
von der Oberfläche
eines Objektträgers geschaffen,
das umfasst: Vorsehen einer Unterdruckquelle und Leiten des Unterdrucks
zu der Hohlkammer, wobei die Hohlkammer eine ebene untere Oberfläche aufweist,
die angenähert
die gleiche Flächengröße wie der
Abschnitt des Objektträgers,
von dem Flüssigkeit
angesaugt wird, besitzt und durch die wenigstens ein Loch die Verbindung
zwischen der äußeren Umgebung
und dem Innenraum der Hohlkammer herstellt; und die Hohlkammer mittels
eines Aktors abgesenkt wird, um die ebene untere Oberfläche nahe
gegenüber
dem Objektträger
parallel anzuordnen und um die ebene untere Oberfläche dazu
zu veranlassen, mit der Flüssigkeit
auf dem Objektträger
in Kontakt zu gelangen.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
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Die
zuvor genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
Erfindung gehen aus der folgenden ausführlicheren Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung hervor, die in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht
sind, in der sich ähnliche
Bezugszeichen bei allen Ansichten auf die gleichen Teile beziehen.
Die Zeichnung ist nicht unbedingt maßstabsgetreu, da stattdessen
eine Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung betont wird.
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1 ist
eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Trägerfärbevorrichtung.
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2 ist
eine Draufsicht eines Trägerrahmens
zum Bereitstellen von fünf
abgedichteten Hohlräumen über fünf verschiedenen
Trägern,
die Gewebeproben halten.
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3 ist
eine Draufsicht auf eine Trägerrahmenbasis.
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4 ist
eine Ansicht eines Trägerrahmengehäuses von
unten.
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5 ist
eine Draufsicht auf das Trägerrahmengehäuse mit
fünf Objektträgern in
ihren entsprechenden Positionen, die den Bereich zeigt, bei dem Wärme aufgebracht
wird.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines Trägerrahmens, der auf dem Trägerdrehgestell
liegt.
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7 ist
eine schematische Darstellung des Heizelements und eine Sensorverdrahtungsdarstellung
auf dem Trägerrahmen,
und der Verbindung mit der Temperatursteuerung.
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8 ist
eine seitliche Querschnittsansicht eines Kassettenpumpen-Abgabemechanismus
in der Station zur Flüssigkeitsabgabe
und -entfernung.
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9 ist
eine seitliche Querschnittsansicht einer großen Flüssigkeitsabgabestation, die
in der Station zur Flüssigkeitsabgabe
und -entfernung untergebracht ist.
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10A und 10B sind
seitliche Querschnittsansichten eines Unterdruckschlauchs und eines
Transportmechanismus zum Entfernen eines flüssigen Reagens und von Waschfluiden
von Trägern,
die auf dem Trägerdrehgestell
enthalten sind.
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11A ist eine seitliche Querschnittsansicht des
Saugkopfs, die dessen Beziehung zu dem Glasträger in dem Trägerrahmen
zeigt.
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11B ist eine Stirnflächenansicht des Saugkopfes
von unten.
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12 ist
eine perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Trägerfärbevorrichtung.
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13 ist
eine perspektivische Ansicht eines Bereichs zur Handhabung von Flüssigkeit
der zweiten Ausführungsform
der Trägerfärbevorrichtung.
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14A und 14B sind
seitliche Querschnittsansichten der Flüssigkeitsabsaugstation der zweiten
Ausführungsform,
wobei der Saugkopf in der abgesenkten Position (14A) und in der angehobenen Position (14B) ist.
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15 ist
eine schematische Darstellung der Wege von Abfall-Flüssigkeit
der zweiten Ausführungsform.
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16 ist
eine schematische Darstellung der Wege einer großen Flüssigkeitsab gabe der zweiten
Ausführungsform.
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17 ist
eine schematische Darstellung der einzelnen Heizelemente auf dem
Trägerdrehgestell
und der Temperatursteuerungs-Leiterplatten, die an dem Trägerdrehgestell
angebracht sind.
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18A–D
sind eine schematische Darstellung der elektrischen Schaltung der
Temperatursteuerungs-Leiterplatte.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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1 zeigt
eine erste Ausführungsform 1 der
Erfindung in perspektivischer Ansicht. Im Allgemeinen umfasst die
erste Ausführungsform 1 eine
im Wesentlichen kreisförmige
Baugruppenbasis 2, ein Trägerdrehgestell 3,
das sich auf der Baugruppenbasis 2 dreht, ein Reagensdrehgestell 4,
das sich ebenfalls auf der Baugruppenbasis dreht, und eine Station 5 zur
Flüssigkeitsabgabe
und -entfernung.
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Das
Trägerdrehgestell 3 wird
durch einen (nicht gezeigten) Stellmotor drehend angetrieben und
trägt zehn
Trägerrahmen 6,
die radial darin eingefügt
sind und davon abgenommen werden können. Eine Draufsicht eines
einzelnen Trägerrahmens 6 ist in 2 gezeigt.
Hier sind Positionen für
fünf Träger jeweils
mit einer Gewebeprobe in den Positionen 7a–7e gezeigt.
Der Trägerrahmen 6 umfasst
eine in 3 gezeigte Trägerrahmenbasis 8.
Die Trägerrahmenbasis 8 umfasst
einen heizbaren Bereich 9, der unter jeder der Trägerpositionen 7a–7e liegt
und nicht gezeigte Widerstandsheizelemente enthält. Die Heizelemente sind in
der Trägerrahmenbasis 8 einteilig ausgebildet.
Elektrizität
zum Antreiben der Heizelemente wird in den Trägerrahmen 6 von der
Baugruppenbasis 2 über
einen ersten und einen zweiten Kontakt 10 geliefert. Ferner
ermöglichen
ein dritter und ein vierter Kontakt 11 eine Temperaturfühlung der
erwärmten
Bereiche über
Thermoelemente, die ebenfalls einteilig in der Trägerrahmenbasis 8 ausgebildet sind.
In der Praxis ist eine Summe von drei Verbindern erforderlich, da
sich die Kontakte 10 und 11 die gleiche Masseverbindung
teilen. Folglich bleibt einer der Verbinder 11 ungenutzt.
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Ein
Trägerrahmengehäuse 12 ist
so beschaffen, dass es über
der Trägerrahmenbasis
liegt. 4 ist eine Draufsicht des Trägerrahmengehäuses 12, die
im Wesentlichen einen starren Kunststoff- oder Metallrahmen 13 mit
fünf ovalen
Löchern 14a–14e zeigt,
die jeweils den Trägerpositionen 7a–7e entsprechen.
Eine Silikongummidichtung 15 ist außerdem unter dem Rahmen 13 vorgesehen.
In 2 ist das Trägerrahmengehäuse 12 einschließlich der Dichtung 15 und
des Rahmens 13 durch zwei Allen-Bolzen 16 auf
der Trägerrahmenbasis 8 befestigt, um
einzeln abgedichtete Hohlräume
mit näherungsweise
0,2–0,4
Zoll Tiefe über
jedem Gewebeprobenträger
zu schaffen, der jeweils bei der Trägerposition 7a–7e angeordnet
ist. Im Ergebnis können
insgesamt 3 ml eines Reagens und/oder von Spülmitteln in Kontakt mit den
Gewebeproben von jedem der Träger
untergebracht werden, es ist jedoch eine maximale Menge von 2 ml
zu bevorzugen. Da die Silikondichtung 15 durch den Rahmen 13 gegen
die (nicht gezeigten) Objektträger
gedrückt
wird, sind die Hohlräume über den
jeweiligen Rahmenpositionen gegeneinander abgedichtet.
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5 ist
eine Draufsicht einer Trägerrahmenbasis 8 mit
fünf Objektträgern 17 in
den in 3 mit 7a–7e bezeichneten Positionen.
Der Bereich jedes Trägers 17,
der Hohlräume
bildet, die durch die Silikongummidichtung 15 und Löcher 14a–14e begrenzt
sind, wird durch eine näherungsweise
rechteckförmige
Linie 18 angegeben, die die Kammerwand markiert. Der durch
die schraffierten Balken gekennzeichnete Bereich gibt den Bereich
der Trägerrahmenbasis 8 an,
der Heizelemente 9 enthält.
Der gesamte heizbare Bereich (schraffierte Balken) wird auf die
gleiche Temperatur erwärmt,
wodurch die Gruppe von fünf
Trägern
auf die gleiche gewünschte Temperatur
gebracht wird. Der Abschnitt jedes Trägers 17, der sich
nicht über
dem heizbaren Bereich befindet, trägt im Allgemeinen keine biologische
Gewebeprobe. Er wird vielmehr für
Beschriftungszwecke genutzt.
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6 ist
eine Querschnittsansicht einer zusammengebauten Trägerrahmenbasis 8 mit
einem Gehäuse 12,
die zuvor zusammen als der Trägerrahmen 6 bezeichnet
wurden. Der Objektträger 17 wird in
seiner Position zwischen der Trägerrahmenbasis 8 und
dem Gehäuse 12 gezeigt.
Der Trägerrahmen 6 liegt
auf dem Trägerdrehgestell 3.
In dieser Ansicht wird die elektrische Verbindung zwischen dem Trägerrahmen 6 und
einem Kantenverbinder 19 veranschaulicht.
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Vier
Kantenverbinder pro Trägerrahmen 6 sind
vorgesehen (Kontakte 10 und 11 in 2 und 3).
Die elektrische Verbindung wird von dem Kantenverbinder 19 durch
das Trägerdrehgestell
mittels einer isolierten Durchführung 20 zu
einem Anschluss unter dem Trägerdrehgestell 3 geführt. Hierauf
verbindet ein Draht den Anschluss mit einer Leistungsquelle oder
mit einer (nicht gezeigten) Steuerschaltung.
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7 ist
eine schematische Darstellung, die zwei der zehn Heizelementschaltungen 91 und
Sensorschaltungen 92 zeigt, die auf dem Trägerdrehgestell
des Geräts
untergebracht werden können.
Das Heizelement ist schematisch als ein Widerstandselement dargestellt
und entspricht dem heizbaren Bereich (schraffierte Balken) von 5.
Die Kontakte 10 und 11 teilen sich eine gemeinsame
Masseverbindung, wobei einer der vier Verbinder ungenutzt bleibt. Jede
der Schaltungen führt
in eine Temperatursteuerung, die schematisch bei 21 dargestellt
ist. Jeder Trägerrahmen
sendet drei Drähte
zu der Temperatursteuerung 21 – eine Heizelement-Stromleitung 22, eine
Sensorleitung 23 und eine Masseverbindung 24. Die
Temperatursteuerung 21 ist in einer feststehenden Position
an der Baugruppenbasis 2 angebracht. Da die Heizelemente
und die Sensoren häufig
in Bewegung sind, sind sie mit der feststehenden Temperatursteuerung 21 über eine
(nicht gezeigte) Bedienungsschleife verbunden. Die Bedienungsschleife enthält die Drähte von
jedem der Kantenverbinder 19. Bei den Drähten ist
eine ausreichende zusätzliche
Länge vorgesehen,
so dass die Bedienungsschleife um die Trägerdrehgestell-Achse fährt, wenn sich
das Trägerdrehgestell
dreht. Das Trägerdrehgestell 3 dreht
sich um nicht mehr als eine volle Umdrehung in beide Richtungen.
Die Drähte
in der Bedienungsschleife sind vorzugsweise mit einem Kabelbinder
zusammengebunden, so dass sich einzelne Drähte nicht verheddern oder unter
dem Trägerdrehgestell 3 verfangen
können.
Da es drei Drähte
pro Schaltung gibt (Drähte 22–24),
und da es zehn Trägerrahmen 6 auf
dem Trägerdrehgestell 3 gibt,
enthält
die Bedienungsschleife mindestens dreißig Drähte.
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In 1 ist
oberhalb des Trägerdrehgestells 3 das
Reagensdrehgestell 4 positioniert. Dieses Reagensdrehgestell
ist entsprechend so beschaffen, dass es sich auf der Baugruppenbasis 2 dreht
und durch einen weiteren (nicht gezeigten) Stellmotor unter (nicht
gezeigter) Computer-Steuerung gesteuert wird. Das Reagensdrehgestell 4 und
das Trägerdrehgestell 3 drehen
sich unabhängig
voneinander. Das Reagensdrehgestell 4 ist so beschalten,
dass es bis zu zehn Kassettenrahmen 25 tragen kann. Jeder
dieser Kassettenrahmen 25 kann von dem Reagensdrehgestell 4 abgenommen
und wahlweise bei irgendeinem der zehn möglichen Verbindungspunkte befestigt
werden. Jeder Kassettenrahmen 25 kann fünf Kassettenpumpen 46 tragen.
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Im
Allgemeinen umfasst die Abgabestation 5 einen weiche Hammer 26,
der mit einem Abschnitt der Kassettenpumpen 46 in Eingriff
gelangt. Die Kassettenpum pen 46 sind so konstruiert, dass
sie Flüssigkeit
abgeben, wenn ein Abschnitt der Kassettenpumpe 46, der
als die Messkammer 42 der Kassettenpumpe 46 bezeichnet
wird, zusammengedrückt wird.
Es ist eine Abgabe von irgendeiner der mehreren Kassettenpumpen
möglich,
indem das Reagensdrehgestell so gedreht wird, dass eine gewünschte Kassettenpumpe 46 auf
den Hammer 26 ausgerichtet wird. Dies sorgt für die Möglichkeit,
genau gemessene Mengen von Reagens an irgendeinen Träger abzugeben,
der unter der Kassettenpumpe 46 angrenzend beim Aktor 26 positioniert
ist. Der Abgabemechanismus der Kassettenpumpen 46 wird
in 8 ausführlicher
gezeigt. Der Hammer 26 wird durch einen Magnet- oder einen linearen
Schrittmotor 43 angetrieben, der an einer Vorderwand 44 angebracht
ist, die an der Baugruppenbasis 2 befestigt ist. In 8 ist
der Hammer gezeigt, wie er den Abschnitt der Messkammer 42 der
Kassettenpumpe zusammendrückt.
Es ist wichtig, dass die Geschwindigkeit des Zusammendrückens durch
den Hammer 26 bei der Messkammer 42 eingestellt
werden kann. Andernfalls würde
ein zu schnelles Zusammendrücken einen
außerordentlich
kraftvollen Ausstoß des
Reagens aus der Messkammer 42 bewirken, wodurch möglicherweise
der darunter liegende Gewebeschnitt beschädigt werden könnte. Folglich
wird ein linearer Schrittmotor anstelle eines Magnetspulenmotors
bevorzugt. Als eine weitere Alternative kann der sich hin und her
bewegende Hammer des Abgabe-Aktors die Form eines Nocken annehmen,
der durch einen Drehmotor angetrieben wird, der mit der Messkammer 42 in
Eingriff gelangt, so dass die Drehung des Nocken die Messkammer
zusammendrückt.
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Die
Kassettenpumpe 46 besteht aus einem Flüssigkeitssammelbehälter 45 und
der Messkammer 42. Der in dieser ersten Ausführungsform 1 gezeigte
Flüssigkeitssammelbehälter 45 ist
ein Sprühbehälter. Die
Messkammer 42 besteht aus einem zusammendrückbaren
Elastomer-Gehäuse
mit einem (nicht gezeigten) Einwege-Einlassventil und einem (nicht
gezeigten) Einwege-Auslassventil, wobei beide Ventile auf eine Abwärtsrichtung
eines Fluidflusses ausgerichtet sind. Wenn der Hammer 26 die Messkammer 42 zusammendrückt, wird
das darin enthaltene flüssige
Reagens ausgestoßen.
Wenn die Druckkraft abgebaut wird, bewirkt der Unterdruck, der durch
die Ausdehnung des Elastomer-Gehäuses erzeugt
wird, das versucht, seine ursprüngliche,
nicht zusammengedrückte
Form einzunehmen, dass Flüssigkeit
von dem Flüssigkeitssammelbehälter 45 nach Innen
strömt.
Auf diese Weise bewirkt ein wiederholtes Zusammendrücken der
Messkammer 42 eine wiederholte Abgabe von kleinen Mengen
des Reagens. Alternative Kassettenpumpen sind in der US-Patentanmeldung
der Seriennummer 08/887.178, die am 2. Juli 1997 eingereicht wurde, und
in der US-Patentanmeldung der Seriennummer 09/020.983, die am 10.
Februar 1998 eingereicht wurde, beschrieben, die hier durch Literaturhinweis beigefügt sind.
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Die
Abgabestation 5 weist ferner Mittel auf, um Flüssigkeiten
von einer großen
Flasche (9) abzugeben. Große Flüssigkeitsflaschen 27 können über Spülrohre 28 irgendeinem
der Objektträger 17 auf
irgendeinem der Trägerrahmen 6 Flüssigkeit
zuführen.
Jede große
Flüssigkeitsflasche 27 ist
mit ihrem eigenen Spülrohr 28 verbunden.
Die großen Flüssigkeitsflaschen 27 werden
durch eine (nicht gezeigte) Pumpe unter Druck gesetzt. Das (nicht
gezeigte) Ausflussrohr von jeder großen Flüssigkeitsflasche 27 verläuft durch
ein Ventil 47, das den Flüssigkeitsfluss von dieser Flasche
regelt. Durch Öffnen des
Ventils für
eine definierte Zeitdauer unter (nicht gezeigter) Computersteuerung
mit einem definierten Druck in der Flasche 27 kann eine
bekannte Menge an Flüssigkeit
auf den Träger 17 abgegeben
werden. Die Flüssigkeiten,
die in den Flaschen 27 untergebracht sind, sind jene, die
wiederholt bei vielen verschiedenen Verfahren verwendet werden,
wie etwa Wasser, Saline und Alkohol.
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Wie
es in 9 gezeigt ist, sind die großen Flüssigkeitsflaschen 27 in
eine Kappe 48 mit Innengewinde geschraubt, die an der Unterseite
der horizontalen obere Wand 49 des Stationsrahmens befestigt
sind. Druckluft von einem (nicht gezeigten) Kompressor wird bei
jeder großen
Flüssigkeitsflasche 27 durch
einen Druckregler 50 bereitgestellt. Eine Rohrleitung von
dem Druckregler 51 überträgt die Druckluft
zu dem Einlass der großen
Flüssigkeitsflasche 27.
Der Druck über
der Flüssigkeit
ermöglicht
es, dass die Flüssigkeit
durch das Tauchrohr 52 durch den Spülschlauch 53 gedrückt wird,
wenn ein Quetschventil 47 geöffnet ist. Abhängig von
der Zeitdauer, die das Quetschventil geöffnet ist, kann eine zuvor
festgelegte Menge an Flüssigkeit
durch das Spülrohr 28 abgegeben
werden.
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Die
Baugruppe 5 zur Flüssigkeitsabgabe
und -entfernung umfasst ferner eine Unterdruckstation zur Entfernung
von Flüssigkeit,
die angrenzend an die (in 1 nicht
sichtbaren) Spülrohre 28 positioniert
ist. Um Flüssigkeit
von der Oberfläche
eines Trägers 17 zu
entfernen, positioniert das Reagensdrehgestell den Träger bei
der Unterdruckstation zur Entfernung von Flüssigkeit, die in einer seitlichen Querschnittsdarstellung
in 10A und 10B gezeigt
ist. Eine äußere (nicht
gezeigte) Unterdruckquelle wird durch eine Auffangflasche 29 geleitet,
wobei sie letztlich zu einem Unterdruckschlauch 30 führt, der
in einem Saugkopf 31 endet. Die Rohrver bindungen sind in 10A und 10B nicht
gezeigt. Der Unterdruckschlauch 30 und der Saugkopf 31 werden
durch einen Schlauchtransportmechanismus 54 unterstützt, der
es ermöglicht,
dass der Saugkopf 31 nach unten in einen Hohlraum eines
Trägerrahmens 6 ausfährt, um
Flüssigkeit
zu entfernen, die die Gewebeprobe auf dem Träger 17 bedeckt. Wenn der
Saugkopf mit der Flüssigkeit
in Kontakt gelangt, wird die Flüssigkeit
aufwärts
in die Rohrleitung gesaugt und in der Auffangflasche 29 gesammelt.
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Der
Transportmechanismus 54 des Unterdruckschlauchs enthält einen
Motor 32. Ein sich hin und her bewegendes Verbindungselement 33 ist
an einem Kurbelarm 34 befestigt, so dass die Drehung des
Motors 32 bewirkt, dass das sich hin und her bewegende
Verbindungselement 33 in eine vertikale Richtung verfährt. Ein
Bodenabschnitt des sich hin und her bewegenden Verbindungselements 33 ist
mit einem Hebel 55 verbunden, der an dem Stationsrahmen
schwenkbar befestigt 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
befestigt ist. Die Gesamtwirkung dieser Verbindungen besteht darin,
dass sich der Trägerarm 33 in eine
vertikale Richtung herab bewegt, wenn sich der Motor 32 dreht.
Folglich schwenkt der Hebel 55 im Uhrzeigersinn um seinen
Drehpunkt, was bewirkt, dass die Schlauchklemme 35 an den
zwei Schwenkarmen 36 aufwärts und weg von dem Träger schwenkt,
wie es in 10B gezeigt ist. Der Motor wird
durch den Kontakt der elektrischen Anschlüsse 39 des Verbindungselements
mit den Kontaktplatten 38, die mit dem Stationsrahmen verbunden
sind, automatisch abgeschaltet, wenn das Verbindungselement 33 seine
zwei äußersten
Enden seiner Bewegung erreicht.
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Der
Saugkopf 31 ist in 11A und 11B ausführlicher
gezeigt. 11A zeig den Saugkopf in einer
abgesenkten Position im Querschnitt, wobei der Hohlraum durch den
Trägerrahmen 6 gebildet wird.
Der Saugkopf 31 weist einen hohlen inneren Verteiler 40 auf,
durch den die Unterdruckkraft über die
gesamte untere Oberfläche
des Saugkopfes 31 übertragen
wird. Acht Löcher 41 sind
an der unteren Fläche
des Saugkopfes 31 gebohrt, durch die die Saugkraft übermittelt
wird. Da der Objektträger 17 eben
ist, breitet sich Flüssigkeit
auf der Trägeroberfläche in zwei
Dimensionen aus. Um Flüssigkeit
sorgfältig
von allen Abschnitten des Objektträgers 17 zu entfernen,
sind folglich viele Saugstellen erforderlich. Dies wird hier durch
einen Saugkopf mit einer ebenen unteren Oberfläche mit vielen Bohrungen erzielt.
Die ebene Oberfläche
des Saugkopfes 31 wird nahe gegen über dem Objektträger 17 parallel
angeordnet. Der Saugkopf gelang lediglich mit der Flüssigkeit
in Kontakt, nicht mit dem Objektträger selbst, damit er nicht
den Glasträger 17 oder
die (nicht gezeigte) biologische Probe, die dieser trägt, beschädigt. Ohne
einen derartigen Entwurf und mit nur einer einzigen Saugstelle wie
etwa bei einer Pipette würde
Flüssigkeit
in einem Abstand von der Saugeinheit nicht entfernt werden. Vielmehr
würde sie
wegen der Oberflächenspannung
des Glases bei den entfernten Flächen
des Glasträgers 17 haften
bleiben. Dies würde eine
verbleibende Menge an Flüssigkeit
zur Folge haben, die andernfalls auf der Oberfläche des Trägers 17 zurückbleiben
würde.
Eine nahe parallele Stellung des Saugkopfes ist auch aus der Perspektive
einer verringerten Oberflächenspannung
während des
Absaugens der Flüssigkeit
vorteilhaft. Die nahe parallele Stellung der Bodenfläche des
Saugkopfes gegenüber
dem Objektträger 17 erzeugt
eine Art Kapillarspalt. Dieser Spalt trägt dazu bei, Oberflächenspannung
zu überwinden,
wodurch eine vollständige Entfernung
der Flüssigkeit
sichergestellt wird.
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Ein
Computer (Steuerung 86 in 15) steuert
die Gerätfunktionen.
Das heißt,
eine Bedienungsperson programmiert den Computer mit den Informationen
wie etwa dem Ort der Reagenzien auf dem Reagensdrehgestell und dem
Ort der Träger
auf dem Trägerdrehgestell.
Hierauf programmiert die Bedienungsperson das bestimmte histochemische
Protokoll, das bei den Gewebeproben ausgeführt werden soll. Variablen
in diesen Protokollen können
das bestimmte Reagens sein, das bei der Gewebeprobe verwendet wird,
die Zeit, in der die Gewebeprobe mit dem Reagens reagieren kann,
ob die Gewebeprobe hierauf erwärmt
wird, das Spülmittel,
das hierauf verwendet wird, um das Reagens abzuwaschen, gefolgt von
der nachfolgenden Entfernung des Spülmittels und des Reagens, um
ein nachfolgendes Aussetzen an ein möglicherweise unterschiedliches
Reagens zu ermöglichen.
Das Gerät
ermöglicht
einen vollständigen
Direktzugriff, d. h. ein beliebiges Reagens bei einem beliebigen
Träger
in beliebiger Reihenfolge.
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Eine
zweite bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung ist in 12 gezeigt. Wie die vorhergehende
Ausführungsform
enthält
sie ebenfalls zwei unabhängige
Karusselle, die sich auf einer Baugruppenbasis 56 drehen.
Große
Flüssigkeitsflaschen 57 sind
an einer Brücke 58 angebracht,
die sich oberhalb des Reagensdrehgestells über die Breite der gesamten
Maschine erstreckt. Eine getrennte Gruppe von Auffangflaschen 59 zum
Sammeln von Abfall-Flüssigkeit
ist an der Seite der Brücke 58 in
einem unterteilten Regal angebracht. Die Rohrverbindungen und Ventile
für die
großen
Flüssigkeitsflaschen 57 und
die Auffangflaschen 59 sind durch eine obere Frontplatte 60 blickgeschützt. Die
Vorderseite und die Seiten dieser Ausführungsform sind von einem Plexiglasgehäuse 61 umgeben,
dass manuell zur Seite geschoben werden kann, um Kassettenpumpen 62 oder
(nicht gezeigte) Träger
einzusetzen. Träger
werden über
eine zentral angeordnete Trägerzugriffstür 63 einzeln
eingesetzt und entfernt. Die (nicht gezeigten) Träger sind
durch eine kreisförmige
Walze 64 blickgeschützt,
die sich oberhalb der Träger
und des (nicht gezeigten) Reagensdrehgestells befindet. Funktionen ähnlich zu
denen der Abgabe-Baugruppe (5 in 1) in der
vorherigen Ausführungsform
werden in einer relativ ähnlichen
(nicht gezeigten) Baugruppe zur Handhabung von Flüssigkeit
ausgeführt, die
in einem Bereich 65 zur Handhabung von Flüssigkeit
positioniert ist.
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13 zeigt
die einzelnen Mechanismen, die in dem Bereich 65 zur Handhabung
von Flüssigkeit
enthalten sind, einschließlich
eines Hammers 66 zur Abgabe von (nicht gezeigten) Kassettenpumpen, eines
Saugkopfes 67 zum Entfernen von Flüssigkeit von der Oberfläche von
Trägern,
eines großen
Flüssigkeitsabgabeanschlusses 68 und
eines Luftmischkopfes 69, um Flüssigkeiten auf der Oberfläche eines Trägers zu
verteilen und zu mischen. Der elektromechanische Abgabemechanismus
von Kassettenpumpen durch Drücken
eines Hammers 66 auf eine Messkammer einer (in 13 nicht
gezeigten) Kassettenpumpe ist ähnlich
der vorherigen Ausführungsform
(8). Reagens, das von der (nicht gezeigten) Kassettenpumpe
abgegeben wird, fließt
auf den Träger,
wobei es durch ein etwa rechteckiges Loch in der Walze 64 läuft.
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Der
Saugkopf 67 funktioniert ebenfalls auf ähnliche Weise wie jener der
vorherigen Ausführungsform.
Um den Verbindungsmechanismus zum Absenken und Anheben des Kopfes 67 zu
vereinfachen, bewegt sich der Kopf lediglich in eine vertikale Richtung.
Dies ist ausführlicher
in 14A und 14B gezeigt. 14A zeigt eine seitliche Querschnittsansicht des
Saugkopfes in einer unteren Position in einem Hohlraum, der durch
den Objektträger 75 (Bodenfläche) und
eine Trägerkammerklemme 76 (seitliche
Wände)
gebildet wird. Wie bei der ersten Ausführungsform dichtet eine (nicht
gezeigte) Dichtung die Oberfläche
dort ab, wo die Trägerkammerklemme 76 mit
dem Objektträger 75 in
Kontakt gelangt. Ein linearer Schrittmotor 73 bewegt den
Saugkopf unter Computersteuerung (schematisch in 15 gezeigt)
auf- und abwärts.
Wie bei der ersten Ausführungsform 1 umfasst
der Saugkopf 67 einen hohlen Verteiler 74, der
mit einer Unterdruckquelle verbunden ist. Acht Löcher stehen mit dem Boden des
Saugkopfs 67 und der äußeren Umgebung
in Verbindung, durch die Flüssigkeit
abgesaugt wird. Wenn Unterdruck an den Saugkopf 67 angelegt
wird und der Kopf 67 nahe zu dem Träger abgesenkt wird, wird das
flüssige
Reagens auf der Oberseite des Trägers
abgesaugt und in einer (schematisch in 15 gezeigten)
Auffangflasche 59 gesammelt. Wenn der Saugkopf 67 nicht
in Gebrauch ist, wird er in die Aufwärts-Position (14B)
angehoben, wodurch eine freie Drehung des Trägerdrehgestells 77 ermöglicht wird.
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14A und 14B zeigen
außerdem den
physischen Ort eines Heizelements 78, das als ein Widerstandselement
in einem rechteckigen Kasten mit quer schraffierten Linien dargestellt
ist. Jeder Träger
liegt direkt auf dem Heizelement 78, so dass Wärme direkt
an den Objektträger übermittelt
wird. Ein Thermistor ist in jedes Heizelement eingebaut (nicht gezeigt
in 14A und 14B).
Jeder der neunundvierzig Objektträger 75 besitzt sein
eigenes Heizelement 78, so dass die Temperatur jedes Trägers 75 unabhängig geregelt
werden kann. Leistung für
das Heizelement 78 wird direkt von einer Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79 geliefert,
die an der Unterseite des Trägerdrehgestells 77 befestigt
ist. Sieben völlig
gleiche Temperatursteuerungs-Leiterplatten 79 sind so unter
dem Trägerdrehgestell 77 angebracht,
wobei sie im Umfang gleichmäßig beabstandet
sind. Jede Temperatursteuerungs-Leiterplatte liefert Leistung für sieben
Heizelemente 78. Die Mittel, mit denen dies ausgeführt wird,
werden nachfolgend anhand 17 und 18 erklärt.
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Ein
wesentlicher Aspekt dieser Ausführungsform
ist die Schaffung der Trennung von Abfall-Flüssigkeiten, die von der Oberfläche des
Trägers
entfernt werden. Eine schematische Darstellung, die erklärt, wie
dies durchgeführt
wird, ist in 15 gezeigt. Drei verschiedene
Abfallflaschen 59 sind an dem Gerät angebracht. Außerdem sind
Verbindungen 70 an dem Gerät für eine große äußere Auffangflasche 71 vorgesehen, üblicherweise
mit einem Fassungsvermögen
von zehn oder zwanzig Litern für wässrigen
Abfall. Vier Magnetventile, die mit 80A–80D bezeichnet sind,
steuern, zu welcher Flasche abgesaugte Flüssigkeit geleitet wird. Diese Ventile
stehen unter Computersteuerung, die schematisch durch den mit "Steuerung" 86 bezeichneten Kasten
dargestellt ist. Das Ventil 81 ist ein Dreiwegeventil.
Es kann eine direkte Verbindung zwischen der Unterdruckpumpe 82 und
der Überlauffalle 83 oder zwischen
der Pumpe und der äußeren Umgebung
ermöglichen.
Eine Verbindung zu der äußeren Umgebung
ist erforderlich, falls das Absaugsystem überbrückt werden muss, wenn der Luftmischkopf 69 in Gebrauch
ist. Wenn die Ventile 80A und 81 entsprechend
geöffnet
sind, die Pumpe 82 eingeschaltet ist und der Saugkopf 67 abgesenkt
ist, um Flüssigkeit abzusaugen,
wird die Flüssigkeit
aufwärts
in die Rohrleitung geleitet, wie es durch den Pfeil "Fluidfluss" dargestellt ist.
Flüssigkeit
folgt hierauf dem einzig verfügbaren
Weg und wird in der äußeren Auffangflasche 71 gesammelt.
Die Ventile 80B–80D arbeiten ähnlich für ihre jeweiligen
Auffangflaschen 59. Eine kleine Überlauf-Auffangflasche 83 ist
außerdem mit
ihrem eigenen Fluidsensor 93 in die Leitung eingesetzt.
Diese Bereitstellung ist enthalten, um so zu erfassen, wenn irgendeine
der Auffangflaschen 59 oder die äußere Auffangflasche 71 mit
Abfall-Flüssigkeiten überlaufen.
In diesem Fall würde
Flüssigkeit
in die Überlauf-Auffangflasche
eindringen und durch den Fluidsensor erfasst werden. Diese Informationen würde an die
Steuerung 86 übermittelt
werden, die das System herunterfahren würde und die Gerät-Bedienungsperson
auf dem Computerbildschirm warnen würde.
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In 13 umfasst
der Bereich zur Handhabung von Flüssigkeit außerdem einen Luftmischkopf 69.
Eine schematische Darstellung des Luftstroms in den Luftmischkopf 69 ist
in 15 gezeigt. Die Pumpe erzeugt einen Luftstrom
mit hoher Geschwindigkeit, der in den Luftmischkopf 69 geleitet
wird. Ein Lufteinlass in die Pumpe findet über das Dreiwege-Magnetventil 81 (15)
statt. Das Magnetventil 81 (15) schaltet,
um Luft direkt von der Atmosphäre
in die Pumpe (15) zu leiten, wobei das Absaugsystem
und die Auffangflaschen 59 und 71 überbrückt werden.
Der Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit wird auf den Träger fokussiert.
Der Luftmischkopf 69 fährt
längs der
Länge des
Trägers
vor und zurück,
wobei er durch eine Spannrolle gestoßen und gezogen wird, die an
einem (nicht gezeigten) Motor befestigt ist. Die Gesamtwirkung dieses
Systems besteht darin, dass ein Luftvorhang längs der Länge des Trägers rückwärts und vorwärts gerichtet
wird, wodurch bewirkt wird, dass Flüssigkeit gemischt und entlang
der Oberfläche
des Objektträgers
verteilt wird.
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Der
Bereich 65 zur Handhabung von Flüssigkeit (12)
enthält
einen großen
Flüssigkeitsabgabeanschluss 68 (13).
Die Funktion der Spülrohre 28 der
(in 1 gezeigten) ersten Ausführungsform 1 ist bei
dieser bevorzugten Ausführungsform
vollständig
in einen einzigen großen
Flüssigkeitsabgabeanschluss 68 eingebaut.
Folglich werden Träger unter
dem großen
Flüssigkeitsabgabeanschluss 68 positioniert,
unabhängig
von der großen
Flüssigkeitsflasche,
von der die Flüssigkeit
tatsächlich
erhalten wurde. Eine schematische Darstellung der Fluidwege und
der Steuerungsventile ist in 16 gezeigt.
Die großen
Flüssigkeitsflaschen 57 sind
jeweils mit einer Unterdruckquelle verbunden, wobei der Unterdruck durch
eine Pumpe 85 erzeugt wird. Der Unterdruck steht über einen
Druckverteiler 94 mit den großen Flüssigkeitsflaschen 57 in
Verbindung. Magnetventile 72a–72f sind zwischen
dem großen
Flüssigkeitsabgabeanschluss 68 und
jeder großen
Flüssigkeitsflasche 57 angeordnet.
Flüssigkeit
fließt
nur dann aus dem großen
Flüssigkeitsabgabeanschluss 68,
wenn eines oder mehrere der Ventile 72a–72f offen sind. Ein
Druckschalter 84 steht ebenfalls mit dem Druckverteiler 94 in
Verbindung. Er kann die Menge oder den Druck fühlen, der in dem Verteiler 94 enthalten ist.
Wenn dieser unter einen bestimmten Wert fällt, kommuniziert er mit der
Steuerung 86 und bewirkt eine Betätigung der Pumpe 85.
Wenn die Pumpe eine erhöhte
Menge an Luftdruck in dem Druckverteiler erzeugt, setzt sich der
Druckschalter zurück,
wodurch bewirkt wird, dass die Pumpe mit dem Pumpen aufhört. Auf
diese Weise wird eine relativ konstante Druckhöhe in dem Druckverteiler 94 aufrecht
erhalten.
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Ein
Abgabesensor 95 ist unter dem großen Flüssigkeitsabgabeanschluss 68 positioniert,
um einen Nachweis zu liefern, dass die Flüssigkeit abgegeben wurde, wenn
eines der Magnetventile 72a–72f vorübergehend
geöffnet
war. Der Abgabesensor 95 umfasst einen optischen Sensor
und eine LED-Lichtquelle. Wenn Flüssigkeit von dem großen Flüssigkeitsabgabeanschluss 68 abgegeben
wird, unterbricht die Flüssigkeit
den Lichtstrahl. Die Änderung im
Widerstand über
dem Sensor als ein Ergebnis der Abnahme der Lichtintensität wird an
die Steuerung 86 übermittelt.
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Diese
zweite, bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung enthält
die Möglichkeit,
die neunundvierzig Träger
unabhängig
auf verschiedene Temperaturen zu erwärmen. Ein neuartiger Aspekt
dieser Ausführungsform
ist das Verfahren zur unabhängigen
Regelung der Leistungsmenge, die jedes der neunundvierzig Heizelemente
empfängt.
Darüber
hinaus enthält
jedes Heizelement auch einen Temperatursensor. Jeder dieser Sensoren
muss mit dem Computer 86 in Verbindung stehen, um eine
angemessene Temperaturrückmeldung
und -regelung zu ermöglichen.
Bei der ersten Ausführungsform 1 stehen
Gruppen von bis zu fünf
Trägern
unter einem einzigen, gemeinsamen Temperatursteuerungs-Mechanismus.
Jede Heizgruppe hatte Drähte,
die direkt mit der Temperatursteuerung (7) verbunden
waren. Mit drei Drähten
pro Gruppe (Leistung zum Wärmen, Sensor-Rückmeldung
und eine gemeinsame Masse) und mit zehn Gruppen von Trägern, sind wenigstens dreißig Drähte in der
Bedienungsschleife enthalten. Wenn ein ähnliches System für neunundvierzig
verschiedene Heizelemente verwendet werden würde, wie bei dieser bevorzugten
Ausführungsform,
wären 147
Drähte
in der Bedienungsschleife erforderlich. Eine derartig große Bedienungsschleife
wäre problematisch.
Folglich wird bei dieser bevorzugten Ausführungsform ein alternatives
Verfahren entwickelt.
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17 zeigt
die Beziehung zwischen jedem der Heizelemente 78, das an
dem Trägerdrehgestell 77 angebracht
ist, wobei das Heizelement 78 als ein Widerstandselement
dargestellt ist. Ein einzelner Sensor 87 befindet sich
angrenzend an jedes Heizelement. Die Kombination aus einem einzelnen
Heizelement 78 und einem Sensor 87 ist so positioniert, dass
sie einen Ort 88 für
einen einzelnen Träger
bereitstellt, der erwärmt
werden soll. Der physikalische Entwurf dieses Orts 88 ist
in 14A und 14B veranschaulicht.
Zwei Drahtzuleitungen von jedem Heizelement 78 und zwei
Drahtzuleitungen von jedem Sensor 87 sind direkt mit einer
Temperatursteuerungs-Leiterplatte verbunden, die an dem Trägerdrehgestell 77 angebracht
ist. Jede Temperatursteuerungs-Leiterplatte kann bis zu acht verschiedene Heizelement-
und Sensorpaare verbinden. Da diese Ausführungsform neunundvierzig Trägerpositionen aufweist,
sind sieben Leiterplatten 79 an der Unterseite des Trägerdrehgestells
angebracht, von denen jede mit sieben Heizelement-Sensor-Paaren
verbunden ist. Eine Heizelement-Sensor-Position pro Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79 wird
nicht verwendet. In 17 ist außerdem die Reihenverbindung 89 von
jeder der sieben Temperatursteuerungs-Leiterplatten durch sechs
Drähte
in einer Prioritätsverkettungs-Konfiguration
gezeigt. Die erste Temperatursteuerungs-Leiterplatte ist über eine
Bedienungsschleife 90 mit dem Computer 86 (16)
verbunden, der als die Benutzerschnittstelle und die Systemsteuerung
dient. Die Bedienungsschleife enthält lediglich sechs Drähte.
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18A–D
sind eine schematische elektronische Darstellung der Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79.
Der Entwurf der Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79 wurde
von der Erfordernis getrieben, die Anzahl von Drähten in dem biegsamen Kabel
(Bedienungsschleife 90) zwischen den Heizelementen und
dem Computer zu minimieren. Um die Länge der Drähte zu minimieren, werden sieben Temperatursteuerungs-Leiterplatten 79 verwendet, die
alle auf dem Trägerdrehgestell
angebracht sind. Folglich ist jedes Heizelement in der Nähe seiner
zugeordneten Elektronik positioniert und die Größe jeder Leiterplatten 79 wird
klein gehalten, da jede lediglich sieben Heizelemente 78 betreibt.
Jede Temperatursteuerungs-Lei terplatte 79 enthält die Funktion
eines Codierers und Decodierers von Temperaturdaten. Die Daten beziehen
sich auf die tatsächliche
und die gewünschte
Temperatur des jeweiligen Heizelements 78. Die Daten fließen zwischen
dem Computer 86 und der Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79 hin und
her. Wenn ein einzelnes Heizelement 79 mehr oder weniger
Wärme benötigt, übermittelt
der Computer diese Informationen an die Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79.
Die Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79 reguliert wiederum
direkt die Menge an Leistung, die zu jedem Heizelement fließt. Indem
ein Teil der Logikschaltung in der Form der Temperatursteuerungs-Leiterplatten 79 auf
dem Trägerdrehgestell
untergebracht wird, wird die Anzahl an Drähten in der Bedienungsschleife 90 sowie
ihre Länge
minimiert.
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Bei
dieser Ausführungsform
wurde das System der Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79 als ein Schieberegister
entworfen. Der Mikroprozessor zur Steuerung der Maschine stellt
Datenbits einzeln in eine Übertragungsleitung
ein und schaltet eine Taktleitung für jedes Bit. Dies bewirkt,
dass Daten durch zwei Schieberegisterchips U1 und U2 auf der jeweiligen
Steuerungs-Leiterplatte gesendet werden, die jeweils acht Bit einnehmen.
Folglich gibt es 16 × 7
oder 112 Bits, die gesendet werden müssen. In 18A–D
kommen die Daten in den Ein-Verbinder J9.1, und die Taktleitung
ist J9.2. Die in diesem Entwurf verwendeten Schieberegister sind "doppelt gepuffert", was bedeutet, dass
sich die Ausgangsdaten nicht ändern,
bis es einen Übergang
bei einem zweiten Takt (R-Takt) gibt, der beim Ein-Anschlussstift J9.3
ankommt. Die beiden Takte werden parallel an alle sieben Leiterplatten
gesendet, während
die Daten durch die Schieberegister-Chips (U1 und U2) auf der jeweiligen
Leiterplatte laufen und von dem Anschlussstift "serieller Ausgang" SDOUT des zweiten Schieberegisters
zu dem Eingangs-Anschlussstift der nächsten Leiterplatte mit Prioritätsverkettung
gesendet werden. Es ist offensichtlich, dass ein Pass-Verbindungselement
J10 parallel zu J9 mit Ausnahme von Anschlussstift 1 verdrahtet
ist. J10 ist der "Ausgangs"-Verbinder, der für alle sieben
Leiterplatten über
ein kurzes Kabel an J9 der nächsten
Leiterplatte in Reihe befestigt ist. Die anderen drei Anschlussstifte
von J9 werden für
Leistung verwendet, um die Elektronik (J9.4), die elektrische Masse
(J9.5) und eine gemeinsame Rückleitung
(J9.6) für
die Temperaturmessfunktion von den Sensoren zu betreiben.
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Von
den sechzehn Datenbits, die an jede Leiterplatte gesendet werden,
steuern acht vom Register U2 den An-/Aus-Zustand von bis zu acht
Heizelementen 78 direkt. Dies kann mit einem einzigen Chip ausgeführt werden,
da das Schieberegister U2 innere Leistungstransistoren besitzt,
die seine Ausgangsanschlussstifte antreiben, wobei jeder der Leistungstransistoren
Hochleistungslasten direkt steuern kann. Vier der verbleibenden
acht Bits bleiben ungenutzt. Die anderen vier Bits werden verwendet,
um einen Thermistor 87 aus dem Gesamtkomplement der Maschine
von neunundvierzig auszuwählen.
Aus wirtschaftlichen Gründen
und um die Menge an Drähten zu
verringern, hat das Gerät
lediglich einen Analog-Digital-Umsetzer
zum Lesen der neunundvierzig Temperaturmessaufnehmer (Thermistoren 87),
und nur einen Draht, der Daten an diesen Umsetzer überträgt. Dieser
Kanal muss folglich zwischen all diesen Messaufnehmern (Thermistoren 87)
geteilt werden, wobei das Ausgangssignal von nur einem von ihnen gleichzeitig
ausgewählt
wird. Die Komponente U4 ist ein analoger Multiplexer, der diese
Funktion ausführt. Von
den vier digitalen Bits, die in Reihe empfangen werden, wird eines
verwendet, um U4 zu aktivieren, und die anderen drei werden verwendet,
um eine der acht Kanäle
der Komponente auszuwählen
(von denen lediglich sieben verwendet werden). Wenn der Anschlussstift
vier niedrig gesteuert wird, wird U4 für diese Leiterplatte 79 aktiv
und stellt die Spannung von einem der sieben Kanäle dieser Leiterplatte in die
geteilte Ausgangsleitung bei J9.6. Wenn der Anschlussstift vier
auf eine hohe Spannung gezogen wird, bleibt umgekehrt der Ausgang
von U4 in einem hohen Impedanzzustand und die Ausgangsleitung wird
nicht betrieben. Dies ermöglicht
es, dass Daten von einer ausgewählten
Leiterplatte 79 gelesen werden, wobei die verbleibenden
Leiterplatten 79 keine Auswirkung auf das Signal haben.
Der Multiplexer U4 kann nur bei einer Leiterplatte 79 gleichzeitig
aktiviert werden; wenn mehr als eine Leiterplatte gleichzeitig frei
geschaltet wird, würden
die Signale einen Konflikt erzeugen und es würden keine nutzbaren Daten übertragen
werden.
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Eine
Temperaturfühlung
wird durch eine Spannungsteilertechnik durchgeführt. Ein Thermistor 87 und
ein festgelegter Widerstand (5,6 Kiloohm, R1-R8, in RS1 enthalten)
sind über
die elektronische Leistungsversorgung mit 5 Volt in Reihe geschaltet. Wenn
der Thermistor erwärmt
wird, fällt
sein Widerstand und die Spannung an dem Verbindungspunkt mit dem
5,6 Kiloohm-Widerstand fällt.
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Es
gibt mehrere Vorteile dieses Entwurfs, der bei dieser Ausführungsform
verwendet wurde. Und zwar sind die Temperatursteuerungs-Leiterplatten 79 klein
und kostengünstig.
Darüber
hinaus sind die Heizelement-Leiterplatten alle völlig gleich. Keine "Adresse" muss für die jeweilige
Leiterplatte 79 gesetzt werden.
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Schließlich hat
die Bedienungsschleife 90 eine kleine Größe.
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Ein
alternativer möglicher
Entwurf besteht darin, dass jede Temperatursteuerungs-Leiterplatten 79 mit
einer dauerhaften "Adresse" konfiguriert werden
kann, die gebildet wird, indem Brückendrähte oder Spuren außen an der
Leiterplatte hinzugefügt werden.
Der Prozessor sendet ein Datenpaket, das ein Adressensegment und
ein Datensegment enthält, und
diese Daten würden
in die Leiterplatte geladen, deren Adresse mit der gesendeten Adresse übereinstimmt.
Dieser Ansatz erfordert weniger Zeit, um Daten zu einer bestimmten
Leiterplatte zu senden, der Adressenvergleich erfordert jedoch zusätzliche
Hardware. Es erfordert außerdem
zusätzliche
Bedienungsschleifendrähte,
um die Daten zu übertragen (wenn
sie parallel gesendet werden), oder einen zusätzlichen Schieberegister-Chip,
wenn die Adresse seriell gesendet wird. Ein nochmals weiterer möglicher
Entwurf besteht darin, dass jede Temperatursteuerungs-Leiterplatte 79 ihren
eigenen Mikroprozessor besitzen könnte. Diese könnten alle über eine serielle
Datenverbindung mit dem Hauptcomputer 86 verbunden sein.
Dieser Ansatz verwendet sogar weniger Verbindungsdrähte als
die vorliegende Ausführungsform,
die Hardware-Kosten sind jedoch hoch. Es erfordert außerdem ein
Adressen-Schema, was bedeutet, dass die Leiterplatten nicht völlig gleich sein
würden.
Außerdem
wäre Code
für die
Mikroprozessoren erforderlich.