DE2117423C3 - - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Probenträger- und Transportvorrichtung zum Mischen und Transportieren von Flüssigkeiten — beispielsweise von Proben und Reagenzien — in einem Zentrifugalkraftfeld, insbesondere zur Verwendung in rotierenden photometrischen Analyseeinrichtungen, in Form einer ringförmigen Scheibe mit einer Vielzahl von radial angeardneten Ausnehmungen auf der Oberseite, wobei ede der Ausnehmungen in Reihenfolge nach außen wenigstens eine Reagenzkammer, eine Probenkammer und eine Transportkammer aufweist, die Transportkammer am unteren Ende mit einem am Umfang der Scheibe mündenden Auslaßkanal versehen ist und die äußeren, in Richtung nach oben gesehen nach außen geneigten Wandflächen der Reagenzkammer bzw. -kammern und der Prcibenkammer in einem Winkel zur Richtung der Zentrifugalkraft geneigt sind, der kleiner ist als ein rechter Winkel.

Wegen der zahlreichen durchzuführenden mikroanalytischen Untersuchungen in der biochemischen Forschung, bei klinischen Routineuntersuchungen für Ärzte und Krankenhäuser, in der Enzymforschung u.dgl. hat in den letzten Jahren das Bedürfnis für schnell arbeitende, automatische Analysevorrichtungen in bemerkenswertem Maße zugenommen. Zusätzlich zu diesem erhöhten Bedarf an Analysen ist es auf bestimmten Gebieten oft kritisch, eine Reihe von Reaktionen genau zum gleichen Zeitpunkt zun Laufen zu bringen, was jedoch erforderlich ist, wenn man zuverlässige Ergebnisse erzielen möchte. Dies ist besonders für die Enzymforschung wichtig, wo Tießbare Änderungen oft erst nach einem nur wenige Sekunden oder Minuten andauernden Reaktionsverlauf auftreten. Es sind jedoch nur wenige Vorrichtungen zum schnellen und genauen Durchführen einer Analyse verfügbar, mit denen die wachsende Zahl und die unterschiedliche Art der von Ärzten und Forschern erwünschten Versuche ausgeführt werden können.

Zur Durchführung einer schnellen Mikroanalyse für einen weitgezogenen Bereich unterschiedlicher Flüssigkeiten, beispielsweise Körperflüssigkeiten (wie Blutserum), Nahrungsmitteln u. dgl., ist ein analytisches, viele Stationen aufweisendes Photometer bekanntgeworden (Science, Volume 166, S. 317 bis 324, 1969), das unter Verwendung eines Zentrifugalkraftfeldes arbeitet. Da zahlreiche Analysen schnell und gleichzeitig ausgeführt werden können, ist diese Vorrichtung in den Fällen von besonderem Interesse, wo eine große Anzahl von Proben einzubeziehen oder unterschiedliche Versuche mit einer Probe durchzuführen sind. Da so eine Vorrichtung dsriiber hinaus die Verwendung von relativ kleinen Volumina von Reagenzien, d. h. im Mikroliierbereich, gestattet, kann die Verwendung von teuren Reaktionsmitteln stark verringert werden. Allerdings isi es bei so einer Vorrichtung ohne weiteres möglich, daß Teile der Probe womöglich gar auf dem Probenkammerboden verbleiben, ohne in die Transportkammer mit hinübergerissen zu werden, wenn nämlich das Reagenzmittel über die öffnung der Probenkammer direkt in die Transportkammer hineingeschwappt ist. Dadurch kann es zu einer außerordentlich störenden Änderung der gewünschten Konzentrationsverhältnisse in der endgültigen Mischung kommen.

Eine weitere bekannte, mit einem Zentrifugalkraftfeld arbeitende Vorrichtung für mikroanalytische Untersuchungen (»Analytical Biochemistry«, 28 [1969], ρ 545 bis 562) verwendet das Prinzip der Doppelstrahlspektroskopie, wo die Absorptionsvermögen einer flüssigen Probe und einer Bezugslösung miteinander verglichen werden. Die Anordnung besteht hier im Prinzip aus einer Reihe von Küvetten, die um den Umfang eines Rotors so angeordnet sind, daß, wenn der Rotor in Drehung versetzt wird, die Zentrifugalkraft die Reagenzien und Proben zu den Küvetten transportiert, wo die Konzentration spektroskopisch gemessen wird. Dabei ist eine Scheibe für die Aufnahme der Proben vorgesehen, die Reihen von konzentrisch angeordneten Hohlräumen aufweist. In dem innersten Hohlraum werden die Reagenzien und die Serumproben in dem Mittelhohlraum der Probenscheibe untergebracht, die dann registriert und in dem Rotor angeordnet wird, wobei jedes Reagenz und jede Serumprobe ihre jeweilige Küvette haben. Wenn der Rotor beschleunigt wird, bewegen sich die Reagenzien und die Proben infolge der Zentrifugalkraft zu dem äußerst£n Hohlraum, wo sie durch einen kleinen Kanal zu der Küvette transportiert werden. Während des Transports werden das Reagenz und die Probe vermischt. Die gefüllten Küvetten drehen sich schnell an dem ortsfesten Lichtstrahl vorbei, während die Lichtdurchlässigkeit gemessen wird. Diese Vorrichtung weist jedoch den Nachteil auf, daß die Reagenzien und Proben nicht völlig in die Küvette transportiert werden können. Wenn aber die Überführung nicht vollständig ist, kann dte Konzentration der Probe in der Küvette unrichtig sein, was zu einer fehlerbehafteten Ablesung führt.

Eine weitere bekannte, mit einem Zentrifugalkraftfeld arbeitende Vorrichtung für mikroanalytische Untersuchungen ist in der BE-PS 7 42 962 beschrieben. Bei dieser Vorrichtung sind in einer ringförmigen Scheibe

eine Vielzahl von radial angeordneten Ausnehmungen auf der Oberseite vorgesehen, wobei jede der Ausnehmungen in Reihenfolge nach außen eine Reagenzkammer, eine Probenkammer und eine Transportkammer aufweist Vom unteren Ende der Transportkammer weg führt ein an dem Umfang der Scheibe mündender Auslaßkanal, von dem aus die mit der Reagenzflüssigkeit vermischte Probenflüssigkeit in eine Aufnahmekammer nach außen abgeleitet wird, in der sie durch Vorbeiführung an einem ortsfesten Lichtstrahl sodann strahlenspektroskopisch untersucht werden kann. Bei einer Vorrichtung dieser Art ist es infolge des geringen dabei verwendeten Anstiegswinkels, mit dem die Wände der einzelnen Kammern zur Außenseite der Rotationsscheibe hin ansteigen, wie auch infolge der etwa gleich großen Tiefe von Reagenzkammer, Probenkammer und Transportkammer wiederum sehr leicht möglich, daß ein Überschwappen der Flüssigkeit aus der einen dieser Kammern in die andere ohne Berührung des Bodens bzw. des Inhalts derselben stattfinden kann. Dies führt wiederum zu einer unreichenden Entleerung der einzelnen Kammern, wodurch der gesamte Mischvorgang erst relativ spät, nämlich in der Transportkammer bzw. Mischkammer eingeleitet wird.

Ausgehend von diesem gattungsgemäßen Stand der Technik stellt sich die Erfindung die Aufgabe, eine solche Vorrichtung so zu verbessern, daß bei ihr die Probe und die Reagenzien bei guter Vermischung beider völlig in die Küvette übergeführt werden köruien, wobei eine optimale Genauigkeit bei den auftretenden Misch- wie Überführungsvorgängen gegeben sein soll.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Probenkammer von geringerer liefe als die Reagenzkammer ist. Hierdurch wird gegenüber dem gattungsgemäßen Stand der Technik der Vorteil erreicht, daß das Reagenzmitiel, nachdem es unter der Wirkung der Fliehkraft an der Wand der Reagenzkammer hochgelaufen ist, mit großer Zuverlässigkeit über den Kammerboden der Probenkammer streicht, dabei die Probe selbst mitreißt und gemeinsam mit der Probe die Wand der Probenkammer hinauf in die Transportkammer geführt wird. Hierdurch findet bereits in der Probenkammer eine Mischung zwischen Reagenzmittel und Probe statt, ohne daß die Gefahr eines Überschwappens der Probenflüssigkeit gegeben wäre. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen aber auch noch gewährleistet, daß das den Boden der Probenkammer beaufschlagende Reagenzmittel immer die gesamte Probe anschließend mit in die Transportkammer hinüberreißt, ohne daß, wir- dies beim bekannten Stand der Technik ohne weiteres möglich ist, etwa Teile des Probenmittels womöglich gar auf dem Boden der Probenkammer verbleiben, ohne in die Transportkammer mit hinübergerissen zu werden, wie dies der Fall ist, wenn das Reagenzmittel über die öffnung der Probenkammer direkt in die Transportkammer hineinschwappt. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird gegenüber dem bekannten Stand der Technik somit eine frühzeitiger eintretende und damit gründlichere Vermischung der einzelnen Komponenten erzielt, wodurch die Genauigkeit des Vorhegens des für die Endmischung gewünschten Mischungsverhältnisses stark verbessert wird und überdies eine vollständige Überführung der Flüssigkeiten in die Transportkammer bzw. in die Küvette gewährleistet ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erweist es sich als besonders vorteilhaft, wenn der Boden der Probenkammer an der Stelle, wo er auf die Wand trifft, die die Probenkammer von der Transportkammer trennt, gekrümmt ist. Von besonderem Vorteil ist es weiterhin auch noch, wenn die Kammern eine im wesentlichen zylindrische Form haben.

/in Hand der Zeichnung wird die Erfindung an Hand einer beispielsweisen Ausführungsform noch näher erläutert.

Die schematisch im Axialschnitt gezeigte Vorrichtung

zo besteht aus einer Rotorscheibe 10, die um eine Achse 12 rotiert und eine Reagenzkammer 14, eine Probenkammer 16, eine Transportkammer 18 und eine Auslaßöffnung 20 aufweist. Wenn sich die die Reagenz- und Probenkammer enthaltende Scheibe dreht, treibt, wie aus der Zeichnung zu ersehen ist. die zunehmende Zentrifugalkraft das Reagenz aus seiner Kammer die Zwischenwand zwischen der Reagenz- und der Probenkammer hinauf und die Probe aus ihrer Kammer in die Transportkammer hinüber. In dem Augenblick.

wo das Reagenz die Probe in die Transportkanimer und gegebenenfalls in die Küvette hinüberreißt, beginnt unmittelbar die Vermischung von Reagenz und Probe. Dadurch, daß die Reagenz- und die Probenkammer zur äußeren Umfangsfläche der Scheibe geneigt sind und die Probenkammer nicht so tief wie die Reagenzkammer ist, u. h. sich zwischen ihnen eine Trennwand bzw. ein Absatz ausbildet, werden das Reagenz und die Probe getrennt gehalten, bis man die Rotorscheibe rotieren läßt. Das flüssige Reagenz steigt dann an der Außenwand der Reagenzkammer hoch, tritt über den Boden der Probenkammer und reißt die Probe die Wand der Probenkammer hinauf mit in die Transportkammer. Die Probenkammerwand sollte bis zu einem Punkt ansteigen, der gerade unter der Oberseite der Rotorscheibe liegt.

Die Kammern können beispielsweise zylindrisch, oval, quadratisch oder ähnlich geformt sein, solange nur die prinzipielle geometrische Form beibehalten ist. Die Rotorscheibe selbst kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, beispielsweise aus linearem Polyäthylen hoher Dichte, Tetrafluoräthylen u. dgl. Die Oberflächen der Kammern müssen natürlich aus einem Material bestehen, an dem weder die Reagenzien noch die Proben festhaften können, wenn der Rotor in Drehung versetzt wird. Die Stelle in der Probenkammer 16, bei welcher der Boden auf die dem Außenumfang der Scheibe 10 am nächsten liegende Wand trifft, ist vorzugsweise gekrümmt ausgebildet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Probenträger- und Transportvorrichtung zum Mischen und Transportieren von Flüssigkeiten — beispielsweise von Proben und Reagenzien — in einem Zentrifugalkraftfeld, insbesondere zur Verwendung in rotierenden photometrischen Analyseeinrichtungen, in Form einer ringförmigen Scheibe mit einer Vielzahl von radial angeordneten Ausnehmungen auf der Oberseite, wobei jede der Ausnehmungen in Reihenfolge nach außen wenigstens eine Reagenzkammer, eine Probenkammer und eine Transportkammer aufweist, die Transportkammer am unteren Ende mit einem am Umfang der Scheibe mündenden Auslaßkanal versehen ist und die äußeren, in Richtung nach oben gesehen nach außen geneigten Wandflächen der Reagenzkammer bzw. -kammern und der Probenkammer in einem Winkel zur Richtung der Zentrifugalkraft geneigt jo sind, der kleiner ist als ein rechter Winkel, dadurch gekennzeichnet, daß die Probenkammer (16) von geringerer Tiefe als die Reagenzkammer (14) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden der Probenkammer (16) an der Stelle, wo er auf die Wand trifft, die die Probenkammer (16) von der Transportkammer (18) trennt, gekrümmt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (16; 18) im wesentlichen zylindrische Form haben.