DE69031474T2

DE69031474T2 - Rotor und Verfahren zur automatischen Verarbeitung von Flüssigkeiten für labor- und bioanalytische Zwecke

Info

Publication number: DE69031474T2
Application number: DE69031474T
Authority: DE
Inventors: Carl A Burtis; Wayne F Johnson; William A Walker
Original assignee: Lockheed Martin Energy Systems Inc
Current assignee: Lockheed Martin Energy Systems Inc
Priority date: 1989-05-30
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1998-01-29
Anticipated expiration: 2010-05-10
Also published as: JPH04507288A; EP0629850A3; ATE158405T1; US5173262A; EP0477206A1; EP0631124A1; DE69031472T2; JPH07111436B2; DE69031473D1; DE69031474D1; DE69031169D1; EP0629850A2; EP0629850B1; WO1990015321A2; EP0631124B1; DE69031472D1; ATE158408T1; WO1990015321A3; DE69031470T2; EP0477206B1

Description

Die Regierung der Vereinigten Staaten hat die Rechte an dieser Erfindung gemäß dem Vertrag Nr. DE-AC05-840R21400 mit Martin Marietta Energy Systems, Inc., wobei der Zuschlag durch das Department of Energy der Vereinigten Staaten erteilt wurde.

Bereich der Erfindung

Diese Erfindung ist eine weiterführende Teilanmeldung des U.S. Patents Nr. 4,835,106, ausgestellt am 30. Mai 1989, mit dem Titel "Rotor zur Verarbeitung von Flüssigkeiten unter Verwendung beweglicher Kapillarrohre".
Diese Erfindung betrifft allgemein einen Rotor zur Verarbeitung von Flüssigkeiten. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Rotor, mit dem eine Anzahl bioanalytischer Verarbeitungsschritte automatisch an einer Flüssigkeit durchgeführt werden kann, und ein Verfahren der Verwendung des Rotors.

Hintergrund der Erfindung

Rotoren zur Verwendung während der Verarbeitung von Flüssigkeiten sind bekannt. Ein solcher Rotor, beschrieben in dem U.S. Patent Nr. 3,901,658, beschreibt eine Rotoranordnung für das Durchführen photometrischer Analysen unter Verwendung von Gesamtblutproben. Die Rotoranordnung schließt eine Schüssel für die Zellsedimentierung zum Trennen roter Blutzellen von Plasma unter Zentrifugalkraft ein. Nach der Trennung wird das Plasma aus der Schüssel für die Sedimentierung entfernt und gemessene Teilvolumina werden auf die jeweiligen Küvetten für die Probenanalysen verteilt, die in einer eckigen Anordnung um die Rotorperipherie herum positioniert sind. Ein anderer in dem U.S. Patent Nr. 4,515,889 beschriebener Rotor wird dazu benutzt, eine Probenlösung mit wenigstens einem Reagenz zu mischen und zu inkubieren, und einen Parameter optisch in dem inkubierten Reaktionsgemisch zu messen. Jeder Schritt des Mischens, Inkubierens und Messens wird unter Einfluß von Zentrifugalkräften ausgeführt, die durch die Rotation des Rotors erzeugt werden. Andere Beispiele von Rotoren werden in dem U.S. Patent Nr.4,835,106 dargelegt, auf das oben Bezug genommen wurde und dessen Beschreibung hier unter Bezugnahme eingearbeitet ist.
Früher wurde das Aufteilen von flüssigen Proben und Verdünnungsmitteln in gleiche Teile zur Verwendung in einem Rotor von Hand durchgeführt, bevor man den gleichen Anteil in den Rotor für einen Verarbeitungsschritt einführte. Es wäre wünschenswert, einen Rotor zur Verfügung zu haben, bei dem eine abgemessene Menge eines gleichen Anteils automatisch von einer überschüssigen Menge von in den Rotor eingeführter Flüssigkeit ohne die Verwendung von Kapillaren, beweglichen innerhalb des Rotors gehaltenen Teilen oder das Eingreifen des Analytikers von Hand getrennt werden kann.
Zusätzlich hat die Weiterleitung von Flüssigkeiten innerhalb des Rotors von einer Kammer zur anderen zu Verarbeitungszwecken Schwierigkeiten wegen Raumbeschränkungen innerhalb des Rotors hervorgebracht, welche den Weiterleitungsmechanismen zugeschrieben werden können. Es wäre also wünschenswert, einen Rotor bereitzustellen, bei dem Flüssigkeit von einem Teil des Rotors zum anderen ohne die Verwendung von Weiterleitungsmechanismen innerhalb des Rotors weitergeleitet werden kann. Darüber hinaus wäre es wünschenswert, einen Rotor mit einer inneren Durchgangsöffnung bereitzustellen, durch welche Flüssigkeit nicht vor dem Auftritt eines vorbestimmten Ereignisses, wie etwa dem Einführen einer Kapillare durch die Durchgangsöffnung, hindurchlaufen kann.
Herkömmliche Rotoren sind alle gemeinsam im Hinblick darauf beschränkt, daß in jedem der Rotoren nur eine begrenzte Anzahl von Verarbeitungsschritten durchgeführt werden kann. Beim Analysieren einer Gesamtblutprobe zum Beispiel kann eine große Anzahl von Verarbeitungsschritten vorkommen, einschließlich einer Trennung des Plasmabestandteils der Probe von dem zellulären Bestandteil, wobei man einen gemessenen gleichen Anteil von Plasma erhält, und des anschließenden Mischens des gleichen Anteils mit einem Reagenz, um eine Reaktion herbeizuführen, welche überwacht wird. Zusätzliche Verarbeitungsschritte können die Verdünnung, Trennung, das Entfernen von Proteinen und das Auswaschen einschließen.
Andere Beispiele eines Analysenverfahrens oder einer Analysentechnik, bei denen eine große Anzahl von Verarbeitungsschritten vorkommen, sind der enzymgebundene Immunosorbensassay (ELISA) und heterogene Enzymimmunoassays, welche man dazu verwendet, entweder Antigene oder Antikörper in biologischen Proben zu bestimmen und zu qualifizieren. Das ELISA-Verfahren benutzt enzymmarkierte Immunreaktionspartner (Antigen oder Antikörper), die kovalent an einen festen Träger, wie etwa die Innenseite von Teströhren, die Oberfläche von Perlen oder die Oberfläche von einzelnen Vertiefungen in Mokroliterplatten gebunden sind. Obwohl bei der Bioanalyse bekannt und verbreitet angewendet, ist es schwierig, die ELISA-Assays vollständig zu automatisieren, da sie die Trennung des unmarkierten Antigens (oder Antikörpers) von dem markierten Antigen (oder Antikörper), der an den festen Träger gebunden ist, erfordert. Auch erfordern die ELISA-Verfahren eine Reihe von aufeinanderfolgenden Manipulationen, um einen Assay durchzuführen. So erfordert zum Beispiel selbst ein einfaches ELISA-Verfahren die Vorverarbeitung und das Dosieren, mehrfaches Zugeben von Reagenzien, Inkubationen und Auswaschungen, Reaktionsüberwachung und die Datengewinnung und -verarbeitung.
Herkömmlicherweise wird ein ELISA-Verfahren in einer einzelnen Reaktionskammer durchgeführt, welche den immobilisierten Antikörper oder das immobilisierte Antigen enthält. Gleiche Anteile der Probe, Reagenzien, Lösungen und ähnliche Substanzen werden gemäß dem Verarbeitungsschritt, den man in der Kammer durchführen will, in die einzelne Reaktionskammer eingeführt oder aus ihr entfernt. Es ist jedoch üblich, daß einige Schritte in dem Verfahren außerhalb der Reaktionskammer in Vorbereitung von verschiedenen in der Kammer durchzuführenden Verarbeitungsschritte durchgeführt werden. Solche außerhalb durchgeführten Tests machen das Analyseverfahren zeitraubend und beschwören Fehler herauf, für die ein Analytiker verantwortlich sein kann. Darüber hinaus könnte der Analytiker während Tests, wie etwa denen, die einschließlich eines enzymgebundenen Immunosorbensassays (ELISA) verwendet werden, um das Vorhandensein eines AIDS-Antikörpers zu bestimmen, einer lebensgefährlichen Probe während des Durchführens von außerhalb liegenden Verarbeitungsschritten ausgesetzt sein. Es wäre wünschenswert, einen Rotor bereitzustellen, in welchem eine verhältnismäßig große Anzahl von Verarbeitungsschritten automatisch ausgeführt werden kann, um so die Anzahl von außen liegenden Verarbeitungsschritten zu beschränken, die während der Analyse notwendig sind, und die Sicherheit einer Analyse während bestimmter Arten des Testens zu erhöhen. Es wäre insbesondere wünschenswert, ein Rotorsystern bereitzustellen, welches alle die Schritte des ELISA-Verfahrens automatisiert.
Entsprechend ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen neuen und verbesserten Rotor zur Verwendung während der Verarbeitung von Flüssigkeiten bereitzustellen.
Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Rotor mit wenigstens zwei inneren Kammern bereitzustellen, in denen Flüssigkeit von einer Kammer zur anderen ohne die Verwendung von Weiterleitungsmechanismen innerhalb des Rotors weitergeleitet wird.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Rotor bereitzustellen, in welchem eine verhältnismäßig große Anzahl von Verarbeitungsschritten automatisch ausgeführt werden können.
Ein noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Rotor bereitzustellen, welcher besonders gut zum Analysieren von Gesarntblutproben geeignet ist und welcher die Sicherheit für den Analytiker während der Verarbeitungsschritte erhöht.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen Rotor bereitzustellen, dessen Betrieb gut für die Verwendung in Mikro-Schwerkraftbedingungen im Raum geeignet ist.
Ein darüber hinausgehendes Ziel der Erfindung ist es, Rotoreneinrichtungen zum Automatisieren eines enzymgebundenen Immunosorbensassay-(ELISA-)Verfahrens und anderer ähnlicher Verfahren bereitzustellen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung besteht aus einem Verfahren zum Benutzen einer Rotoranordnung zum Durchführen von Verarbeitungsschritten mit einer Flüssigkeit. Die Anordnung schließt einen um eine Drehachse drehbaren Rotorkörper ein und hat ein Netzwerk aus Kammern, in welchen Verarbeitungsschritte mit Flüssigkeit, die in den Rotorkörper eingeführt wurde, durchgeführt werden.
Bei einem Aspekt der Erfindung, welcher nicht Teil der Erfindung ist, ist der Rotorkörper in der Lage, zumindest einen gemessenen Anteil an Flüssigkeit von einer überschüssigen Menge an Flüssigkeit zu trennen. Zu diesem Zweck schließt der Rotorkörper eine Beladungskammer zur Aufnahme einer überschüssigen Flüssigkeitsmenge, eine Meßkammer zum Annehmen eines gemessenen Anteils von Flüssigkeit und eine Überlaufkammer zum Sammeln von wenigstens einem Teil der verbleibenden Flüssigkeit ein. Die Beladungs-, Meß- und Überlaufkammern stehen in Fließverbindung miteinander und sind in solch einer Beziehung zu der Drehachse des Körpers angeordnet, daß bei Drehung des Körpers die Fliissigkeit zentrifugal radial aus der Beladungskammer heraus nach außen und in die Meß und Überflußkammern zu einem Gleichgewichtszustand getrieben wird, bei welchem die Flüssigkeit aufhört, zwischen den Kammern zu fließen. Wenn die Flüssigkeit ihren Gleichgewichtszustand erreicht, ist ein Anteil eines vorgeschriebenen Maßes innerhalb der Meßkarnmer enthalten und von der übrigen Flüssigkeit abgetrennt. Während eines Aspektes des Verfahrens der Erfindung bezüglich dieses Rotorkörpers wird eine überschüssige Menge von Flüssigkeit in die Beladungskammer eingeführt, und der Rotorkörper wird gedreht, bis die Flüssigkeit ihren Gleichgewichtszustand erreicht.
Bei weiterer Beschreibung der obigen Anordnung, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, schließt der Rotorkörper eine Beladungskammer mit einem Eingang zur Annahme einer überschüssigen Menge von Flüssigkeit und einem Beladungskammerausgang, durch welchen die Flüssigkeit die Beladungskammer verläßt, ein, wobei der Beladungskammerausgang sich bei einem ersten radialen Abstand von der Drehachse entfernt befindet. Der Rotorkörper schließt ferner eine Meßkammer zur Aufnahme einer volumetrischen Menge der überschüssigen Flüssigkeitsmenge ein, wobei die Meßkammer einen Meßkammereingang hat, durch welchen die Flüssigkeit in die Meßkammer eintritt und sich der Meßkammereingang bei einem zweiten radialen Abstand von der Drehachse entfernt befindet, wobei der zweite radiale Abstand größer ist als der erste radiale Abstand. Der Rotorkörper schließt weiterhin eine Überlaufkammer zur Aufnahme wenigstens eines Teils der überschüssigen Flüssigkeitsmenge ein, wobei die Überlaufkammer einen Überlaufkammereingang hat, durch welchen die Flüssigkeit in die Überlaufkammer eintritt, wobei sich der Überlaufkarnmereingang bei einem dritten radialen Abstand von der Drehachse entfernt befindet und der dritte radiale Abstand größer ist als der zweite radiale Abstand. Der Rotorkörper schließt ferner eine Fließverbindungseinrichtung ein, der einen Fließverbindungsweg zwischen dem Beladungskammerausgang, dem Meßkammereingang und dem Überlaufkammereingang begrenzt und sich über einen vierten radialen Abstand von der Drehachse erstreckt, wobei der vierte radiale Abstand größer ist als der dritte radiale Abstand. Die Fließverbindungseinrichtung hat eine höhere Fließkapazität zu der Meßkamrner als zu der Überlaufkammer.
Bei einem anderen Aspekt der Anordnung hat der Rotorkörper einen ersten Hohlraumbereich zum Enthalten einer Flüssigkeit und einen zweiten Hohlraumbereich, der an einer Seite des ersten Hohlraumbereiches in Übereinstimmung mit der Richtung angeordnet ist, in welcher der Rotorkörper um seine Drehachse gedreht wird. Der erste und der zweite Hohlraumbereich stehen miteinander in Fließverbindung, so daß, wenn der Rotorkörper in einer Weise in einer Richtung gedreht wird, daß der in dem ersten Hohlraumbereich enthaltenen Flüssigkeit Bewegungsenergie verliehen wird, und dann schnell gestoppt wird, die in dem ersten Hohlraumbereich enthaltene Flüssigkeit mittels der verliehenen Bewegungsenergie zu dem zweiten Hohlraumbereich überführt wird. Während eines begleitenden Verfahrens der Erfindung wird Flüssigkeit in den ersten Hohlraumbereich eingeführt, und der Rotorkörper wird in der einen Richtung in einer Weise gedreht, daß der in dem ersten Hohlraumbereich enthaltenen Flüssigkeit Bewegungsenergie verliehen wird. Die Drehung des Rotorkörpers wird anschließend schnell gestoppt, so daß die Flüssigkeit durch die verliehene Bewegungsenergie zu dem zweiten Hohlraumbereich überführt wird.
Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der Rotorkörper in einem Assay- Verfahren, wie etwa einem ELISA-Verfahren unter Verwendung einer Gesamtblutmenge verwendet. Zu diesem Zweck schließt der Rotorkörper eine mittige Kammer und mindestens sechs getrennte Kammern ein, welche mit der mittigen Kammer in Verbindung stehen und sich strahlenförmig von ihr ausbreiten. Darüber hinaus ist eine hin- und hergehende Einrichtung in dem Rotorkörper positioniert und schließt einen Körper ein, welcher gleitbar durch die mittige Kammer bewegbar und in wirksamer Registerhaltung mit irgendeiner der getrennten Kammern positionierbar ist. Zusätzlich schließt die hin- und hergehende Einrichtung einen Reaktionsbecher ein, der ein immobilisiertes Antigen oder einen immobilisierten Antikörper zum Transport zwischen den getrennten Kammern trägt. Am Anfang des Verfahrens wird eine Gesarntblutprobe in eine erste der getrennten Kammern eingeführt, eine Waschlösung wird in eine zweite der getrennten Kammern eingeführt, eine dritte der Kammern ist Trokkenzwecken vorbehalten, ein Enzymkonjugat wird in die vierte der getrennten Kammern eingeführt, eine Substratlösung wird in eine fünfte der getrennten Kammern eingeführt, und ein Bezugsreagenz wird in eine sechste der getrennten Kammern eingeführt.
Der Rotorkörper wird dann gedreht, um zentrifugal das Gesamtblut in zelluläre und Plasmabestandteile zu trennen. Die Rotorkörperdrehung wird anschließend gestoppt, und der Reaktionsbecher wird in wirksamer Registerhaltung mit der ersten Kammer zum Binden des von dem Reaktionsbecher getragenen immobilisierten Antigens oder Antikörpers an ein(en) in der Probe enthaltenes(en) lösliches(en) Antigen oder Antikörper positioniert. Der Reaktionsbecher wird dann aus der ersten Kammer entfernt und in wirksamer Registerhaltung mit der zweiten Kammer positioniert. Der Reaktionsbecher wird dann in der in der zweiten Kammer enthaltenen Waschlösung gewaschen und in der dritten Kammer getrocknet, während der Rotorkörper gedreht wird. Bei Anhalten der Rotorkörperdrehung wird der Reaktionsbecher dann von der dritten Kammer entfernt und zum Binden des Enzymkonjugats an den gebundenen Antigen/Antikörper-Komplex der Plasmaprobe in wirksamer Registerhaltung mit der vierten Kammer positioniert. Der Reaktionsbecher wird anschließend von der vierten Kammer entfernt und in wirksamer Registerhaltung mit der zweiten der getrennten Kammern positioniert, wo der Becher in der darin enthaltenen Waschlösung gewaschen wird. Der Becher wird danach in Registerhaltung mit der dritten Kammer zum Trocknen positioniert, während der Rotorkörper gedreht wird. Bei Stoppen der Rotorkörperdrehung wird der Reaktionsbecher aus der Registerhaltung mit der dritten Kammer entfernt und in die in der fünften Kammer enthaltene Substratlösung zur Erzeugung eines Analyseproduktes eingeführt. Der Becher wird danach von der fünften Kammer entfernt, und das erzeugte Produkt wird während der Drehung des Rotorkörpers optisch überwacht, und das überwachte Produkt wird mit dem Bezugsreagenz, das in der sechsten Kammer enthalten ist, verglichen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine Draufsicht auf einen Rotorkörper einer Anordnungs-Ausführungsform, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, die mit entfernter oberer Platte gezeigt ist.
Figur 2 ist eine Querschnittsansicht, die etwa entlang der Linie 2-2 von Figur 1 genommen ist und die in schematischer Form Bestandteile zum Betreiben des Rotorkörpers von Figur 1 darstellt.
Figur 3 ist eine ähnliche Ansicht wie die von Figur 1, die den Zustand des Verdünnungsmittels in dem Rotorkörper darstellt, wenn es in diesen eingeführt wurde.
Die Figuren 4-6 sind Ansichten, die der von Figur 3 ähneln, die in einer Abfolge die verschiedenen Zustände von Verdünnungsmittel in dem Rotorkörper darstellen, wenn dieser gedreht wird und bevor das Verdünnungsmittel einen Gleichgewichtszustand erreicht.
Figur 7 ist eine Ansicht ähnlich der von Figur 3, die den Zustand des Verdünnungsmittels nach Erreichen eines Gleichgewichtszustandes darstellt.
Figur 8 ist eine Ansicht ähnlich der von Figur 3, die den Zustand des Verdünnungsmittels darstellt, wenn die Drehung des Rotorkörpers abrupt gestoppt wird.
Figur 9 ist eine etwa entlang der Linie 9-9 von Figur 8 genommene weggebrochene Querschnittsansicht.
Figur 10 ist eine Seitenansicht der Kapillar-Meßanordnung der Anordnung von Figur 1 in einem größeren Maßstab.
Die Figuren 11-14 sind Ansichten ähnlich der von Figur 3, die die aufeinanderfolgenden Positionen der Kapillar-Meßanordnung darstellen, wie sie zum Transport einer Serumprobe zu verschiedenen Bereichen des Rotorkörpers verwendet wird.
Figur 15 ist eine entlang der Linie 15-15 von Figur 1 genommene Querschnittsansicht.
Die Figuren 16 und 17 sind Ansichten ähnlich der von Figur 3, die in einer Abfolge die verschiedenen Zustände von Fluidinhalten des Rotorkörpers während eines Schrittes des Mischens und eines anschließenden Schrittes einschließlich der Überführung von gemischtem Fluid von den Mischkammern darstellt.
Figur 18 ist eine Draufsicht auf einen Rotorkörper einer alternativen Anordnungs- Ausführungsform, welche ebenfalls nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist und welche mit entfernter oberer Platte gezeigt ist.
Figur 19 ist eine etwa entlang der Linie 19-19 von Figur 18 genommene Querschnittsansicht und stellt in schematischer Form Bestandteile zum Betreiben des Rotorkörpers von Figur 18 dar.
Figur 20 ist eine etwa entlang der Linie 20-20 von Figur 18 genommene Querschnittsansicht.
Die Figuren 21-23 sind etwa entlang der Linie X-X von Figur 1 9 genommene weggebrochene Querschnittsansichten, die aufeinanderfolgende Positionen der Kapillar- Meßanordnung der Rotoranordnung darstellen, während sie zwischen gesonderten Kammern des Rotorkörpers bewegt wird.
Figur 24 ist eine Ansicht ähnlich der von Figur 20, die aufeinanderfolgende Positionen der Kapillar-Meßanordnung darstellt, während sie vertikal durch den Rotorkörper bewegt wird.
Figur 25 ist eine perspektivische Ansicht eines Rotorkörpers der in dem vorliegenden erfinderischen Verfahren verwendeten Anordnungs-Ausführungsform, gezeigt in Explosionsdarstellung.
Figur 26 ist eine Draufsicht auf den Rotorkörper, wie er entlang der Linie 26-26 von Figur 25 gesehen wird.
Figur 27 ist ein entlang der Linie 27-27 von Figur 25 genommener Querschnitt, der die hin- und hergehende Einrichtung darstellt, wie sie in wirksamer Registerhaltung innerhalb einer der Rotorkörperkammern positioniert ist.
Figur 28 ist eine perspektivische Ansicht der hin- und hergehenden Einrichtung der Anordnungs-Ausführungsform von Figur 25 in Explosionsdarstellung.
Figur 29 ist eine weggeschnittene Ansicht der Rotoranordnung von Figur 1, die Merkmale darstellt, die sich auf die Trennung einer volumetrischen Menge an Flüssigkeit von einer überschüssigen Flüssigkeitsmenge beziehen.
Figur 30 ist eine Draufsicht auf eine isolierte Rotoranordnungs-Ausführungsform, die der in Figur 29 gezeigten weggeschnittenen Ansicht ähnelt.
Figur 31 ist eine weggeschnittene Ansicht der Rotoranordnung von Figur 1, die Merkmale darstellt, die die Überführung von Flüssigkeit von einem Hohlraum zum anderen betreffen.
Figur 32 ist eine Draufsicht auf eine isolierte Rotoranordnungs-Ausführungsform, die der in Figur 31 gezeigten weggeschnittenen Ansicht ähnelt.
Figur 33 ist eine weggeschnittene Ansicht der Rotoranordnung von Figur 1, die Merkmale darstellt, die sich auf die Kapillar-Meßanordnung der Figuren 1-17, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, beziehen.
Figur 34 ist eine Draufsicht auf eine isolierte Rotoranordnungs-Ausführungsform, die der in Figur 33 gezeigten weggeschnittenen Ansicht ähnlich ist.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Die Figuren 1-17 zeigen eine Ausführungsform, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.
In den Figuren 1 und 2 wird eine Rotoranordnung 50 einschließlich eines Rotorkörpers 52 gezeigt, der sich um eine vertikale Achse R drehen kann. Der Rotorkörper 52 schließt eine obere Platte 54 (in Figur 1 zur Verständlichkeit entfernt), eine mittlere Platte 56 und eine Bodenplatte 58 ein, die abdichtend aneinander angebracht sind. Wie am besten in Figur 1 gezeigt, schließt die mittlere Platte 56 ein Netzwerk aus Durchgängen und Hohlräumen ein, die mehrere Kanäle und miteinander verbundene Kammern durch den Körper 52 aufweisen. Während ausgewählter Betriebsstufen der Rotoranordnung 50 wird in dem Rotorkörper 52 enthaltene Flüssigkeit durch die Durchgänge oder die Kammern des Körpers entweder durch Zentrifugalkräfte, die auf die Flüssigkeit während der Drehung des Körpers 52 ausgeübt werden, durch Dreh-Bewegungsenergie, die auf die Flüssigkeit einwirkt, sobald die Drehung des Körpers 52 plötzlich angehalten wird oder mittels eines Überführungsmechanismus' 60, der hier im folgenden beschrieben wird, der zwischen vorausgewählten Positionen in den Durchgängen des Rotorkörpers bewegt werden kann, bewegt.
Die Rotoranordnung 50 wird hier für die Verwendung während der Durchführung einer Anzahl von Verarbeitungsschritten an einer Blutprobe beschrieben. Solche Verarbeitungsschritte schließen zum Beispiel die Trennung von Blutserum von Blutzellen, das Ziehen eines speziellen Anteils des Serums, das Verdünnen des Anteils des Blutserums mit einer speziellen Menge an Verdünnungsmittel und das Abliefern des verdünnten Serums an einem Analysetestpolster oder einer anderen Analyseeinrichtung ein. Es versteht sich jedoch von selbst, daß die hier beschriebene Rotoranordnung 50 zur Verarbeitung anderer Flüssigkeiten oder Fluide zur Auswertung verwendet werden kann. Entsprechend müssen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung unterschiedlich angewendet werden.
Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird der Rotorkörper 52 mittels eines Umkehrmotors 62, der den Rotorkörper 52 in verschiedenen Drehgeschwindigkeiten kreisen lassen kann, um die Achse R gedreht. Die Bremseinrichtung 64 ist in geeigneter Weise mit dem Rotorkörper 52 oder dem Motor 62 zum abrupten Anhalten der Drehung des Körpers 52, wenn die Körperdrehung plötzlich gestoppt werden soll, gekoppelt. Zum Zwecke der automatischen Steuerung der Einleitung, der Geschwindigkeit und des Bremsens der Drehung des Rotorkörpers ist eine Steuereinrichtung 66 mit dem Motor 62 und der Bremseinrichtung 64 gekoppelt.
Zum Zwecke des Verdünnens eines Teils der Blutprobe mit einem Anteil von Verdünnungsmittel eines vorgeschriebenen Maßes schließt der Rotorkörper 52 eine Einrichtung ein, durch welche wenigstens ein Anteil vorgeschriebenen Volumens von einer überschüssigen Menge an in den Rotorkörper 52 eingeführten Verdünnungsmittel getrennt werden kann. In diesem Zusammenhang und unter Bezugnahme auf Figur 1 sind die Hohlräume und Durchgänge des Rotorkörpers 52 so geformt, daß sie über eine Beladungskammer 68, zwei Meßkammern 70, 72 und eine Überlaufkammer 74 verfügen. Die Beladungs-, Meß- und Über- laufkammern 68, 70, 72, 74 sind in Fließverbindung miteinander verbunden und in solch einer Beziehung zueinander und zu der Drehachse R angeordnet, daß die während der Drehung erzeugten Zentrifugalkräfte das Verdünnungsmittel von der Beladungskammer 68 radial nach außen in einen Gleichgewichtszustand bewegen, in welchem die Flüssigkeit aufhört, sich unter den Einwirkungen der Zentrifugalkraft durch den Körper 52 zu bewegen, und daß ein gemessener Anteil an Verdünnungsmittel in jeder der Meßkammern 70, 72 enthalten und getrennt von dem restlichen Verdünnungsmittel ist. Aufschlußreiche Ansichten dieses besonderen Aspekts der Erfindung lassen sich auch in den Figuren 29 und 30 finden.
Wie in Figur 1 gezeigt, schließt die Beladungskammer 68 einen Hohlraumabschnitt mit einem Eingang in Fließverbindung mit einer Öffnung 76 ein, welche sich durch die obere Platte 54 öffnet. Durch die Öffnung 76 wird das Verdünnungsmittel in den Hohlraumabschnitt mit einer (nicht gezeigten) Hypodermnadel oder einer anderen geeigneten Erinrichtung eingeführt. Damit die in die Beladungskammer eingeführte Verdünnungsmittelmenge in zwei gleiche Anteile in Volumina unterteilt werden kann, die mit den Volumenmaßen übereinstimmen, die in den Meßkammern 70, 72 isoliert werden sollen, ist die durch die Öffnung 76 eingeführte Verdünnungsmittelmenge mindestens so groß wie die kombinierten Volumina der Anteile, die zu isolieren erwartet wird plus der von den Kanälen 92, 92A und 97, die hier beschrieben werden. Entsprechend ist die Beladungskammer 68 groß genug, um die Menge an eingeführtem Verdünnungsmittel aufzunehmen.
Die Beladungskammer 68 schließt auch einen Ausgang 78 ein, der sich bei einem besonderen radialen Abstand von der Drehachse befindet und durch welchen das Verdünnungsmittel die Kammer 68 verläßt, wenn der Rotorkörper 52 um die Achse R gedreht wird. Wie am besten in Figur 1 gezeigt, befindet sich der Ausgang 78 entlang der radial äußersten Wand der Beladungskammer 68, so daß ausreichende Drehung des Rotorkörpers 52 das Verdünnungsmittel aus der Beladungskammer 68 herauslaufen läßt. Ein Belüftungskanal 80 erstreckt sich zwischen der Überlaufkammer 74 und der Beladungskammer 68 und gestattet es, daß Luft das Verdünnungsmittel ersetzt, das die Beladungskammer 68 verläßt, während der Rotorkörper 52 gedreht wird. Damit kein Verdünnungsmittel in den Belüftungskanal 80 von der Beladungskammer 68 getrieben wird, während der Rotorkörper 52 gedreht wird, öffnet sich der Belüftungskanal 80 in die Beladungskammer 68 entlang deren radial innerster Wand.
Die Überlaufkammer 74 ist von der Beladungskamrner 68 aus radial nach außen angeordnet und schließt einen Hohlraumabschnitt zum Sammeln von Verdünnungsmittel und einen Eingang 82 ein, welcher bei einem besonderen radialen Abstand 102 von der Drehachse endet und durch welchen Verdünnungsmittel hindurchgelangen kann, während der Körper 52 gedreht wird. Wie in Figur 1 gezeigt, ist der Eingang entlang einer radial innersten Wand der Überlaufkammer 74 angeordnet.
Wie die Überlaufkammer 74 ist jede Meßkammer 70 oder 72 von der Beladungskammer aus radial nach außen angeordnet und schließt einen Hohlraumabschnitt zum Sammeln von Verdünnungsmittel und einen Eingang 73 ein, welcher in einem besonderen radialen Abstand 90 von der Drehachse endet und durch welchen Verdünnungsmittel hindurchgelangen kann, während der Rotorkörper 52 gedreht wird. Jede Meßkammer 70 oder 72 hat eine längliche Form mit zwei entgegengesetzten Enden 84 und 86 und hat einen Ausgang, der, wie in Figur 1 zu sehen, allgemein in Drehrichtung entgegen dem Uhrzeigersinn des Körpers 52 ausgerichtet ist und von dem Kammerende 84 und dem Meßkammereingang 73 aus radial nach innen positioniert ist. Aus einem hier naheliegenden Grund neigt sich der Boden jeder Meßkammer 70 oder 72, wenn wie in Figur 2 im Aufriß gesehen, nach oben zu dem Ausgangsende 86 hin.
Jede Meßkammer 70 oder 72 ist so geformt, daß, wenn der Stand des Verdünnungsmittels bei Messung radial von der Achse R aus über den Körper 52 hinweg etwa gleich dem Abstand ist, in welchem der Meßkammereingang 73 von der Achse R entfernt angeordnet ist, die Kammer 70 oder 72 den gleichen Anteil im vorgeschriebenen Maß enthält. Entsprechend ist das Fassungsvermögen der Meßkammer 70 oder 72, bei Messung zwischen der radial äußersten Wand und einer imaginären Wand, welche mit dem Abstand 90 übereinstimmt, in welchem sich der Meßkarnmereingang 73 von der Drehachse R entfernt befindet, gleich groß wie das Volumen des gemessenen Anteils.
Die Beladungskammer 68, die Überlaufkammer 74 und die Meßkammern 70, 72 sind in Verbindung miteinander durch Kanäle verbunden, die sich durch den Körper 52 erstrekken. Diese Kanäle schließen einen runden Verteilungskanal 92 ein, der von jeder der Kammern 68, 70, 72,74 aus radial nach außen in der Nähe der Peripherie des Körpers 52 angeordnet ist, so daß die Mitte des durch den Verteilungskanal 92 gebildeten Kreises mit der Drehachse R zusammenfällt. Ein anderer dieser Kanäle, mit 94 bezeichnet, erstreckt sich allgemein radial in bezug auf den Körper 52 von dem Ausgang 78 der Beladungskammer 68 zu dem Verteilungskanal 92 nach außen und andere dieser Kanäle 96A, 97 erstrecken sich allgemein radial in bezug auf den Körper 52 von dem Verteilungskanal 92 nach innen zu einer Position, die in bezug auf die Überlauf- und Meßkammern 70, 72, 74 radial nach innen gerichtet ist. Zusätzlich erstreckt sich der vorher erwähnte Belüftungskanal 80 radial in bezug auf den Körper 52 von dem Eingang 82 der Überlaufkammer 74 nach innen, und ein Überlaufkanal 968 erstreckt sich, wie in Figur 1 gezeigt, zwischen dem Kanal 96A und dem Belüftungskanal 80.
Der sich radial erstreckende Kanal 94 und der Belüftungskanal 80 stehen mittels eines schmalen Kanals 100 mit einer radial äußersten Wand 110 miteinander in Verbindung, welcher in einem konstanten Abstand 102 von der Achse R entfernt angeordnet ist. Der Eingang 73 jeder Meßkammer 70 oder 72 ist mit einem entsprechenden Kanal 96A oder 97 mittels eines Zugangskanals 104 oder 106 verbunden, die beide eine radial äußerste Wand 98 haben, welcher sich entlang einem Weg erstreckt, der in einem konstanten Abstand von der Drehachse R entfernt angeordnet ist. Noch genauer gesagt, entspricht der Abstand, in welchem die äußerste Wand 98 jedes Zugangs kanals 104 oder 106 von der Achse R entfernt angeordnet ist, dem Abstand 90, in welchem der Eingang 73 jeder Meßkammer 70 oder 72 von der Achse R entfernt angeordnet ist. Zusätzlich hat aus einem hier offensichtlichen Zweck jeder Zugangs kanal 104 oder 106 einen merklich größeren Querschnitt als den, der durch den engen Kanal 100 bereitgestellt wird, und der Kanal 968 hat eine radial äußerste Wand 99, welche radial in bezug auf die äußerste Wand 98 jedes Zugangskanals 104 oder 106 und des engen Kanals 100 nach innen gerichtet positioniert ist.
Um die Rotoranordnung 50 zum Trennen von zwei gleichen Anteilen vorgeschriebenen Ausmaßes von einer überschüssigen Menge aus Verdünnungsmittel und unter Bezugnahme auf Figur 3 zu verwenden, wird die überschüssige Menge aus Verdünnungsmittel 108 durch die Öffnung 76 in die Beladungskammer 68 eingeführt, während der Rotorkörper 52 unbeweglich ist. Der Körper 52 wird dann gedreht, so daß das Verdünnungsmittel 108 radial in bezug auf den Körper 52 nach außen zu dem Verteilungskanal 92 fließt und so daß der Kanal 92, wie in Figur 4 gezeigt, mit Verdünnungsmittel gefüllt wird. Wenn erst einmal der Verteilungskanal 92 bis zu seinem Fassungsvermögen gefüllt ist, wird das Verdünnungsmittel dazu gezwungen, sich radial entlang den Kanälen 94, 96A und 97 nach innen gerichtet zu den Zugangskanälen 104, 106 zu bewegen, während die Pegel des Verdünnungsmittels 108, von der Achse R radial über den Körper 52 gemessen, in allen Körperkanäle einen Zustand des Positionsgleichgewichtes suchen, oder einen Zustand, in welchem das Verdünnungsmittel aufhört, zwischen den Kammern 68, 70, 72 zu fließen. Wenn erst einmal das Verdünnungsmittel die Zugangs kanäle 104, 106, wie in Figur 5 gezeigt, erreicht, fließt das Verdünnungsmittel 108 durch die Kanäle 104, 106 und füllt die Meßkammern 70, 72 durch deren Eingänge. Verdünnungsmittel 108 darf durch den engen Kanal 100 in die Überlaufkammer 74 weiterwandern, während die Meßkammern 70, 72 mit Verdünnungsmittel gefüllt werden, aber wegen des Größenunterschieds zwischen den Zugangs kanälen 104, 106 und dem engen Kanal 100 fließt nur eine verhältnismäßig geringe Menge an Verdünnungsmittel 108 durch den verhältnismäßig engen Kanal 100 im Vergleich zu der Menge an Verdünnungsmittel, die durch die Zugangs kanäle 104, 106 fließen darf.
Die Meßkammern 70, 72 fahren fort, sich mit Verdünnungsmittel 108 zu füllen und das Verdünnungsmittel fährt fort, sich, wie in Figur 6 gezeigt, nach innen in bezug auf den Kanal 94 zu dem Überlauf- oder Spill-over-Kanal 96B zu bewegen, wo das Verdünnungsmittel in einem erhöhten Maß in die Überlaufkammer 74 hineinfließen darf. Da das Ausgangsende 86 jeder Meßkammern 70 oder 72 radial in bezug auf die äußerste Wand von Kanal 96B nach innen gerichtet positioniert ist, hindert der Kanal 96B den radialen Pegel aus Verdünnungsmittel in den Meßkammern 70, 72 daran, das Ausgangsende 86 zu erreichen. Während das Verdünnungsmittel 108 fortfährt, seinen Gleichgewichtszustand zu suchen, fährt es fort, durch den engen Kanal 100 zu der Überlaufkammer 74 zu fließen, während Verdünnungsmittel aus dem Meßkammereingang 73 heraus durch die Zugangskanäle 104, 106 abfließt Wenn das Verdünnungsmittel schließlich, wie in Figur 7 gezeigt, seinen Gleichgewichtszustand erreicht, hat der enge Kanal 100 das Verdünnungsmittel aus den Meßkammern 70, 72 zurück zu dem Radius der Kanalwand 98 abfließen lassen, so daß die in jeder Meßkammer 70 oder 72 verbleibende Menge aus Verdünnungsmittel der des gewünschten Anteils entspricht und so daß jeder Anteil physikalisch von jedem anderen Verdünnungsmittel in dem Rotorkörper 52 getrennt ist. Daraus folgt, daß zwei gleiche Anteile an Verdünnungsmittel von der überschüssigen Menge an Verdünnungsmittel ohne die Verwendung von Kapillarrohren, beweglichen, in dem Rotor gehaltenen Teilen oder des manuellen Eingreifens eines Analytikers getrennt sind.
Wiederum unter Bezugnahme auf Figur 1, schließt der Rotorkörper 52 ein Paar Mischkammern 112, 114 ein und ist darauf eingestellt, nach dem plötzlichen Anhalten der Drehung des Körpers 52 seine bemessenen gleichen Verdünnungsmittelanteile zu den Mischkammern 112, 114 zu überführen, wo zum Beispiel jeder Anteil mit einem Teil einer Blutprobe auf eine hier im weiteren beschriebene Weise gemischt werden kann. In diesem Zusammenhang schließt der Rotorkörper 52 ein Paar linearer Durchgänge oder Kanäle 116, 118 ein, welche einander in der Umgebung der Achse R schneiden, und ein Kanal 118 steht mit dem Ausgangsende 86 von jeder Meßkammer 70 oder 72 und der Mischkammern 112, 114, wie in Figur 1 gezeigt, in Verbindung. Zusätzlich ist jedes Meßkammer-Ausgangsende 86 mit dem Kanal 118 an einer Stelle verbunden, die allgemein zwischen der entsprechenden Achse R und der entsprechenden Mischkammer 112 oder 114 positioniert ist. Darüber hinaus ist entlang der Wand von Kanal 118 an Stellen, die allgemein den Meßkammerausgängen gegenüberliegen, ein Paar Ausschnitte 120, 122 begrenzt. Der Boden jedes Kanal- Durchgangsausschnitts 120 oder 122 liegt unter der Horizontalebene des Ausgangsendes 86, um jede Wahrscheinlichkeit des Strömens von Flüssigkeit von den Ausschnitten 120, 122 zurück in die Meßkammerausgänge 86 zu verringern.
Um das Verdünnungsmittel 108 von den Meßkammern 70, 72 zu den Mischkammern 112, 114 zu überführen, wird der Rotorkörper 52, wie in Figur 1 zu sehen, rasch aus einer Drehung in der Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn zu einem Halt abgebremst. Die zuvor beschriebene Überführung wird bewirkt, da die dem Verdünnungsmittel 108, das in jeder Meßkammer 70 oder 72 enthalten ist, während der Drehung verliehene Bewegungsenergie, das Verdünnungsmittel durch das Kammerausgangsende 86 zwingt, wenn die Drehung des Körpers 52 abrupt angehalten wird. Wenn das Verdünnungsmittel 108 jedes Meßkammerende 86 verläßt, dienen die entlang den Wänden des Kanals 118 begrenzten Ausschnitte 120, 122 dazu, das Verdünnungsmittel zu den entsprechenden Mischkammern 112 oder 114, wie in Figur 8 gezeigt, zu leiten. Die anschließende Drehung des Körpers 52 drängt jedwedas Verdünnungsmittel, der in den Ausschnitten 120, 122 verbleibt, zentrifugal hinaus in die entsprechenden Mischkammern 112 oder 114, wie in Figur 11 gezeigt. Um sicherzustellen, daß das überschüssige in den Kanälen 96A, 97 enthaltene Verdünnungsmittel nicht nach vorne in die Zugangs kanäle 104, 106 und in das Verdünnungsmittel in gleichen Anteilen hinein strömen kann, der die Meßkammern 70, 72 verläßt, wenn die Drehung des Körpers 52 wie zuvor beschrieben plötzlich angehalten wird, werden die zu den Zugangskanälen 104, 106 führenden Kanäle 96A, 97 in geeigneter Weise schräggestellt, wie in Figur 8 gezeigt. Aus dem voranstehenden folgt, daß das Verdünnungsmittel von jeder Meßkammer 70 oder 72 zu einer entsprechenden Mischkammer 112 oder 114 ohne die Verwendung von Überführungsmechanismen im Innern des Rotorkörpers überführt wird.
Der in jeder Mischkammer 112 oder 114 enthaltene Verdünnungsmittel 108 wird mit einer Menge einer darin eingeführten Flüssigkeitsprobe gemischt. In diesem Zusammenhang und unter Bezugnahme wiederum auf Figur 1, ist eine Öffnung 124 mit einem Ende, das mit 126 bezeichnet ist, des Kanals 116 verbunden, was das Einführen einer Probe, wie etwa einer Gesamtblutprobe, in den Kanal 116 hinein erlaubt. Wie in Figur 9 gezeigt, ist der Kanal 116 in der Nähe des Kanalendes 126 nach unten und radial nach außen geneigt, um so einen Sammelbehälter 128 für die durch die Öffnung 124 eingeführte Probe bereitzustellen. Das Kanalende 126 ist von der Drehachse R entfernt angeordnet, so daß die in dem Behälter 128 enthaltene Probe den während der Drehung des Körpers 52 erzeugten Zentrifugal kräften ausgesetzt wird. Eine solche Anordnung des Behälters 128 in bezug auf die Achse R ist insoweit vorteilhaft, als sie die Durchführung eines zentrifugalen Trennungsverfahrens (z.B. Fällung) an der Probe erlaubt, während die Probe in dem Behälter 128 enthalten ist. Für die vorliegenden Zwecke soll nur anschließend das Blutserum einer Gesamtblutprobe zu einer Mischkammer zum Mischen mit dem darin enthaltenen Verdünnungsmittel überführt werden. Dafür wird der Rotorkörper 52 in hoher Geschwindigkeit gedreht, so daß die Gesamtblutprobe in ihre zellulären und Serum-Bestandteile getrennt wird. Der Rotor wird anschließend zu einem Anhalten heruntergefahren, und eine Menge des Serums wird durch den Überführungsmechanismus 60, bereits zuvor eingeführt, zu den Mischkammern 112, 114 in einer hier beschriebenen Weise überführt. Aufschlußreiche Ansichten dieses besonderen Aspekts der Erfindung lassen sich auch in den Figuren 33 und 34 finden.
Der Rotorkörper 52 schließt eine Einrichtung, die in den Figuren 1 und 9 durch den Richtungspfeil 130 bezeichnet ist, ein, um die Probe daran zu hindern, aus dem Behälter 128 auszutreten, wenn die Drehung des Rotorkörpers 52 gestoppt wird. Diese Hinderungseinrichtung 130 besteht aus einem nach innen ragenden Ring 132, der an den Wänden des Kanals 116 befestigt und in der Nähe des Kanalendes 126 positioniert ist. Der Ring 132 verfügt über eine trichterförmige Öffnung 134, die so angeordnet ist, daß das kleinere Ende ihres Trichters radial nach außen gerichtet ist, und der Durchgang durch die Öffnung 134 hat eine solche Größe, daß die in dem Behälter 128 enthaltene Probe daran gehindert wird, durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeitsprobe über der Öffnung 134 dadurch hindurchzugelangen. Zur gleichen Zeit erlaubt die Öffnung 134 den Durchgang eines Kapillarrohres des hier beschriebenen Überführungsmechanismus' 60 in geeigneter Größe, so daß ein Ende des Kapillarrohres durch die Öffnung 134 eingeführt und in Berührung mit der in dem Behälter 128 enthaltenen Probe positioniert werden kann. Daher dient die trichterförmige Öffnung 134 als eine Barriere, durch welche die Probe den Behälter 128 bei Abwesenheit eines Kapillarrohres nicht verlassen kann, wobei ihre trichterartige Form das Ende eines Kapillarrohres durch die Öffnung 134 zu dem Behälter 128 führt, und sie stellt eine Begrenzung für die Einführtiefe des Kapillarrohres 140 in den Behälter 128 hinein bereit, indem sie als eine Anhaltevorrichtung für den Halte körper 138 wirkt.
Um das Fließen von Verdünnungsmittel oder eines Teils der Probe durch verschiedene Abschnitte der Kanäle 116, 118 zu verhindern, sind zusätzliche Ringe 135, 137, 139, die trichterförmige Öffnungen begrenzen, in der Nähe des Endes 127 des Kanals 116 gegenüber dem Behälter 128 und an zwei Stellen innerhalb des Kanals 118 positioniert, die radial in bezug auf die Ausschnitte 120, 122 nach innen gerichtet angeordnet sind, wie in Figur 1 gezeigt.
Wie am besten in Figur 10 gezeigt, hat der Überführungsmechanismus 60 die Form einer Meß-Kapillaranordnung 136, die dazu benutzt wird, eine Substanz von einem Bereich des Rotorkörpers 52 zu einem anderen Bereich des Rotorkörper 52 zu überführen. Die Anordnung 136 schließt einen Halte körper 138, welcher in dem Kanal 116 zur Gleitbewegung ihm entlang positioniert ist, und ein gerades Kapillarrohr 140 einer vorbestimmten Länge und einer vorbestimmten Querschnittsfläche, das in dem Halte körper 138 gehalten wird, ein, um sich entlang der Längsachse des Kanals 116 zu erstrecken, in welchem die Anordnung 136 positioniert ist. Das Kapillarrohr 140 ist an seinen beiden Enden aus einem offensichtlichen Zweck offen. Der Haltekörper 138 ist so dimensioniert, daß er entweder entlang dem Kanal 116 oder 118 gleitbar bewegt werden kann, um das Kapillarrohr 140 darin entlang an einer gewünschten Stelle zu positionieren. Dementsprechend, und wie in Figur 1 gezeigt, verfügen die Kanäle 116 und 118 über ausreichenden Raum in der Gegend der Überschneidung, um sich auf eine Manipulation der Kapillarrohr-Anordnung 136 von einem Kanal 116 oder 118 in den anderen Kanal 116 oder 118 anzupassen.
Um die Bewegung der Kapillar-Anordnung 136 entlang der Länge eines Kanals 116 oder 118 zu erleichtern, ist in dem Haltekörper 138 ein magnetisch anzieh barer Streifen 142 eingebaut, so daß, wenn gewünscht, die Anordnung 136 körperlich entlang der Länge des Kanals 116 oder 118 durch geeignete manuelle oder automatische Manipulation eines Magneten oder Elektromagneten 144 (Figur 2) außerhalb des Rotorkörpers 52 bewegt werden kann. Indem man den Magnet 144 nahe an der oberen Platte 54 des Rotorkörpers 52 plaziert und den Magnet 144 entlang dem Kanal der gewünschten Bewegung bewegt, bewegt der magnetische Einfluß des Magneten 144 auf den magnetisch anziehbaren Streifen 142 die Kapillar-Anordnung 136 entlang dem Kanal.
Um die Kapillar-Anordnung 136 dazu zu benutzen, die in dem Behälter 128 enthaltene Probe in einen anderen Bereich des Rotorkörper 52 zu überführen, wird die Anordnung 136 entlang dem Kanal 116 und durch die trichterförmige Öffnung 134 des Rings 132 geführt, so daß ein Ende des Kapillarrohres 140 in Kontakt mit der in dem Behälter 128 enthaltenen Probe in Berührung kommt. Nach dem Berühren des Endes des Rohres 140 gelangt die Probe durch Kapillarwirkung in das Kapillarrohr 140 hinein und füllt es. Da die Länge und der innere Querschnitt des Kapillarrohres bekannt sind, ist natürlich auch die in dem gefüllten Rohr 140 enthaltene Probenmenge bekannt.
An diesem Punkt wird die Kapillar-Anordnung 136 entlang dem Kanal 116 zu einem anderen Bereich des Rotorkörpers 52 bewegt, an welchem die Inhalte des Kapillarrohres 140 durch das schnelle Drehen des Körpers 52 entladen werden, so daß der Inhalt des Kapillarrohres 140 zentrifugal in einen gewünschten Bereich des Rotorkörpers 52 getrieben werden. Wenn zum Beispiel die Rohrinhalte in das Ende 127 des Kanals 116 entladen werden sollen, wird die Kapillar-Anordnung 136 mittels des Magneten 144 entlang dem Kanal 116 bewegt, bis der Haltekörper 138 an den Ring 135 anstößt und ein Ende des Kapillarrohres 140 sich durch die in dem Ring 135 vorhandene Öffnung erstreckt. An diesem Punkt wird der Rotorkörper 52 schnell gedreht, so daß die durch die Körperdrehung erzeugten Zentrifugalkräfte den Rohrinhalt aus dem Rohr 140 hinaus und in das Kanalende 127 hineintreiben.
Genauso wird, wenn der Rohrinhalt in eine der Mischkammern 112, 114 des Körpers 52 entladen werden soll, die gefüllte Kapillar-Anordnung 136 in geeigneter Weise in den Kanal 118 bewegt, so daß der Halte körper 138 an einen entsprechenden Ring 137 oder 139 anstößt und ein Ende des Kapillarrohres 140 sich durch die in dem entsprechenden Ring 137 oder 139 vorhandene Öffnung erstreckt. Der Rotorkörper 52 wird dann schnell gedreht, so daß der Rohrinhalt zentrifugal aus dem Rohr 140 zu der Kammer 112 oder 114 entladen wird. Daraus ergibt sich, daß die Ringe 132, 135, 137, 139 vorteilhaft zur Schaffung von Anstoßhaltepunkten zum Beschränken der radialen Bewegung der Kapillar-Anordnung 136 nach außen entlang den Kanälen 116 und 118 sind auch das Durchlaufen eines Fluids durch die vorhandenen Öffnungen ohne Einführen eines Kapillarrohres durch die Öffnungen verhindern.
Bei einem Analyseverfahren bezüglich einer Gesamtblutprobe, die in den Behälter 128 eingeführt und durch eine Drehung des Rotorkörpers 52 in hoher Geschwindigkeit in ihre zellulären und Serum-Bestandteile getrennt wurde, ist die Kapillar-Anordnung 136 nützlich zum Transportieren einer vorgeschriebenen Menge an Serum zu dem Ende 127 des Kanals, an welchem die Fällung des Serums durchgeführt wird, oder zu der Mischkammer 112 oder 114, an welcher das Serum mit dem darin positionierten dosierten Anteil von Verdünnungsmittel 108 gemischt wird. Für Transportzwecke wird ein Ende des Kapillarrohres 140 durch den Ring 134 und in Berührung mit dem in dem Behälter 128 enthaltenen Serum bewegt, so daß das Rohr 40 sich, wie in Figur 11 gezeigt, mittels der Kapillarwirkung füllt. In Erwartung eines Verarbeitungsschitts der Fällung enthält das Ende 1 27 des Kanals 11 6 eine vorher eingefüllte Fällungslösung, so daß das anschließende Entladen des Serums aus dem Rohr 40 in das Kanalende 127 durch die Drehung des Rotorkörper 52 in hoher Geschwindigkeit das gewünschte Mischen des Serums mit der Fällungslösung startet. Wie in Figur 12 gezeigt, hat der Kanal 116 eine passende Größe und Form, so daß während des Drehvorgangs des Rotorkörpers 52 die Inhalte in dem Kanalende 127 von dem äußersten Ende des Kapillarrohres 40 entfernt gehalten werden. Nach Verlangsamen der Drehung des Körpers 52 überwindet die Schwerkraft die auf den Flüssigkeitsinhalt des Kanalendes 127 wirkende Zentrifugalkraft, so daß er dazu neigt, sich am Boden des Kanals 116 zu sammeln. Schließlich wird erwünschtes Obenschwimmendes das Ende des Rohres 40 berühren, so daß das Rohr 40 sich mit einer vorbestimmten Menge an Obenschwimmendem füllt.
Wenn die Kapillar-Anordnung 136 erst einmal mit Obenschwimmendem gefüllt ist, wird sie, wie in Figur 13 gezeigt, über den Rotorkörper 52 zurück und in Eingriff mit dem Ring 137 für die Entladung des obenschwimmenden Inhalts des Rohres 40 in die Mischkammer 114 hinein bewegt. Durch das anschließende Drehen des Rotorkörpers 52 wird das in dem Rohr 40 gesammelte Obenschwimmende zentrifugal aus ihm herausgestoßen und in die Kammer 114 geführt. Der Rotorkörper 52 wird dann langsam gestoppt, und die Kapillar- Anordnung 136 wird zurück zu dem Kanal behälterende 126 bewegt, um eine andere Serumpro be zu erhalten. Die Kapillar-Anordnung 136 wird dann mit ihrem Serum inhalt entsprechend in Eingriff mit dem in dem Kanal 118 positionierten Ring 139 bewegt. Der Rotorkörper 52 wird dann gedreht, um den Seruminhalt des Rohres 40, wie in Figur 14 gezeigt, in die Mischkammer 112 auszustoßen. Der Rotorkörper 52 wird dann langsam gestoppt.
Die Mischkammern 112 und 114 sind so geformt, daß sie ein Mischen des Verdünnungsmittels und darin eingeführter Serumproben oder Proben von Obenschwimmendem und eine anschließende Überführung der gemischten Lösung zu einer äußeren Oberfläche des Rotorkörpers 52 für die anschließende Analyse erleichtern. Dazu hat jede Mischkammer 112 oder 114 eine längliche Form mit einem kugelförmigen Ende 146, das, wie in Figur 1 zu sehen, allgemein im Uhrzeigersinn um den Rotorkörper 52 herum ausgerichtet ist, und ein Ausgangsende 148, das allgemein entgegen dem Uhrzeigersinn um den Rotorkörper 52 herum ausgerichtet ist, wie in Figur 1 zu sehen. Jede Kammer 112 oder 114 ist in bezug zu dem Kanal 118 so angeordnet, daß der Kanal 118 mit der Mischkammer 112 oder 114 an einer Stelle entlang deren radial innerster Wand mitten zwischen den Enden 146, 148 verbunden ist. Zusätzlich steht das Ausgangsende 148 mit einer Oberfläche, bevorzugt der Bodenfläche des Rotorkörpers 52 mittels einer bogenförmigen Auslaßleitung 150 in Verbindung, welche sich von dem Ausgangsende 148 zu einer Öffnung 1 52 erstreckt, die entlang der Bodenfläche des Körpers 52 nahe der Drehachse R begrenzt ist. Die Böden jeder Mischkammer 112 oder 114 und die Leitung 150 sind, wie in Figur 15 gezeigt, aus einem hier naheliegenden Zweck geneigt.
Um den Inhalt der Mischkammer 112 oder 114 gründlich zu mischen, wird der Rotor, wie in Figur 1 zu sehen, in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Achse R gedreht und rasch zu einem Anhalten abgebremst. Das plötzliche Stoppen des Körpers 52 mischt den Kammerinhalt innerhalb des Kammerendes 146, wie in Figur 1 6 gezeigt. Um anschließend den gemischten Flüssigkeitsinhalt durch die Auslaßleitungen 1 50 zu überführen, wird der Rotorkörper 52 schnell in einer Richtung entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht und zu einem abrupten Anhalten gebracht. Die dem gemischten Inhalt der Mischkammern 112, 114 während der Drehung des Rotorkörpers 52 verliehene Bewegungsenergie treibt den Flüssigkeits inhalt durch die Auslaßleitungen 1 50 zu den Rotorkörperöffnungen 1 52, wenn der Körper 52, wie in Figur 17 gezeigt, plötzlich gestoppt wird. Weil der Boden der Mischkammern 112, 114 und der Leitungen 150 in der wie in Figur 15 erläuterten Weise geneigt ist, wird ein vorzeitiges Strömen von Flüssigkeit durch die Auslaßleitungen 150 von den Kammern 112, 114 aus verhindert, und die Überführung der Flüssigkeit von dem Ausgangsende 148 zu der Öffnung 152 wird durch die Schwerkraft unterstützt. Zusätzlich verhindert die Neigung der Leitungen 150 unerwünschten Flüssigkeitsrückfluß.
Wenn erst einmal die gemischte Flüssigkeit durch die Körperöffnungen 152 überführt worden ist, gelangt sie in die Befüllungsöffnungen eines (nicht gezeigten) darunterliegenden Analysenrotors für das anschließende Analysieren der gemischten Flüssigkeit. Als eine Alternative könnten Analysenküvetten zu einem Teil der Rotoranordnung 50 gemacht werden, so daß sie von den Auslaßleitungen 150 gefüllt werden. Aufschlußreiche Ansichten dieses besonderen Aspekts der Erfindung finden sich auch in den Figuren 31 und 32.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 18 und 19, wird dort eine andere Ausführungsform einer mit 160 bezeichneten Rotoranordnung dargestellt, welche nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist. Die Anordnung 160 schließt einen Rotorkörper 162, eine Kapillar-Meßanordnung oder Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164, die in dem Körper 162 positioniert ist, und einen Elektromotor 166 zum Drehen des Körpers 162 um eine Drehachse S ein. Die Anordnung schließt auch ein Befestigungsteil 168 für die Magnetanordnung (zur Klarheit in Figur 18 in gestrichelter Form dargestellt) mit einer Reihe von daran befestigten elektromagnetischen Kernen 172, 174, 176, 178, 180, 182 und eine Steuereinrichtung 170 zum wählbaren Erregen und Abregen ausgewählter Kerne ein. Wie hier beschrieben werden wird, ist die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 in dem Körper 162 für die Gleitbewegung zwischen verschiedenen Stellen darin positioniert und wird zwischen diesen Stellen durch das wählbare Erregen vorausgewählter Kerne bewegt. Daher und im Gegensatz zu der zuvor in den Figuren 1-17 beschriebenen Anordnung 50, umgeht die Anordnung 160 jedes Bedürfnis nach einer manuellen Manipulation eines Magneten in der Nähe der Kapillar-Meßanordnung 164.
Obwohl die Ausführungsform 160 hier so gezeigt und beschrieben wird, als daß sie eine Reihe von Magnetkernen zum Bewegen der Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 zwischen verschiedenen Stellen innerhalb des Rotorkörpers 162 einschließt, wird klar werden, daß die Bewegung der Anordnung 164 durch den Körper 162 durch einen einzelnen Magneten bewirkt werden kann, der in dem Körper 162 positioniert und dadurch in horizontaler, vertikaler oder in horizontaler und vertikaler Richtung beweglich ist. Entsprechend können die Prinzipien der vorliegenden Erfindung in verschiedener Weise angepaßt werden.
Wie am besten in Figur 19 gezeigt, schließt der Rotorkörper 1 62 einen unteren Abschnitt 184, einen mittleren Abschnitt 185, einen oberen Abschnitt 186 und eine obere Abdeckung 190 ein, die in der dargestellten Weise zusammengebaut und abgedichtet sind. Eine mittige Bohrung 192 erstreckt sich durch den Körper 162, und der mittlere und der obere Abschnitt 185 und 186 begrenzen ein hier beschriebenes Netzwerk aus Durchgängen und Ausschnitten, welche eine Reihe von Kammern ergeben, in welchen Verarbeitungsschritte durchgeführt werden und entlang welchen die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 bewegt werden kann.
Noch spezieller und immer noch unter Bezugnahme auf die Figuren 18 und 19, begrenzt der mittlere Abschnitt 185 einen Ausschnittsbereich 194, der eine Trägeroberfläche zusammen mit der die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164, wie in Figur 19 zu sehen, die horizontal bewegt werden kann, und eine Reihe von gesonderten Fächern in Form von Verarbeitungskammern 196 und Reaktionskammern 197, die in verschiedenen Intervallabständen rund um die Peripherie des mittleren Abschnitts 185 herum angeordnet sind, ergibt. Der obere Abschnitt 186 begrenzt einen Ausschnitt, was einen Verteilungskanal 198 hervorbringt, der sich über einen Abschnitt der Distanz um die Peripherie des mittleren Abschnitts 185 herum erstreckt. Ein Überlaufkanal 210 und eine Überlaufkammer 211 stehen mit dem Verteilungskanal 198 in Verbindung, um eine Überfüllung der Kammern 196 in einer hier beschriebenen Weise zu verhindern. Eine Probe, wie etwa eine Gesamtblutprobe, kann in den Körper 162 durch eine Scheidewand oder eine Zugangsöffnung 200 eingeführt werden, die in der Abdeckung 190 abgegrenzt ist und welche mit dem Verteilungskanal 198 in Verbindung steht. Wie in Figur 20 gezeigt, begrenzt der untere Abschnitt 184 einen sich radial erstreckenden Durchgang 204, der zu einer runden Aussparung führt, die eine Küvette 206 bereitstellt, und der Durchgang 204 und der Ausschnittsbereich 194 stehen miteinander durch einen vertikal ausgerichteten Schlitz 208 in Verbindung, der in dem mittleren und unteren Abschnitt 184, 185 abgegrenzt ist. Wie hier erklärt, stellt der Schlitz 208 einen Kanal bereit, durch welchen die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 vertikal durch den Körper 162 zwischen dem Ausschnittsbereich 194 und dem Durchgang 204 bewegt wird.
Wieder unter Bezugnahme auf Figur 18, schließt die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 einen gleitbar in dem Ausschnitts bereich 194 positionierten Haltekörper 212 und ein gerades Kapillarrohr 214 einer vorbestimmten Länge und einer vorbestimmten Querschnittsfläche ein, welche so in dem Haltekörper 212 getragen wird, daß seine Längsachse allgemein radial in bezug auf den Rotorkörper 162 ausgerichtet ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in den Haltekörper 212 der Anordnung 164 ein magnetisch anziehbares Material 218 eingearbeitet, mit welchem die Bewegung der Anordnung 164 zwischen verschiedenen Stellen innerhalb des Rotorkörpers 162 geführt wird. In diesem Zusammenhang schließt der Rotorkörper 162 einen Hauptteil ein, welcher aus einem leichten Material, wie etwa ein Acrylkunststoff, besteht, und das magnetisch anziehbare Material 218 schließt einen Streifen aus Eisen ein, der auf dem Hauptteil des Haltekörpers 212 aufgeklebt oder anderswie befestigt ist.
Wie in Figur 19 gezeigt, hat das Befestigungsteil 168 für die Magnetanordnung im allgemeinen eine T-förmige Gestalt und ist so angeordnet, daß der Fuß seines T's in der mittigen Bohrung 192 positioniert ist und die Arme des T's über der oberen Abdeckung 190 angeordnet sind. Die Basis des T's ist mit dem Motor 166 mittels einer passenden Kupplungseinrichtung gekoppelt, so daß das Teil 168 sich mit dem Rotorkörper 162 dreht, wenn der Rotorkörper 162 um die Achse S gedreht wird, was dennoch die unabhängige Drehung des Teils 168 in bezug auf den Körper 162 gestattet, um einer Einstellung der Winkelstellung des Teils 168 in bezug auf den Körper 162 zu dienen.
Die elektromagnetischen Kerne 172 und 174 sind an dem Teil 168 entlang einem Arm seines T's, wie in Figur 19 gezeigt, angebracht und sind so entlang ihm positioniert, daß der Kern 174 radial in bezug auf den Kern 172 nach innen positioniert ist, und beide Kerne 172, 174 sind radial in bezug auf die äußerste Position der Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 nach innen positioniert, wie in Figur 19 gezeigt. Die Kerne 176, 178, 180 und 182 sind entlang dem Fuß des Teils 168, wie in Figur 19 gezeigt, befestigt und sind in einer aufeinanderfolgenden Art entlang der Länge des Schlitzes 208 (Figur 20) positioniert, so daß der unterste Kern 182 etwa bei dem vertikalen Niveau des radialen Durchgangs 204 positioniert ist.
Um die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 von einer Verarbeitungskammer 196 zu einer Reaktionskammer 197 zu bewegen, wird die Drehung des Rotorkörpers 162 gestoppt und das Befestigungsteil 168 für die Magnetanordnung wird zu einer Position gedreht, bei welcher der kerntragende Arm des Teils 168 entlang einem radialen Weg positioniert ist, welcher der Richtung entspricht, in welcher das Kapillarrohr 214 der Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164, wie in Figur 18 gezeigt, ausgerichtet ist. Der Kern 172 wird dann erregt, so daß der Haltekörper 212 der Anordnung einer hinund hergehenden Einrichtung 164 magnetisch von seiner Position aus Figur 18 radial nach innen zu einer zweiten Position bewegt wird, bei welcher der Haltekörper 212 der Anordnung direkt unter dem Kern 172 positioniert ist. Der Kern 174 wird dann erregt, und der Kern 172 wird abgeregt, so daß die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 magnetisch radial nach innen zu einer dritten Position bewegt wird, wie in Figur 21 gezeigt, bei welcher der Haltekörper 212 direkt unter dem Kern 174 positioniert ist. In dieser dritten Position ist das Kapillarrohr 214 vollständig aus der Kammer 196 herausgenommen. Das Teil 168 wird dann manuell oder automatisch in bezug auf den Rotorkörper 162 eingestellt, so daß der kerntragende Arm des Teils 168 entlang einem radialen Weg gerichtet wird, der allgemein, wie in Figur 22 gezeigt, auf eine Reaktionskammer 197 ausgerichtet ist. Die magnetische Anziehung zwischen dem Kern 174 und dem Haltekörper 212 hält den Haltekörper 212 direkt unter dem Kern 174, während das Teil 168 eingestellt wird, so daß die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 gezwungen ist, sich mit dem Teil 168 zu der Position von Figur 22 zu bewegen, bei welcher die Längsachse des Kapillarrohres 214 allgemein auf die Kammer 197 ausgerichtet ist. Der elektromagnetische Kern 174 wird dann abgeregt, und der Rotorkörper 162 wird gedreht, so daß die durch die Drehung des Körpers 162 erzeugte Zentrifugalkraft die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 radial nach außen in eine wirksame Position innerhalb der Reaktionskamrner 197, wie in Figur 23 gezeigt, schiebt.
Um die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 von dem Ausschnitts bereich 194 zu der vertikalen Ebene des radialen Durchgangs 204 zu bewegen, der in dem unteren Abschnitt 184 abgegrenzt ist, werden die Kerne 172, 174 passend in der oben beschriebenen Weise erregt und/oder abgeregt, so daß der Haltekörper 212 direkt unter dem Kern 174, wie in Figur 21 gezeigt, positioniert ist. Das Teil 168 wird dann, wie in Figur 18 zu sehen, im Uhrzeigersinn in bezug auf den Rotorkörper 162 eingestellt, so daß die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 in der Position angeordnet ist, die in Figur 18 gestrichelt dargestellt ist, bei welcher die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 in Registerhaltung mit dem passenden Schlitz 208 positioniert ist. Der Kern 176 (Figur 24) wird dann erregt, und der Kern 174 wird abgeregt, um die Anordnung 164 magnetisch nach unten zu der in Figur 24 gestrichelt dargestellten Position zu bewegen, wobei diese Position der vertikalen Ebene des Kerns 176 entspricht. An diesem Punkt wird der Kern 178 erregt, und der Kern 176 wird abgeregt, so daß die Anordnung 164 nach unten zu der vertikalen Ebene des erregten Kerns 178 bewegt wird. Auf ähnliche Weise werden die Kerne 180 und 182 nacheinander erregt und die Kerne 178 und 180 abgeregt, um schließlich die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 1 64 in etwa auf der vertikalen Ebene des Kerns 182 und so auf der vertikalen Ebene des radialen Durchgangs 204 zu positionieren. Der Kern 182 wird anschließend abgeregt, und der Rotorkörper 162 wird gedreht, um die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 1 64 zentrifugal radial nach außen in die Betriebsposition innerhalb des Durchgangs 204 zu schieben.
Zu Darstellungszwecken und um den Betrieb der Rotoranordnung 160 zu erläutern, wird eine Gesarntblutprobe zu Anfang in den Rotorkörper 162 durch die Zugangsöffnung 200 eingeführt, und dann wird der Rotorkörper 162 gedreht, so daß die Probe durch den Verteilungskanal 198 wandert, um die Verarbeitungskammern 196 bis zu dem radialen Pegel des Überlaufkanals 210 zu füllen. Die Blutprobe wird während dieser Drehung Zentrifugalkräften ausgesetzt, so daß das Blutplasma sich von den zellulären Bestandteilen des Blutes trennt. Nach Anhalten der Drehung des Körpers 162 wird ein Anteil von Plasma in das Kapillarrohr 214 der Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 durch Kapillarwirkung aus einer Kammer 196 für die Überführung zu einer Reaktionskammer 1 97 zur gewünschten anschließenden Verarbeitung gezogen. Die Reaktionskammer 197 könnte zum Beispiel Reagenzien enthalten oder es könnten Reagenzien in eine andere gesonderte Kammer zur anschließenden Überführung zu einer Reaktionskammer 197 durch einen passenden Kanal eingeführt werden.
Für Tests, die die Verwendung eines Festphasen-Reaktionskissens 217 (Figur 19) erfordern, könnte ein solches Kissen wirksam durch eine geeignete Einrichtung 216 (Figur 19) an der Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 164 befestigt werden, um es in der gewünschten gesonderten Kammer unterzubringen. Wenn erst einmal das Reaktionskissen 217 in radialer Registerhaltung mit der gewünschten Kammer positioniert ist, wird die Anordnung 164 und das dadurch getragene Reaktionskissen 217 in wirksame Position innerhalb der Kammer bewegt, indem sämtliche von dem Teil 168 getragene Kerne abgeregt werden und der Körper 162 schnell gedreht wird. Abhängig von dem durchgeführten Test, könnte das Reaktionskissen 217 aus einer Reaktionskammer durch die Anordnung einer hinund hergehenden Einrichtung 164 herausgezogen werden und in eine andere Kammer für anschließende Reaktionen geleitet werden. Daraus folgt, daß durch Erregen und Abregen der elektromagnetischen Kerne 172, 174, 176, 178, 180 und 182 in der vorbeschriebenen Weise die Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 1 64 in die gesonderten Kammern des Rotorkörpers 162 hinein- und aus ihnen herausbewegt werden kann, wobei die Kammern in vertikaler und/oder horizontaler Beziehung zueinander angeordnet sind.
Wenn die verschiedenen Flüssigkeitsanteile innerhalb der Rotoranordnung 160 durch die von einem vorgegebenen Analyseverfahren geforderten verschiedenen Stufen verarbeitet worden sind, wird ein Anteil der sich ergebenden Zubereitung mit einem Reagentienanteil innerhalb der Küvette 206 gemischt. Die sich ergebende Mischung wird optisch unter Verwendung einer herkömmlichen Zentrifugal-Analyseneinrichtung überwacht. Durch Kombinieren der Verarbeitungsschritte mit den Überwachungsschritten in einem integrierten Bestandteil kann das gesamte Analyseverfahren automatisch in einem abgeschlossenen System durchgeführt werden.
Die oben beschriebene Rotoranordnung 160 ist insofern vorteilhaft, als sie die Prinzipien der Kapillarwirkung, der Zentrifugalkraft und Magnetkraft kombiniert, um Flüssigkeiten in Abteilen zu verarbeiten, zu überführen, zu mischen und zu überwachen, die sich in einem dreidimensionalen Raum befinden. Zusätzlich können Reaktionsubstanzen und Proben zwischen den Verarbeitungsabteilen unter Verwendung von Kapillarwirkung, von Zentrifugalkraft oder Magnetkraft transportiert werden. Darüber hinaus und wie schon früher erwähnt, ist die Steuereinrichtung 170 (Figur 18) wirksam mit den elektromagnetischen Kernen und dem Motor 166 zum automatischen Steuern des Erregens und Abregens der Kerne und der Drehung des Rotorkörpers 162 verbunden. Daher sind wegen der Fähigkeit der Rotoranordnung 160, Verarbeitungsschritte innerhalb des Rotorkörpers 162 einzuschränken und das Bedürfnis für ein manuelles Eingreifen eines Analytikers zu beschränken, die mit der Anordnung 160 durchgeführten Analyseverfahren geeignet, genaue Ergebnisse zu liefern und die Aussetzung eines Analytikers potentiell lebensgefährlichen Substanzen, die analysiert werden, zu verringern.
Unter Bezugnahme auf die Figuren 25-27, wird die mit 220 bezeichnete bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Ausführungsform einer Rotoranordnung dargestellt, welche sich als gut geeignet für die Verwendung in einem enzymgebundenen- Immunosorbensassay (ELISA) herausgestellt hat. Die Rotoranordnung 220 schließt einen Rotorkörper 222, eine Anordnung einer hin- und hergehenden Einrichtung 224, die entweder einen Reaktionsbehälter, eine Trägereinrichtung für ein Festphasen-Reaktionskissen oder eine Kapillar-Anordnung enthält, und eine Magnetanordnung 226 ein. Zusätzlich ist die Anordnung 220 so aufgebaut, daß sie mit einer herkömmlichen Zentrifugal-Analyseneinrichtung arbeitet, die verwendet werden kann, Zentrifugalkraft zu erzeugen und Reaktionen innerhalb des Körpers 222 zu überwachen und durchzuführen.
Der Rotorkörper 222 besteht aus einem mittigen Körper 228 und einem oberen und unteren Abdeckfenster 230 bzw. 232. Der mittige Körper 228, bestehend aus einer aus einem Bogen undurchsichtigen Kunststoffs ausgeschnittenen Scheibe mit einem Durchmesser von 8,8 cm, enthält verschiedene Abteile einschließlich einer mittigen runden Kammer oder eines Umschaltplatzes 234 und von sechs getrennten Kammern 236, 238, 240, 242, 244, 246, die mit der mittigen Kammer 234 verbunden sind und strahlenförmig angeordnet sind.
Während des Betriebs der Anordnung 220 arbeiten diese strahlenförmig angeordneten Kammern als getrennte Flüssigkeitsverarbeitungseinheiten. Zwei der Kammern 244, 246 haben runde Löcher 259, 260, die durch sie hindurchgebohrt sind und zusammen mit den Abdeckfenstern 230, 232 als Küvetten für das optische Überwachen der flüssigen Inhalte der beiden Kammern 244, 246 dienen. Ein drittes Loch 291 wirkt als ein Iuftgefüllter Bezug für das optische Überwachungssystem der Zentrifugal-Analyseeinrichtung. Fünf der sechs getrennten Kammern haben Hilfsaufnahmekammern 262, 263, 264, 265, 270, 271 und daran angeschlossene Verbindungskanäie 266, 267, 268, 269, 272 273, durch welche gleiche Flüssigkeitsanteile in die entsprechenden Kammern 238, 240, 242, 244, 246 eingeführt wird. Die Basis jeder Kammer 236, 238, 240, 242, 244, 246 enthält einen geneigten Hohlraum 274, 275, 276, 277, 278, 279, wobei die Art der Schräge durch die in Figur 27 gezeigten Kammern 275 und 278 der Kammern 238 bzw. 244 veranschaulicht wird. Während des Betriebs der Anordnung 220 verhindern diese geneigten Hohlräume die Querüberführung irgendwelcher Flüssigkeiten zwischen den Kammern, wenn der Rotor sich nicht dreht und die Flüssigkeiten nicht durch die Zentrifugalkraft an den äußeren Kanten der Kammer gehalten werden.
Das obere Abdeckfenster 230 besteht aus einer Scheibe aus einem Ultraviolettstrahlung durchlassenden Material, und es sind sechs Öffnungen darin gefertigt, um Zugang zu den Flüssigkeit aufnehmenden Kammern in dem Rotorkörper 222 zu gewähren. Der mittige Körper 228 und das obere und untere Fenster 230, 232 werden durch geeignete Einrichtungen zu einem einzelnen Körper 222 zusammengebaut und abgedichtet. Der Rotorkörper 222 ist als eine wegwerfbare Einheit zum Wegwerfen nach einem Gebrauch vorgesehen und kann im Hinblick darauf verhältnismäßig kostengünstig hergestellt werden.
Zum Zweck der Bewegung einer Reaktionsoberfläche, die einen immobilisierten Antikörper oder ein immobilisiertes Antigen enthalten, in die Kammern 236, 238, 240, 242, 244, 246 des Rotorkörpers 222 hinein und aus ihnen heraus, ist die hin- und hergehende Einrichtung 224 so darin positioniert, daß sie sich gleitbar entlang den Abteilen des Rotorkörpers 222 bewegt. Wie in Figur 28 gezeigt, schließt die hin- und hergehende Einrichtung 224 einen Hauptabschnitt 248 ein, welcher aus einem Block aus Acrylkunststoff herausgearbeitet ist und einen Streifen 250 aus magnetisch anziehbarem Eisen einschließt, der in einen Kanal eingeklebt ist, der passend in die obere Oberfläche des Hauptabschnitts 248 eingearbeitet ist und welcher die hin- und hergehende Einrichtung 224 mit einem magnetischen Heiter ausstattet. Um es der hin- und hergehenden Einrichtung 224 zu ermöglichen, Reaktionsbehälter oder Festphasen-Reaktionskissen von einer Stelle in dem Körper 222 zu einer anderen Körperstelle zu transportieren, ist ein kleiner Reaktionsbecher 252 an einem Ende der hin- und hergehenden Einrichtung 224 befestigbar, und kleine Löcher sind in den Becher 252 hineingebohrt, um Flüssigkeitszugang zu dessen Innenwänden zu gewähren, wenn der Becher in eine Verarbeitungskammer 236, 238, 240, 242, 244 oder 246 des Rotorkörpers 222 eingeführt wird. Der Becher 252 hat eine solche Größe und Form, daß er an der hinund hergehenden Einrichtung 224 angebracht wird, da der Becher mit einer zylindrischen Lippe übereinstimmend zusammenpaßt, die an dem Ende der hin- und hergehenden Einrichtung 224 ausgestanzt worden ist.
Als eine Alternative zu dem Reaktionsbecher 252 kann die hin- und hergehende Einrichtung 224 eine Meßkapillare einschließen, ähnlich der Meßkapillare 164 der Rotoranordnung 160 der Figuren 18-21. Mit einer darin eingebauten Meßkapillare kann die hin- und hergehende Einrichtung 224 dazu verwendet werden, gemessene gleiche Anteile von und in bestimmte(n) Kammern innerhalb des Rotorkörpers 222 unter Verwendung von Kapillarwirkung und magnetischer und zentrifugaler Kräfte zu sammeln, zu transportieren und abzuliefern.
Wieder unter Bezugnahme auf Figur 25, schließt die Magnetanordnung 226 einen Elektromagneten 254 ein, welcher auf einer horizontalen Schiene 256 befestigt ist, die sich über dem Rotorkörper 222 befindet. Spannung und Strom werden dem Elektromagneten 254 mittels einer variablen Stromquelle 258 geliefert. Das Positionieren des Magnetfeldes in bezug auf den Rotorkörper 222 und die hin- und hergehende Einrichtung 224 erfolgt durch das Bewegen des Magneten 254 nach vorne und nach hinten auf der Schiene 256. Als eine Alternative zu der Magnetanordnung 226 kann ein kleiner Permanentmagnet dazu benutzt werden, die hin- und hergehende Einrichtung 224 innerhalb des Rotorkörpers 222 zu bewegen und zu positionieren.
Um den Reaktionsbecher 252 zwischen den getrennten Kammern 236, 238, 240, 242, 244, 246 zu bewegen, wird die hin- und hergehende Einrichtung 224 anfangs in die mittige Kammer 234 des Rotorkörpers 222 bewegt oder darin positioniert. Der Magnet 354 wird dann über der hin- und hergehenden Einrichtung 224 und ihrem Magnetstreifen 250 positioniert und passend so manipuliert, daß durch Ausrichten und Positionieren des Magnetfeldes des Magneten 254 in bezug auf den Rotorkörper 222 der Reaktionsbecher 252 in einer gewünschten der Verarbeitungskammern 236, 238, 240, 242, 244, 246 positioniert werden kann. Um den Reaktionsbecher 252 aus der gewünschten Kammer zu entfernen, wird das Zentrifugalfeld durch Anhalten der Drehung des Körpers 222 entfernt, und der Magnet 254 wird dann wieder über dem Eisenstreifen 250 der hin- und hergehenden Einrichtung 224 plaziert. Durch Bewegen des Magneten 254 und seines Magnetfeldes nach innen zu der Mitte des Rotorkörpers 222 wird die hin- und hergehende Einrichtung 224 zurück zu der mittigen Kammer 234 bewegt. Die hin- und hergehende Einrichtung 224 kann dann vor einer anderen Verarbeitungskammer durch passendes Drehen und Einstellen des Rotorkörpers 222 in bezug auf die Position des Magneten 254 für das anschließende Einführen in die andere Kammer positioniert werden. Die zuvor beschriebene Schrittfolge einschließlich des Bewegens, des Einstellens und Positionierens und die zur Durchführung jedes Schrittes erforderliche Zeit können in eine geeignete Steuerungseinrichtung zum automatischen Abschließen einer Reihe von speziellen Analysevorgängen einprogrammiert werden.
Wie bereits früher erwähnt, hat sich die Anordnung 220 als nützlich zum Durchführen eines ELISA-Verfahrens herausgestellt. Zum Durchführen eines beispielhaften ELISA- Verfahrens, dessen Schritte unten umrissen werden, wird eine Verarbeitungskammer 238 der Blutverarbeitung, eine Verarbeitungskammer 240 dem Auswaschen, eine Verarbeitungskammer 242 der Konjugatzugabe, eine andere Verarbeitungskammer 244 der Reagenzienüberwachung, eine andere Verarbeitungskammer 236 dem Trocknen und die verbleibende Verarbeitungskammer 246 der Substratzugabe und der anschließenden Reaktionsüberwachung gewidmet. Zusätzlich wird ein immobilisiertes Antigen oder ein immobilisierter Antikörper in den Reaktionsbecher 252 eingeführt. Bei der vorerwähnten Widmung der Verarbeitungskammern werden die folgenden Verarbeitungsschritte aufeinanderfolgend durchgeführt.
A. 700 µl einer Gesamtblutprobe werden durch die Aufnahmekammern 262 und 263 in die Kammer 238 eingeführt.
B. Der Rotorkörper 222 wird für fünf Minuten bei 4000 U/min. gedreht, um zentrifugal das Gesamtblut in zelluläre und Plasmabestandteile zu trennen.
C. Der Reaktionsbecher 252 wird in die Kammer 238 und in wirksamen Eingriff mit der Plasmaschicht gebracht, während der Rotorkörper 222 mit etwa 500 U/min. gedreht wird, um dadurch das Binden des in dem Reaktionsbecher 252 enthaltenen immobilisierten Antigens oder Antikörpers an das bzw. den in der Probe enthaltenen(m) lösliche(n) Antigen oder Antikörper zu starten.
D. Der Reaktionsbecher 252 wird für zwei Minuten in der Plasmaschicht inkubiert, während der Rotorkörper 222 fortfährt, sich zu drehen.
E. Die Drehung des Rotorkörpers 222 wird gestoppt, und der Reaktionsbecher 252 wird aus der Kammer 238 entfernt.
F. Der Reaktionsbecher 252 wird in der Kammer 240 eingestellt und positioniert, welche ungefähr 250µl einer Waschlösung enthält.
G. Das Waschen wird soweit wie nötig durch Drehen des Rotorkörpers 222 mit etwa 500 U/min. durchgeführt, wobei der Reaktionsbecher 252 für einige Sekunden in die Waschlösung eingetaucht wird, die Drehung des Rotorkörpers 222 wird gestoppt, der Reaktionsbecher 252 wird aus der Kammer 240 entfernt, der Reaktionsbecher 252 wird in der Trockenkammer 236 plaziert, der Rotorkörper 222 wird für einige Minuten mit 4000 U/min. gedreht, um die restliche Flüssigkeit aus dem Reaktionsbecher 252 zu entfernen, und dann wird der Rotorkörper 222 für den nächsten Schritt angehalten.
H. Der Reaktionsbecher 252 wird aus der Trockenkammer 236 entfernt und vor der Kammer 242, welche 250 µl eines Enzymkonjugats enthält, eingestellt und positioniert.
I. Der Reaktionsbecher 252 wird in die Kammer 242 eingeführt, um dadurch das Binden des Enzymkonjugats an den gebundenen Antigen-/Antikörperkomplex zu starten.
J. Der Reaktionsbecher 252 wird für zwei Minuten in dem Enzymkonjugat inkubiert, während sich der Rotorkörper 222 mit etwa 500 U/min. dreht.
K. Der Reaktionsbecher 252 wird aus der Kammer 242 entfernt und die hin- und hergehende Einrichtung 224 in der Kammer 240 eingestellt und positioniert, welche ungefähr 250 µl an Waschlösung enthält.
L. Das Waschen wird soweit wie nötig durch Einführen und Entfernen des Reaktionsbechers 252 in und aus die/der in der Kammer 240 enthaltene(n) Waschlösung und durch die oben bei Schritt "G" beschriebenen Schritte durchgeführt.
M. Der Reaktionsbecher 252 wird aus der Kammer 236 entfernt, und der Reaktionsbecher 252 wird vor der Kammer 246, welche 250 µl einer Substratlösung enthält, eingestellt und positioniert.
N. Der Reaktionsbecher 252 wird für fünf Minuten in die Substratlösung der Kammer 246 eingeführt, während der Rotorkörper 222 mit etwa 500 U/min. gedreht wird, was zur Erzeugung eines Produktes aus der Enzymkonjugatwirkung auf das Enzymsubstrat führt.
O. Der Reaktionsbecher 252 wird aus der Kammer 246 entfernt, und der Reaktionsbecher 252 wird in der Trockenkammer 236 aus dem Weg geräumt.
P. Der Rotorkörper 222 wird dann mit etwa 1000 U/min. gedreht, und die Reaktion wird bei 405 nm durch die Küvette 260 hindurch unter Verwendung des optischen Systems einer Zentrifugal-Analyseneinrichtung überwacht. Die Reagenzbindkammer 244 würde eine Reagenzmischung enthalten, die mit der in der Reaktionskammer 236 enthaltenen identisch ist, außer daß kein Produkt erzeugt würde, da der Reaktionsbecher 252 nicht in der Reagenzbindkammer 244 plaziert werden würde. Die Bezugsreagenz würde durch das optische System durch die Küvette 259 überwacht werden. Die Luftküvette 261 setzt die maximale Übertragung für das optische System der Analyseinrichtung fest.
Das oben beschriebene ELISA-Verfahren kann in einer kurzen Zeit mit sehr geringem menschlichen Eingreifen durchgeführt werden, und der Rotorkörper 222 ist in dieser Hinsicht vorteilhaft. Durch ähnliche Verfahren kann eine hin- und hergehende Einrichtung, in welche ein Meß-Kapillarrohr eingebaut ist, dazu verwendet werden, gemessene Mengen an Flüssigkeit von und in bestimmte(n) Kammern des Rotorkörpers 222 abzunehmen, zu transportieren und abzuliefern. Durch passende Ausgestaltung der hin- und hergehenden Einrichtung 224 können Mengen im Bereich von 1,0 µl bis 750 µl mittels der hin- und hergehenden Einrichtung zwischen bestimmten Kammern überführt werden.
Es versteht sich, daß zahlreiche Modifikationen und Ersetzungen an den zuvor beschriebenen Ausfürungsformen vorgenommen werden können. Obwohl zum Beispiel der Rotorkörper 52 der Rotoranordnung 50 der Figuren 1-17 so gezeigt und beschrieben wurde, als daß er zwei Kammersätze einschließt, in welchen ein Verdünnungsmittel in gemessene Mengen getrennt und anschließend mit einer Probe gemischt wird, kann ein Rotorkörper gemäß den weiteren Aspekten der Erfindung jede mögliche Anzahl an Kammersätzen einschließen.
Entsprechend sollen die zuvor beschriebenen Ausführungsformen dem Zweck der Erläuterung und nicht der Beschränkung dienen.

Claims

1. Verfahren zur Durchführung einer Prüfung unter Verwendung einer Rotoranordnung (220) mit einem Rotorkörper (222), der um eine Drehachse drehbar ist, wobei dieser Rotorkörper (222) eine mittige Kammer (234) und erste, zweite, dritte, vierte, fünfte und sechste Kammern (236 bis 246) hat, die in Verbindung mit der mittigen Kammer (234) stehen und strahlenförmig zu dieser angeordnet sind, die Rotoranordnung (220) eine hin- und hergehende Einrichtung (224) einschließt, die durch die mittige Kammer (234) bewegbar ist und in wirksamer Registerhaltung mit jeder der Kammern (236 bis 246) positionierbar ist und die hin- und hergehende Einrichtung (224) entweder einen Reaktionsbecher (252) oder ein Polster für eine Festphasenreaktion oder eine Kapillaranordnung umfaßt, die ein immobilisiertes Antigen oder einen immobilisierten Antikörper zur Beförderung zwischen den Kammern tragen, mit den Stufen, in denen man:

eine Menge Gesamtblut in die erste Kammer (238) einführt,

eine Waschlösung in die zweite Kammer (240) einführt,

die dritte Kammer (236) einer Trocknung überläßt,

ein Enzymkonjugat in die vierte Kammer (242) einführt, wobei dieses Enzymkonjugat mit dem immobilisierten Antigen oder Antikörper chemisch vereinigbar ist,

eine Enzymsubstratlösung in die fünfte Kammer (246) einführt,

ein Bezugsreagenz in die sechste Kammer (244) einführt, wobei dieses Bezugsreagenz identisch mit der Enzymsubstratlösung ist,

den Rotorkörper (222) dreht, um die Gesamtblutprobe in Zellen- und Plasmabestandteile aufzutrennen,

die Drehung des Rotorkörpers (222) anhält,

den Reaktionsbecher (252) in wirksamer Registerhaltung mit der ersten Kammer (238) positioniert, um das immobilisierte Antigen oder den immobilisierten Antikörper, die von dem Reaktionsbecher getragen werden, an im Plasmabestandteil enthaltenes lösliches Antigen oder löslichen Antikörper zu binden und so einen Antigen/Antikörperkomplex zu bilden,

den Reaktionsbecher (252) von der ersten Kammer durch die mittige Kammer bewegt und den Reaktionsbecher in wirksamer Registerhaltung mit der zweiten Kammer (240) positioniert,

den Reaktionsbecher durch Drehen des Rotorkörpers wäscht, wobei dieser Reaktionsbecher in die in der zweiten Kammer (240) enthaltene Waschlösung eingetaucht wird, die Rotation des Rotorkörpers anhält, den Reaktionsbecher aus der wirksamen Registerhaltung mit der zweiten Kammer durch die mittige Kammer bewegt und den Reaktionsbecher in wirksamer Registerhaltung mit der dritten Kammer (236) positioniert, den Rotorkörper (222) zum Trocknen der Probe dreht und dann die Rotation des Rotorkörpers (222) anhält,

den Reaktionsbecher (252) aus der wirksamen Registerhaltung mit der dritten Kammer (236) durch die mittige Kammer (234) bewegt und den Reaktionsbecher (252) in wirksamer Registerhaltung mit der vierten Kammer (242) positioniert, um das in der vierten Kammer enthaltene Enzymkonjugat an den Antigen/Antikörperkomplex zu binden,

den Reaktionsbecher (252) aus der wirksamen Registerhaltung mit der vierten Kammer durch die mittige Kammer bewegt und den Reaktionsbecher in wirksamer Registerhaltung mit der zweiten Kammer (240) positioniert,

den Reaktionsbecher (252) durch Drehen des Rotorkörpers wäscht, wobei der

Reaktionsbecher in die in der zweiten Kammer enthaltene Waschlösung eingetaucht wird, den Reaktionsbecher aus der wirksamen Registerhaltung mit der zweiten Kammer durch die mittige Kammer bewegt und den Reaktionsbecher in wirksamer Registerhaltung mit der dritten Kammer (236) positioniert, den Rotorkörper (222) zum Trocknen der Probe dreht und dann die Rotation des Rotorkörpers anhält,

den Reaktionsbecher aus der wirksamen Registerhaltung mit der dritten Kammer (236) durch die mittige Kammer (234) bewegt und den Reaktionsbecher in wirksamer Registerhaltung mit der fünften Kammer (246) positioniert und den Reaktionsbecher (252) in die in der fünften Kammer (246) enthaltene Substratlösung einführt, um ein Produkt für die Analyse zu erzeugen,

den Reaktionsbecher aus der fünften Kammer (246) entfernt und

optisch das in der fünften Kammer (246) unter Drehen des Rotorkörpers (222) und Vergleichen des überwachten Produktes mit dem in der sechsten Kammer (244) enthaltenen Bezugsreagenz überwacht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Stufe des Bewegens des Reaktionsbechers (252) von der ersten Kammer (238) aus eine Stufe vorausgeht, in der man den Reaktionsbecher (252) während einer ausgewählten Zeitdauer in der Plasmakomponente inkubiert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Stufe des Bewegens des Reaktionsbechers (252) von der vierten Kammer (242) aus eine Stufe vorausgeht, in der man den Reaktionsbecher (252) in dem Enzymkonjugat während einer ausgewählten Zeitdauer inkubiert.

4. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die hin- und hergehende Einrichtung (224) einen magnetisch anziehbaren Abschnitt (250) einschließt und die Bewegungsstufen die Stufen einschließen, in denen man in Nachbarschaft zu der hin- und hergehenden Einrichtung (224) ein Magnetfeld erzeugt und dieses Magnetfeld so bewegt, daß die hin- und hergehende Einrichtung durch das Magnetfeld bewegt wird.

5. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem die Rotoranordnung mit einer Steuerung zum automatischen Steuern wenigstens einer der Dreh-, Anhalte- und Bewegungsstufen verbunden ist.

6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, bei dem der Reaktionsbecher (252) ein Polster für eine Festphasenreaktion umfaßt, so daß die Stufen des Positionierens und Bewegens dieses Reaktionspolster in die und aus der Registerhaltung mit den Kammern bewegen.