DE69504574T2

DE69504574T2 - Magnetscheideverfahren und -vorrichtung bei Gebrauch einer Pipette.

Info

Publication number: DE69504574T2
Application number: DE69504574T
Authority: DE
Inventors: Hideji 1841 Yanoguchi Inagi-Shi Tokyo 206 Tajima
Original assignee: Precision System Science Co Ltd
Current assignee: Precision System Science Co Ltd
Priority date: 1994-06-15
Filing date: 1995-06-13
Publication date: 1999-04-22
Anticipated expiration: 2015-06-14
Also published as: EP0687501A2; US6096554A; EP0687501A3; DE69504574D1; US6133037A; US5702950A; AU708048B2; CA2151324C; JP3115501B2; CA2151324A1; TW494239B; KR0148239B1; NZ272248A; US6331277B2; US20010007770A1; CN1161608C; EP0687501B1; ES2123183T3; US6231814B1; ATE170983T1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anziehen/Loslassen von magnetischem Material, das in einer Flüssigkeit suspendiert ist.
Es ist zu beachten, daß das "magnetische Material" nicht nur kugelartige Materialien, sondern auch körnige und korpuskulare Materialien bezeichnet und daß die Form nicht auf eine Kugel beschränkt ist; jede Form ist zulässig.
In den letzten Jahren sind viele Chemilumineszenz-Verfahren (CL-Verfahren) entwickelt worden, die beispielsweise umfassen: einen Enzymimmunoassay (EIA), der eine Antigen-Antikörper-Reaktion nutzt, einen Chemilumineszenz-Immunoassay (CLIA) in einem engen Sinn, bei dem eine chemilumineszente Verbindung zur Markierung als Indikator für den Immunoassay verwendet wird, und einen Chemilumineszenz-Enzymimmunoassay (CLEIA), der eine Enzymaktivität mit hoher Empfindlichkeit durch Verwendung einer chemilumineszenten Verbindung in einem Detektiersystem nachweist.
Als ein Untersuchungsverfahren unter Anwendung einer der oben beschriebenen Techniken sind folgende Verfahren bekannt: das Magnetpartikel-Verfahren, das magnetische Partikel verwendet, die jeweils eine mit einem Antigen oder einem Antikörper überzogene Oberfläche haben, das Latex-Verfahren, bei dem Latex verwendet wird, der eine mit einem Antigen oder einem Antikörper überzogene Oberfläche hat, das Perlen- Verfahren, das kugelförmige Perlen verwendet, die jeweils eine mit einem Antigen oder einem Antikörper überzogene Oberfläche haben, oder das sogenannte Röhrenbeschichtungs- Verfahren, das Zellen verwendet, die jeweils eine mit einem Antigen oder einem Antikörper beschichtete Innenwand haben. Wenn man die Effizienz beim Einfangen eines Antigens oder eines Antikörpers sowie die Herstellungs- und die Betriebskosten berücksichtigt, sind jedoch Verfahren weit vorteilhafter, die magnetische Körper wie etwa magnetische Partikel oder Perlen verwenden.
Die veröffentlichte PCT-Anmeldung WO 95/00247, die gemäß Art. 54(3) EPÜ zu berücksichtigen ist, zeigt ein Trennverfahren, das eine mit einer Saugleitung verbundene Pipette verwendet. Ein vorderer Spitzenbereich der Pipette ist mit einem sich verjüngenden Reservoirabschnitt verbunden, um den herum ein Magnet angeordnet ist. Der Mägnet ist imstande, magnetisches Material von der pipettierten Flüssigkeit auf eine innere Oberfläche des Zwischenabschnitts abzutrennen. Die EP-Patentanmeldung EP-A-0 638 809, die ebenfalls gemäß Art. 54(3) EPÜ zu berücksichtigen ist, zeigt ein Analyseverfahren und eine -vorrichtung, mit der eine Vielzahl von Behandlungsflüssigkeiten und Magnetpartikel-Suspensionen isolierte Segmente in einer langgestreckten Leitung bilden. Suspendierte magnetische Partikel werden von einem Segment zum nächsten selektiv zurückgehalten, während die Kette von Segmenten in der Leitung eine äußere magnetische Einrichtung passiert.
Die veröffentlichte JP-Patentanmeldung JP-A-2 151 767 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen eines in einer Probe enthaltenen Antigens mit Hilfe einer Antigen-An tikörper-Komplexbildung. Ein für ein Ziel-Antigen spezifischer Antikörper haftet an magnetischen Partikeln, die in einer Pufferlösung suspendiert sind. Nach Kontakt mit der Probe haften von der Probe getrennte Antigene mittels der Komplexbildung an den magnetischen Partikeln. Magnetische Partikel werden aus der Lösung mittels eines Filaments entfernt, das magnetisiert sein kann.
Die US-Patentschrift US-A-5 171 537 zeigt ein Trennverfahren, mit dem ein Ligand, der eine spezifische Affinität für ein Zielmolekül hat, an der Oberfläche eines Kügelchens zum Haften gebracht wird, das unmittelbar nach dem vordersten Einlaßbereich einer Pipetteneinrichtung positioniert ist. Eine Probenflüssigkeit wird von der Pipetteneinrichtung angesaugt, und die Flüssigkeit fließt an dem mit dem Liganden überzogenen Kügelchen vorbei. Durch eine Komplexbildung haftet das Zielmolekül an dem Kügelchen, wonach die Komplexe zum Zweck der Farbentwicklung inkubiert werden. Bei dem gezeigten Trennverfahren werden weder magnetische Partikel noch magnetische Einrichtungen verwendet.
Bei dem herkömmlichen Typ von Prüfverfahren, die wie oben beschrieben ein magnetisches Material verwenden, ist es erforderlich, das magnetische Material zu reinigen oder das magnetische Material mit einem Reagenz in Reaktion zu bringen, indem das magnetische Material, das in einem Reaktor wie etwa einem Probenreaktionsbehälter schwimmt oder absitzt, gesammelt wird; es ist jedoch äußerst schwierig, beim Sammeln oder Bewegen des magnetischen Materials während des Vorgangs eine hohe Präzision aufrechtzuerhalten, und das ist einer der Gründe dafür, weshalb das Untersuchungsverfahren, das magnetisches Material verwendet, bisher nicht für verschiedene Anwendungen automatisiert worden ist.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 folgt die Beschreibung eines Ablaufs in einem immunochemischen Prozeß unter Verwendung eines magnetischen Materials, wie oben beschrieben wurde. Bei diesem Ablauf wird zuerst, wenn eine erforderliche Probenmenge in einem Behälter 1 mit einer ersten Pipetteneinrichtung P&sub1; in Schritt (a) entnommen wird, von einer zweiten Pipetteneinrichtung P&sub2; in Schritt (b) eine reaktionsunlösliche magnetische Flüssigkeit 3 in den Behälter 1 eingebracht. In Schritt (c) erfolgt ein Bewegen durch einen Schwingungsrührer, in Schritt (d) wird die Inkubation (unter einer konstanten Temperatur) ausgeführt, und das Anziehen von magnetischem Material durch einen Magneten M und das Abgeben der Flüssigkeit werden in Schritt (e) ausgeführt. Eine Reinigungsflüssigkeit wird in Schritt (f) von einer dritten Pipetteneinrichtung P&sub3; in den Behälter eingebracht.
In Schritt (g) erfolgt danach ein Bewegen durch einen Schüttelrührer, in Schritt (h) wird das magnetische Material 2 von dem Magneten M angezogen, wobei die Reinigungsflüssigkeit abgeführt wird, in Schritt (i) wird eine Markierungsflüssigkeit 6 durch eine vierte Pipetteneinrichtung P&sub4; eingebracht, in Schritt (j) erfolgt das Bewegen durch einen Schüttelrührer, in Schritt (k) wird die Inkubation (unter konstanter Reaktion) durchgeführt, in Schritt (1) wird dann das magnetische Material von dem Magneten M angezogen, während die Reaktionsflüssigkeit abgegeben wird, in Schritt (m) wird die Reinigungflüssigkeit durch eine fünfte Pipetteneinrichtung PS zugeführt. In Schritt (n) erfolgt dann das Bewegen durch den Schüttelrührer.
Beispielsweise bei dem CLEIA-Verfahren wird dann in Schritt (o) das magnetische Material 2 von dem Magneten M angezogen, während die Reinigungsflüssigkeit abgegeben wird, in Schritt (p) wird die Substratflüssigkeit zugeführt, in Schritt (q) erfolgt das Bewegen durch einen Schüttelrührer, und in Schritt (r) wird danach die Probe für einen bestimmten Zeitraum stehengelassen, und in Schritt (s) wird die von dem Reaktionssystem abgegebene Lichtmenge mit einem optischen Meßinstrument wie etwa einer PMT (Fotovervielfacherröhre) gemessen.
Im Fall des CLIA-Verfahrens dagegen wird nach dem oben beschriebenen Schritt (n) in Schritt (t) eine Reinigungsflüssigkeit, die das magnetische Material 2 in dem Behälter 1 enthält, mit der Reinigungsflüssigkeit abgesaugt und in eine Meßzelle mit einem daran vorgesehenen Filter eingebracht, und das in der Reinigungsflüssigkeit enthaltene magnetische Material wird in dem Filter zurückgehalten. Dann wird in Schritt (u) Hydrogenperoxid (H&sub2;O&sub2;) in das in dem Filter gesammelte magnetische Material 2 eingebracht, so daß in einem Übergangszustand Licht emittiert wird, und eine Menge an emittiertem Licht wird mittels einer PMT, die hermetisch gegen Licht von außen abgeschlossen ist, gemessen.
Bei einem Untersuchungsverfahren wie etwa CLEIA oder EIA, wobei die Lichtemission für einen bestimmten Zeitraum nach dem Einbringen einer Substratflüssigkeit in Schritt (s) fortgesetzt wird, wird in Schritt (t) eine Lichtmenge, die bei der Reaktion erzeugt wird, mit einem optischen Meßinstrument wie einer PMT gemessen.
Die vorstehende Beschreibung betrifft die herkömmliche Art von Untersuchungsverfahren unter Verwendung eines magnetischen Materials, aber wie aus dem Vorstehenden deutlich wird, ist es bei dem herkömmlichen Untersuchungsverfahren, das die oben beschriebene Art von magnetischem Material verwendet, notwendig, das magnetische Material an die Innenwand eines Behälters anzuziehen und das angezogene magnetische Material dann mehrfach homogen in einer Flüssigkeit zu verteilen. Es ist äußerst schwierig, die Trennung des magnetischen Materials von einer Flüssigkeit, das Bewegen und Reinigen des Behälters mit hoher Präzision auszuführen, und dies stellt ein zu lösendes Problem dar.
Wenn nämlich bei dem herkömmlichen Typ von Untersuchungsverfahren das magnetische Material von einer Flüssigkeit zu trennen ist, wird allgemein eine magnetische Anziehungskraft an einer Seitenwand eines großen Behälters erzeugt, und es dauert lang, bis das gesamte in einer Flüssigkeit verteilte magnetische Material an die Innenwand des Behälters angezogen wird. Der Wirkungsgrad beim Sammeln des magnetischen Materials ist also nachteiligerweise sehr gering.
Beim Sammeln von magnetischem Material an der Innenfläche eines Behälters und Einführen einer Pipette in eine Flüssigkeit, um diese aufzunehmen, kann auch das magnetische Material gemeinsam mit der Flüssigkeit aufgenommen werden, und es ist äußerst schwierig, das magnetische Material vollständig einzufangen.
Weiterhin wird beim Bewegen der Flüssigkeit mit dem darin verteilten magnetischen Material mit Vibrationen gearbeitet, um im allgemeinen den Magnetismus in einem Magneten zu eli minieren und um das magnetische Material nach seiner Aufnahme in dem Behälter zu vermischen und zu verteilen. Es ist aber schwierig, das magnetische Material homogen in der Flüssigkeit zu verteilen, und die Flüssigkeit, die das mit ihr vermischte magnetische Material enthält, wird manchmal auf eine obere Oberfläche des Behälters verspritzt, was ein weiteres Problem darstellt, das gelöst werden muß. Infolgedessen ist bei Anwendung von Schwingungen zum Bewegen bei der herkömmlichen Technik ein Abwaschen der Flüssigkeit, die magnetisches Material enthält und auf die Oberseite des Behälters verspritzt worden ist, erforderlich. Dadurch wird die Verarbeitung komplizierter, und wenn dieser Vorgang des Abwaschens der Flüssigkeit unvollständig durchgeführt wird, werden die folgenden Schritte im Prozeß dadurch ernsthaft beeinträchtigt.
Beim Reinigen der Flüssigkeit und des magnetischen Materials in dem Behälter auf die oben beschriebene Weise werden ferner auch andere Materialien als diejenigen, die an der Oberfläche des magnetischen Materials abgeschieden sind, entfernt, indem Vorgänge zum Trennen sowie zum Bewegen wie oben beschrieben durchgeführt werden, aber dabei können die gleichen Probleme wie beim Trennen und Bewegen auftreten.
Bei dem Untersuchungsverfahren unter Anwendung des herkömmlichen Typs von magnetischem Material ist es auch dann, wenn ein Reaktionsablauf oder ein Behandlungsablauf sehr spezifisch ist, erforderlich, Vorrichtungen zum Trennen, Bewegen und Reinigen sowie ein an den spezifischen Prozeß angepaßtes Steuersystem bereitzustellen. Die Vorrichtungen oder das Steuersystem werden dadurch sehr kompliziert, und es ist praktisch unmöglich, eine Untersuchung unter Verwendung eines magnetischen Materials auf der Basis eines sehr spezifischen Reaktions- oder Behandlungsablaufs durchzuführen. Somit werden die Anlagen- oder Betriebskosten sehr hoch.
Außerdem ist es bei der Methode zum Sammeln von magnetischem Material auf der Basis der oben erläuterten herkömmlichen Technik schwierig, den Magneten wie oben beschrieben in einem Behälter wie etwa einer Mikroplatte zu positionieren, und selbst wenn das möglich ist, ist es schwierig, einen Magneten an einer Seitenfläche des Behälters zu positionieren. Es ist auch schwierig, die Trennung durch Anziehen des magnetischen Materials aus einer Flüssigkeit, Bewegen und Reinigen durchzuführen, und im Endergebnis ist es äußerst schwierig, den Behälter klein zu machen, indem etwa eine Mikroplatte verwendet wird; dies ist ein schwerwiegender Nachteil.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine Vorrichtung zum Trennen unter Verwendung einer verbesserten Pipette bereitzustellen. Die Pipette kann eine wesentliche Verbesserung der Meßgenauigkeit bei einem Untersuchungsverfahren realisieren, das magnetisches Material verwendet, indem in einem kurzen Zeitraum eine vollständige Anziehung mit einem Magneten erfolgt, der an der Pipettenvorrichtung vorgesehen ist. Eine Kreuzkontamination wird verhindert, wenn eine Einmal-Pipettenspitze verwendet wird, und das Verfahren kann ohne weiteres bei verschiedenen Untersuchungsarten angewandt werden, die jeweils auf einer spezifischen Reaktion oder einem bestimmten Reaktionsablauf basieren.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Anziehen und Loslassen von magnetischem Material aus einer Flüssigkeit bereitgestellt, wie in den Ansprüchen 1 bzw. 40 angegeben ist.
Um die Verarbeitungskapazität zu steigern, ist vorzugsweise eine Vielzahl von Flüssigkeitssaugleitungen parallel zueinander vorgesehen. Ansaugen oder Abgeben einer Flüssigkeit in jeder Flüssigkeitssaugleitung wird durch Antrieb und Steuerung durchgeführt. Das ermöglicht die Realisierung eines Vielfachkanalsystems, das die gleichzeitige Verarbeitung einer Vielzahl von Proben erlaubt.
Um die Verarbeitungskapazität zu steigern und jede Flüssigkeit handhaben zu können, die einen bestimmten Behandlungsprozeß verlangt, ist es ferner bevorzugt, eine Vielzahl der oben beschriebenen Flüssigkeitssaugleitungen vorzusehen. Jede Flüssigkeitssaugleitung wird unabhängig zu einem jeweils verschiedenen Zeitpunkt gesteuert, so daß das Ansaugen und Abgeben der Flüssigkeit so gesteuert werden, daß magnetisches Material für einen spezifischen Behandlungsvorgang angezogen oder dispergiert wird.
Eine Verbesserung der Verarbeitungskapazität wird bevorzugt dadurch erreicht, daß eine Flüssigkeitssaugleitung und magnetisches Material in einer Einheit integriert werden und eine Vielzahl von Einheiten, wie oben beschrieben, entlang einer Behälterüberführungsleitung vorgesehen wird.
Der Magnet kann jede Art von Permanentmagnet oder Elektromagnet umfassen, solange er Magnetismus zum Anziehen eines magnetischen Materials erzeugen kann. Eines oder mehrere Ma gnetstücke können in jeder Flüssigkeitssaugleitung entsprechend dem Durchmesser der Flüssigkeitssaugleitung, der Menge an magnetischem Material, das angezogen werden soll, und seiner Größe vorgesehen sein. Verschiedene Anordnungen zur Festlegung der Magnete können in Betracht gezogen werden, beispielsweise können die Magnete in der Richtung positioniert sein, in der eine Flüssigkeit in der Flüssigkeitssaugleitung fließt, oder an entgegengesetzten Positionen in beiden Seiten der Flüssigkeitssaugleitung oder in der Radialrichtung.
Weiterhin können die Magnete von der Außenseite der Flüssigkeitssaugleitung verlagert sein oder direkt an der Flüssigkeitssaugleitung positioniert sein.
Wenn Magnete außerhalb der Flüssigkeitssaugleitung wie oben beschrieben positioniert werden, ist es dadurch, daß eine Vielzahl von Permanentmagnetstücken verwendet und die Magnetkörper an oder nahe der Flüssigkeitssaugleitung positioniert werden, möglich, magnetisches Material, das in der Flüssigkeit enthalten ist, aufzunehmen und an der inneren Oberfläche der Flüssigkeitssaugleitung angelagert zu halten. Es ist außerdem möglich, das magnetische Material gemeinsam mit der Flüssigkeit aus der Flüssigkeitssaugleitung abzuführen, indem die magnetischen Körper von der Flüssigkeitssaugleitung weg bewegt werden, um das magnetische Material von der Leitung zu lösen.
Wenn die Magnetkörper direkt an oder nahe der Flüssigkeitssaugleitung positioniert sind, ist es dadurch, daß die Magnetkörper mit Elektromagneten gebildet sind und in den Elektromagneten Magnetismus erzeugt wird, möglich, magneti sches Material, das in Flüssigkeit, die in die Flüssigkeitssaugleitung angesaugt wird, enthalten ist, zu absorbieren und an einer inneren Oberfläche der Flüssigkeitssaugleitung zu halten. Es ist außerdem möglich, das magnetische Material aus der Flüssigkeitssaugleitung freizugeben, indem eine Steuereinrichtung über den Elektromagneten vorgesehen ist, so daß der Magnetismus abgeschaltet oder vermindert wird, wenn das magnetische Material gemeinsam mit der Flüssigkeit aus der Flüssigkeitssaugleitung abgegeben wird. Zur Bildung des oben beschriebenen Elektromagneten kann eine Erregerspule direkt an der Flüssigkeitssaugleitung selber angebracht werden, oder die Spule kann um die Flüssigkeitssaugleitung herum gewickelt werden. Es ist auch eine Konfiguration zulässig, bei der der Elektromagnet näher zu oder weg von der Flüssigkeitssaugleitung bewegt wird.
Die Flüssigkeitssaugleitung ist vorzugsweise gebildet, indem die Pipettenspitze abnehmbar an einem Vorderendabschnitt angebracht wird. Der Magnetkörper ist so angeordnet, daß von dem Magnetkörper erzeugter Magnetismus auf das magnetische Material im Inneren der Pipettenspitze wirkt.
Indem es also beim Ansaugen oder Ableiten einer magnetisches Material enthaltenden Flüssigkeit mit einer Pipettenspitze ermöglicht wird, das magnetische Material an einer inneren Oberfläche der Pipettenspitze zurückzuhalten, kann das magnetische Material so vollständig wie möglich eingefangen werden. Es ist auch möglich, eine Pipettenspitze mit magnetischem Material, das an einer inneren Oberfläche abgeschieden ist, zu einem nächsten Reaktions- oder Behandlungsschritt zu überführen.
Die oben beschriebene Pipettenspitze wird wiederholt nur für dieselbe Probe einer spezifischen Verarbeitungssequenz zum Zweck der Untersuchung verwendet, um eine Kreuzkontamination zu vermeiden. Es kann jede Anzahl von Pipettenspitzen für dieselbe Probe in Abhängigkeit von den Anforderungen für einen Reaktions- oder Behandlungsablauf bei verschiedenen Untersuchungsarten verwendet werden.
Ein anderer Vorteil besteht darin, daß das Bewegen und Reinigen ausgeführt werden können, indem Flüssigkeit einmal oder mehr als einmal in die Flüssigkeitssaugleitung angesaugt und aus ihr abgegeben wird.
Die Trennung des magnetischen Materials von einer Flüssigkeit erfolgt durch Aufrechterhalten des Zustands, in dem magnetisches Material an der inneren Oberfläche einer Flüssigkeitssaugleitung adsorbiert und angelagert ist, und Abgeben nur der Flüssigkeit. Das wird alternativ erreicht, indem eine Pipettenspitze mit daran angezogenem und an einer inneren Oberfläche angelagertem magnetischen Material in eine Flüssigkeit eingebracht wird, die in einem anderen Behälter enthalten ist, und die Flüssigkeit wiederholt angesaugt und abgegeben wird.
Durch Ausführen einer Trennung zwischen einer Flüssigkeit und magnetischem Material, indem die Flüssigkeit wiederholt in einer Pipetteneinrichtung angesaugt und abgegeben wird, ist es also möglich, das magnetische Material nahezu vollständig einzufangen. Die nahezu vollständige Trennung von magnetischem Material kann in allen Prozessen realisiert werden, die die Trennung von magnetischem Material erfordern.
Wenn eine Pipettenspitze an einer Flüssigkeitssaugleitung angebracht ist, können auch die Bewegungs- und Reinigungsschritte ausgeführt werden, indem die Pipettenspitze mit an eine innere Oberfläche davon angezogenem magnetischen Material in eine Position zum Bewegen und Reinigen überführt wird und danach die Vorgänge zum Ansaugen und Abgeben der Flüssigkeit wiederholt werden.
Wie oben beschrieben ist es möglich, magnetisches Material homogen in einer Flüssigkeit zu verteilen. Es ist außerdem möglich, den Reinigungs-Wirkungsgrad zu verbessern, und obwohl das Ansaugen und Abgeben zwischen der Flüssigkeitssaugleitung und einem Behälter durchgeführt wird, spritzt die magnetisches Material enthaltende Flüssigkeit nicht aus dem Behälter heraus. Somit können die Bewegungs- und Reinigungsvorgänge unter stabilen Bedingungen durchgeführt werden, ohne daß die Meßgenauigkeit aufgrund von Verspritzen der magnetisches Material enthaltenden Flüssigkeit verringert wird.
Die Vorgänge zum Trennen von magnetischem Material, zum Bewegen und zum Reinigen können ausgeführt werden, indem ein Magnetkörper zu einer magnetisches Material enthaltenden Flüssigkeit überführt wird, die vorher in einem Flüssigkeitsspeicherabschnitt in einer Patrone aufbewahrt wurde, die eine Vielzahl von Flüssigkeitsspeicherabschnitten hat. Ansaugen oder Abgeben der Flüssigkeit wird nach Bedarf durchgeführt oder dadurch, daß der Zustand aufrechterhalten wird, in dem das magnetische Material an einer inneren Oberfläche einer Pipettenspitze angelagert ist, und die Restflüssigkeit aus dem Behälter abgegeben wird. Dann wird für den nächsten Vorgang benötigte Flüssigkeit in denselben Behälter eingebracht, und Ansaugen oder Abgeben der frisch eingebrachten Flüssigkeit wird mit der Pipettenspitze durchgeführt. Kurz gesagt wird keine bestimmte Form des Behälters zum Ansaugen und Abgeben von Flüssigkeit benötigt, um die Schritte zum Trennen von magnetischem Material durchzuführen.
Es ist auch möglich, sowohl eine qualitative als auch eine quantitative Bestimmung einer in der Flüssigkeit enthaltenen Zielsubstanz durchzuführen, indem die von einer Flüssigkeitssaugleitung angesaugte Flüssigkeitsmenge exakt gesteuert wird.
Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung ist bei Untersuchungsvorgängen anwendbar und wirksam, die auf Reaktionen basieren, die zwischen einer Zielsubstanz, die in einer Flüssigkeit vorhanden ist, und anderen Materialien erzeugt werden, die physikalisch und/oder chemisch auf das magnetische Material aufgebracht werden können. Die Substanzen und Materialien umfassen immunologische Materialien, biologische Materialien und molekularbiologische Materialien wie etwa Antigene, Antikörper, Proteine, Enzyme, DNA, Vektor-DNA, RNA oder Plasmid. Das Verfahren kann mit Isotopen, die für die qualitative oder quantitative Analyse erforderlich sind, mit Enzymen und anderen Markermaterialien durchgeführt werden, die für die Chemilumineszenz, die Fluorolumineszenz und die elektrochemische Lumineszenz gebraucht werden. Beispielsweise kann das Verfahren bei einer Vorrichtung für einen immunologischen Assay oder für Untersuchungen angewandt werden, die die chemische Reaktion, Extraktion, Rückgewinnung und Trennung von DNAs nutzen.
Wenn das Verfahren bei einer immunochemischen Untersuchungsvorrichtung angewandt wird, wird ein Behälter in einer Kassette gebildet, die eine Vielzahl von Flüssigkeitsspeicherabschnitten hat. Eine Flüssigkeit oder ein Reagenz, die/das für die Reaktion oder Verarbeitung erforderlich ist, wird in jeden Flüssigkeitsspeicherabschnitt gegossen, und der Behälter sollte bevorzugt mit einem magnetischen Material überführt werden, das von dem Magnetkörper an eine Flüssigkeitssaugleitung angezogen und an einer inneren Oberfläche der Leitung so, wie es ist, abgeschieden wird. In diesem Fall wird die Flüssigkeit vorher in jeden Flüssigkeitsspeicherabschnitt eingebracht, wie oben beschrieben wird, und es kann nur ein Anteil davon verarbeitet oder nach und nach in dem Behandlungsprozeß verarbeitet werden.
Ferner kann eine Probe unmittelbar, beispielsweise in einem Hauptbehälter, quantitativ gemessen und dann in jeden Flüssigkeitsspeicherabschnitt eingebracht werden. Es ist zu beachten, daß die Flüssigkeitsspeicherabschnitte in der Kassette entweder in einem einzigen Feld oder in einer Vielzahl von Feldern angeordnet sein und zu einer Form wie etwa einer Mikroplatte geformt sein können. Wenn die Kassette die Form einer Mikroplatte hat, kann ein Vielfachkanalsystem realisiert werden, indem eine Vielzahl von Flüssigkeitssaugleitungen in Übereinstimmung mit den Feldern von Flüssigkeitsspeicherabschnitten positioniert wird, wodurch die Verarbeitungskapazität erheblich verbessert wird.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen in:
Fig. 1 ein Ablaufdiagramm, das Prozesse bei einem Ausführungsbeispiel einer immunochemischen Untersuchung auf der Basis des Chemilumineszenzverfahrens zeigt;
Fig. 2 einen Querschnitt, der ein Beispiel einer Pipettenspitze zeigt;
Fig. 3 eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel der allgemeinen Konfiguration eines Meßabschnitts für die immunochemische Untersuchung auf der Basis des CLEIA-Verfahrens zeigt;
Fig. 4 Eine erläuternde Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Meßabschnitts für die immunochemische Untersuchung auf der Basis des CLIA-Verfahrens zeigt;
Fig. 5 Eine erläuternde Ansicht, die die allgemeine Konfiguration eines Meßabschnitts für die immunochemische Untersuchung auf der Basis des EIA-Verfahrens zeigt;
Fig. 6 Eine erläuternde Ansicht, die ein Beispiel der Anordnung eines Magneten bei einem Ausführungsbeispiel einschließlich eines Düsensystems zeigt;
Fig. 7 Eine erläuternde Ansicht, die ein anderes Beispiel einer Anordnung des Magneten zeigt;
Fig. 8 Eine erläuternde Ansicht, die noch ein anderes Beispiel einer Anordnung des Magneten zeigt; und
Fig. 9 Ein Ablaufdiagramm, das Prozesse in einem immunochemischen Untersuchungsverfahren auf der Basis des herkömmlichen Typs des Chemilumineszenzverfahrens zeigt.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung des Ausführungsbeispiels einer immunochemischen Untersuchung auf der Basis des Chemilumineszenzverfahrens. Wie oben beschrieben ist das Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt.
Ein Ablauf einer immunochemischen Untersuchung gemäß dem Ausführungsbeispiel im Vergleich mit einem Ablauf des herkömmlichen Typs einer immunochemischen Untersuchung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben.
Es ist zu beachten, daß bei diesem Ausführungsbeispiel das magnetische Material als ein magnetisches Material definiert ist, an dessen Oberfläche sich ein Antigen oder ein Antikörper anlagern kann. Das magnetische Material wird für die B/F-Trennung (die Trennung von Materialien, die an ein Antigen oder einen Antikörper gebunden sind, und von solchen, die daran nicht gebunden sind) von einem Magneten angezogen.
In dieser Figur bezeichnet P eine Pipettenspitze, um eine bestimmte Probenmenge aus einem Hauptbehälter wie etwa einem Blutröhrchen (nicht gezeigt) in einen Probenreaktionsbehälter 1 einzubringen, und ferner eine reaktions-unlösliche magnetische Materialflüssigkeit 3, eine Reinigungsflüssigkeit 5, eine als Enzymmarker dienende Flüssigkeit 6, eine Substratflüssigkeit 7, eine Reaktionsabbruchflüssigkeit 8 oder dergleichen aus dem Probenreaktionsbehälter 1 zu entnehmen bzw. in diesen einzubringen.
Wie Fig. 2 zeigt, hat die Pipettenspitze P eine Dreistufenform, bestehend aus einem dünnsten Abschnitt 10, der in den Probenreaktionsbehälter 1 eingeführt ist, einem Zwischendurchmesserabschnitt 11, der einen größeren Durchmesser als der dünnste Abschnitt 10 hat, und einen Abschnitt 12 mit großern Durchmesser, der einen größeren Durchmesser als der Zwischendurchmesserabschnitt 11 hat. Ein Magnet M zum Anziehen des reaktions-unlöslichen magnetischen Materials 3 ist an einer äußeren Umfangsoberfläche des Zwischendurchmesserabschnitts 11 abnehmbar angebracht, und ein Mechanismus zum Ansaugen oder Abgeben von Flüssigkeit in einen Zylinder ist trennbar mit einem oberen Randabschnitt dieser Pipettenspitze P verbunden und damit in Kommunikation. Es erübrigt sich zu sagen, daß die Form dieser Pipettenspitze P nicht auf diejenige beschränkt ist, die in der Figur gezeigt ist. Um das magnetische Material mit dem Magneten jedoch vollständig einzufangen, ist es erwünscht, den Zwischenabschnitt mit kleinem Durchmesser, der mit dem Magneten in Kontakt ist, auszubilden. Dies ist auch zu bevorzugen, um die Durchflußrate während des Ansaugens oder der Abgabe von Flüssigkeit wirksam steuern zu können.
Es ist zu beachten, daß dann, wenn DNAs extrahiert, rückgewonnen oder getrennt werden, eine geformte Pipettenspitze mit großem Durchmesser verwendet werden kann, um zu verhindern, daß die DNAs infolge von physischer Kraft zerbrechen oder beschädigt werden, die auf magnetisches Material wirkt, das an den DNAs angelagert ist, und die erzeugt wird, wenn Flüssigkeit angesaugt oder abgegeben wird.
In dem Probenreaktionsbehälter 1 ist eine Vielzahl von Flüssigkeitsspeicherabschnitten 1A bis 1H in einer geraden Anordnung, einer Schleife oder Zickzackform vorgesehen, und eine grob bestimmte Menge an Proben ist in den Flüssigkeits speicherabschnitt 1A, eine spezifizierte Menge an reaktionsunlöslichlicher Magnetmaterialflüssigkeit 3 in den Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1B, eine bestimmte Menge an Reinigungsflüssigkeit 5 in die Flüssigkeitsspeicherabschnitte 1C und 1D, eine bestimmte Menge an Markerflüssigkeit in den Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1E, eine bestimmte Menge an Reinigungsflüssigkeit in die Flüssigkeitsspeicherabschnitte 1F und 1 G eingebracht worden, die jeweils vor dem Beginn der Untersuchung mit der Flüssigkeit gefüllt wurden, und eine Substratflüssigkeit ist in den Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1H zur Messung des Lichtemissionszustands eingefüllt.
Im Fall der CLIA- oder CLEIA-Untersuchung besteht der Probenreaktionsbehälter 1 aus lichtundurchlässigem Material, um jeden Lumineszenzeffekt zu verhindern, und im Fall der EIA- Untersuchung besteht zumindest der Bodenabschnitt aus einem lichtdurchlässigen Material.
Bei der Durchführung einer immunochemischen Untersuchung unter Verwendung des Probenreaktionsbehälters 1, der wie oben beschrieben ausgebildet ist, und der Pipettenspitze P wird die Probe, von der eine grob bestimmte Menge in den Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1A eingebracht wurde, mit der oben erläuterten Pipettenspitze P als spezifische Menge für die quantitative Analyse angesaugt.
Dann wird die Pipettenspitze P mit der in sie eingesaugten Probe überführt, und sämtliche Proben, die angesaugt worden waren, werden in die reaktions-unlösliche Magnetmaterialflüssigkeit 3 in dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1B abgegeben. Ein Gemisch aus Proben und der reaktions-unlöslichen Magnetmaterialflüssigkeit 3 wird dann mit der Pipettenspitze P wiederholt angesaugt und abgegeben (dieser Vorgang wird nachstehend als Ansaugen/Abgeben von Flüssigkeit bezeichnet), um einen Zustand zu erzeugen, in dem das magnetische Material 2 homogen bewegt und darin vermischt worden ist. Innerhalb einiger Stunden wird die gesamte oder eine bestimmte Menge der inkubierten Mischflüssigkeit mit der Pipettenspitze P angesaugt.
Bei diesem Schritt wird das magnetische Material 2, das in der von der Pipettenspitze P angesaugten Mischflüssigkeit schwimmt, an einer Innenwandfläche des Zwischendurchmesserabschnitts 11 aufgrund des Magnetismus des Magneten M eingefangen, der an der Außenseite der Pipettenspitze P vorgesehen ist, wie Fig. 2 zeigt, wenn die Mischflüssigkeit durch den Zwischendurchmesserabschnitt 11 der Pipettenspitze P fließt. Die Mischflüssigkeit wird bis zu der in Fig. 2 gezeigten Höhe in die Pipettenspitze P angesaugt, so daß, wenn die gesamte Mischflüssigkeit in die Pipettenspitze angesaugt ist, die Bodenfläche x nahe einem unteren Rand des Magneten M oder auf einem Niveau liegt, das höher als dieses ist, und daß das magnetische Material 2 vollständig eingefangen wird.
Nachdem das gesamte magnetische Material 2 eingefangen ist, wird die Mischflüssigkeit, aus der das magnetische Material entfernt ist, in den Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1B abgegeben, und nur das magnetische Material 2 verbleibt in der Pipettenspitze P. Da das magnetische Material 2 feucht ist, wird es auch dann, wenn die Mischflüssigkeit abgegeben ist, an einer inneren Oberfläche des Zwischendurchmesserabschnitts 11 der Pipettensitze P angelagert bleiben, so daß auch bei Überführung der Pipettenspitze das magnetische Material kaum von der inneren Oberfläche herabfällt. Dann wird die Pipettenspitze P mit dem darin eingefangenen magnetischen Material 2 zum nächsten Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1C überführt und saugt die im Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1C befindliche Reinigungsflüssigkeit 5 an. Dann wird der Magnet M von der Pipettenspitze P weg bewegt, um das magnetische Material 2 loszulassen, und so kann durch Ansaugen und Abgeben der Reinigungsflüssigkeit 5 das gesamte magnetische Material 2 effizient gereinigt werden.
Nachdem die Vorgänge zum Ansaugen und Abgeben der Flüssigkeit beendet sind, saugt die Pipettenspitze P langsam (für 5 bis 10 Sekunden) die gesamte im Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1C befindliche Reinigungsflüssigkeit 5 an. Dann wird der Magnet M erneut zu der Pipettenspitze P hin bewegt, um das gesamte in der angesaugten Reinigungsflüssigkeit 5 schwimmende magnetische Material 2 einztufangen, und die Reinigungsflüssigkeit 5, aus der das magnetische Material 2 entfernt worden ist, wird in den Flüssigkeitspeicherabschnitt 1C abgegeben, so daß nur das magnetische Material 2 in der Pipettenspitze P verbleibt.
Dann wird die Pipettenspitze P zu dem nächsten Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1D mit dem darin eingefangenen magnetischen Material 2 überführt und saugt die im Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1D befindliche Reinigungsflüssigkeit an, und die Vorgänge zum Reinigen und Einfangen des magnetischen Materials 2 werden nach derselben Abfolge wie im Fall des Flüssigkeitsspeicherabschnitts 1C wiederholt.
Dann wird die Pipettenspitze P zu dem nächsten Speicherabschnitt 1E mit dem darin eingefangenen magnetischen Material 2 überführt und saugt die Markerflüssigkeit 6 aus dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1E an. Dann wird der Magnet M von der Pipettenspitze P weg bewegt, um das magnetische Material 2 loszulassen, und durch Ansaugen und Abgeben der Markerflüssigkeit 6 können das gesamte magnetische Material 2 und die Markerflüssigkeit 6 homogen miteinander umgesetzt werden.
Nachdem die Flüssigkeits-Ansaug- und -Abgabevorgänge beendet sind, wird die Inkubation für eine bestimmte Zeitdauer fortgesetzt, und dann saugt die Pipettenspitze P die gesamte Markerflüssigkeit 6 aus dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1E langsam an (beispielsweise für 5 bis 10 Sekunden). Dann wird der Magnet M wieder in die Nähe der Pipettenspitze P bewegt, um das gesamte in der angesaugten Markerflüssigkeit 6 schwimmende magnetische Material 2 einzufangen, und die Markerflüssigkeit 6, aus der das magnetische Material 2 entfernt worden ist, wird in den Flüssigkeitsspeicherabchnitt 1E abgegeben, und nur das magnetische Material 2 verbleibt in der Pipettenspitze P.
Dann wird die Pipettenspitze P zu dem nächsten Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1F mit dem darin eingefangenen magnetischen Material 2 bewegt, saugt die Reinigungsflüssigkeit 5 aus dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1F an und führt Vorgänge zum Reinigen und Einfangen des magnetischen Materials 2 entsprechend derselben Sequenz wie im Fall der Flüssigkeitsspeicherabschnitte 1C und 1D aus, saugt die Reinigungsflüssigkeit 5 aus dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1 G nach derselben Sequenz wie im Fall des Ansaugens der Reinigungsflüssigkeit aus dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1F an und führt dann Vorgänge zum Reinigen und Einfangen des magnetischen Materials 2 aus.
Dann wird die Pipettenspitze P zu dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1H überführt, und wenn beispielsweise eine Messung durchzuführen ist, bei der sich die Lumineszenz nach Vermischen mit einer Substratflüssigkeit fortsetzt und ein bestimmter Zeitraum erforderlich ist, bis sich die Lichtemissionsrate stabilisiert, was bei der CLEIA-Untersuchung der Fall ist, wird die vorher in dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1H gespeicherte Substratflüssigkeit 7 von der Pipettenspitze P angesaugt. Dann wird der Magnet M von der Pipettenspitze P weg bewegt und läßt das magnetische Material 2 los, so daß es möglich ist, die Reaktion zwischen dem magnetischen Material 2 und der Substratflüssigkeit 7 durch Ansaugen und Abgeben der Substratflüssigkeit 7 zu homogenisieren.
Wenn die Vorgänge zum Ansaugen und Abgeben der Flüssigkeit beendet sind und die Inkubation für eine bestimmte Zeitdauer ausgeführt ist, wird eine abgegebene Lichtmenge von der optischen Meßeinrichtung 9 wie etwa einer PMT gemessen, wie Fig. 3 zeigt.
Im Fall eines Untersuchungsverfahrens, bei dem die Lumineszenz nur eine sehr kurze Zeit dauert, wie etwa bei einer CLIA-Untersuchung, ist der Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1H gemäß Fig. 4 vorgesehen, ein Filter 16 und ein Wasserabsorptionsblock 20 sind in dem Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1H vorgesehen, und das magnetische Material 2 wird gemeinsam mit der im vorhergehenden Prozeß angesaugten Reinigungsflüssigkeit 5 in den Flüssigkeitsspeicherabschnitt 1H abgegeben, so daß das magnetische Material 2 von dem Filter 16 zurückgehalten wird. Dann wird eine lichtemittierende Triggerflüssigkeit 7 wie etwa Hydrogenperoxid (H&sub2;O&sub2;) aus einer Düse 17 zugeführt, um das magnetische Material zu veranlassen, Licht zu emittieren, und eine Menge des beim Einbringen der Substratflüssigkeit emittierten Lichts wird mit einem optischen Meßinstrument 9 wie etwa einer PMT gemessen.
Im Fall der EIA-Untersuchung wird weiterhin, nachdem die Substratflüssigkeit 7 eingebracht ist, eine Reaktionsabbruchflüssigkeit zugeführt, und wie Fig. 5 zeigt, wird ein Lichtstrahl einer bestimmten Wellenlänge von einem Bodenbereich des Flüssigkeitsspeicherabschnitts 1H abgestrahlt, und der Grad des Absorptionsvermögens wird von einem Lichtempfangselement und einem Detektor durch Prüfen der spezifischen Farbe gemessen.
Mit dem Probenreaktionsbehälter 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist es also möglich, auf eine Vielzahl von Arten von immunochemischen Untersuchungen einzugehen, indem nur die Konfiguration des Flüssigkeitsspeicherabschnitts 1H in Übereinstimmung mit verschiedenen Untersuchungsverfahren geändert wird, so daß die Vielseitigkeit erheblich verbessert wird. Auch kann ein Vielfachkanalsystem dieses Typs realisiert werden, indem Flüssigkeitsspeicherabschnitte in einer Vielzahl von. Anordnungen in dem Probenreaktionsbehälter 1 vorgesehen werden, um ihm eine Form ähnlich einer Mikroplatte zu geben.
Dann werden die Pipettenspitze P und der Probenreaktionsbehälter 1 entsorgt.
Es ist zu beachten, daß zwar bei der vorstehenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Fall angenommen wird, da der Probenreaktionsbehälter 1 zweimal nach der Abgabe der reaktions-unlöslichen Magnetmaterialflüssigkeit 3 und weiterhin zweimal nach der Abgabe der Markerflüssigkeit 6 gereinigt wird, die vorliegende Erfindung ist aber nicht auf die beschriebene Konfiguration beschränkt: Der Probenreaktorbehälter 1 kann so oft gereinigt werden, wie es notwendig ist.
Die obige Beschreibung geht auch von der Konfiguration aus, bei der die Pipettenspitze P zu jedem Flüssigkeitsspeicherabschnitt in dem Probenreaktionsbehälter 1 überführt wird, aber es ist auch eine Konfiguration zulässig, bei der die Pipettenspitze P nur in der Vertikalrichtung bewegt und der Probenreaktionsbehälter 1 intermittierend transportiert wird, um jeden der oben beschriebenen Vorgänge auszuführen.
Ferner geht die Beschreibung des obigen Ausführungsbeispiels von einem Fall aus, in dem die Pipettenspitze P und der Probenreaktionsbehälter 1 zum Einmalgebrauch vorgesehen sind, aber es ist auch eine Konfiguration zulässig, bei der die Pipettenspitze P und der Probenreaktionsbehälter 1 wiederholt gereinigt und verwendet werden können. Ferner geht die Beschreibung des obigen Ausführungsbeispiels von dem Fall aus, daß die verbrauchte Flüssigkeit nach Ansaugen durch die Pipettenspitze P zu dem ursprünglichen Flüssigkeitsspeicherabschnitt rückgeführt wird, aus dem die Flüssigkeit angesaugt wurde. Es ist aber auch eine Konfiguration denkbar, bei der die verbrauchte Flüssigkeit zu einem Abfallflüssigkeitsabschnitt zurückgeleitet wird, der außerhalb des Probenreaktionsbehälters 1 vorgesehen ist.
Es erübrigt sich zu sagen, daß die vorliegende Erfindung bei einem Fall anwendbar ist, bei dem eine Flüssigkeitssaugleitung als Düsensystem ausgebildet ist, und in diesem Fall ist die Konfiguration gemäß Fig. 6 denkbar, bei der ein unterer Randabschnitt PA der Flüssigkeitssaugleitung P&sub1; zu einem Abschnitt mit kleinem Durchmesser geformt ist und der Magnet M oder ein Elektromagnet zu dem unteren Randabschnitt PA der Flüssigkeitssaugleitung P&sub1; hin oder davon weg bewegt wird. Wenn ein Elektromagnet verwendet wird, ist eine Konfiguration denkbar, bei der der Elektromagnet an dem durchmesserkleinen Abschnitt einer Flüssigkeitssaugleitung angebracht oder direkt um den durchmesserkleinen Abschnitt der Flüssigkeitssaugleitung herum gewickelt ist und die Vorgänge zum Trennen von magnetischem Material von einer Flüssigkeit, Bewegen und Reinigen durch Ein- oder Ausschalten eines Stroms ausgeführt werden.
Die Beschreibung des vorstehenden Ausführungsbeispiels geht auch von einem Fall aus, bei dem der Magnet M abnehmbar an einer Seite des Zwischendurchmesserabschnitts 11 der Pipettenspitze P angebracht ist, aber die Magnete M können in beiden Seiten des Zwischendurchmesserabschnitts 11 vorgesehen sein, wie Fig. 7 zeigt. Auch kann eine Vielzahl von Magneten M in radialer Anordnung um den Zwischendurchmesserabschnitt 11 herum vorgesehen sein, wie Fig. 8 zeigt, und eine Vielzahl von Magneten kann ferner entlang der Längsrichtung des Zwischendurchmesserabschnitts 11 vorgesehen sein, obwohl dieser Fall nicht dargestellt ist.
Wie oben beschrieben wird magnetisches Material geladen oder entladen, indem eine Pipetteneinrichtung verwendet wird, und das Einfangen des magnetischen Materials erfolgt nicht in einem Behälter, in dem eine Flüssigkeit gespeichert ist, sondern in einer Flüssigkeitssaugleitung zum Ansaugen und Abgeben einer magnetisches Material enthaltenden Flüssigkeit, indem der Magnetismus eines darin vorgesehenen Magneten genutzt wird, so daß das magnetische Material innerhalb kurzer Zeit nahezu vollständig eingefangen werden kann.
Auch ein Vielfachkanalsystem ist möglich, in dem eine Vielzahl von Proben gleichzeitig verarbeitet und die Verarbeitungskapazität gesteigert werden kann, indem eine Vielzahl der oben beschriebenen Flüssigkeitssaugleitungen vorgesehen wird und die Vorgänge des Ansaugens und Abgebens einer Flüssigkeit so gesteuert werden, daß jede Flüssigkeitssaugleitung jeweils gleichzeitig magnetisches Material aufnimmt oder losläßt.
Ferner kann die Verarbeitung verbessert werden, und verschiedene Flüssigkeitsarten, die jeweils einen spezifischen Prozeß erfordern, können verarbeitet werden, indem eine Vielzahl von Flüssigkeitssaugleitungen wie oben beschrieben vorgesehen wird und jede Flüssigkeitssaugleitung so gesteuert wird, daß magnetisches Material aufgenommen oder losgelassen wird, indem jede das magnetische Material enthaltende Flüssigkeit zu einem jeweils verschiedneen Zeitpunkt entsprechend einem für jede Flüssigkeit spezifischen Prozeß angesaugt oder abgegeben wird.
Die Verarbeitungskapazität kann weiter gesteigert werden, indem eine Flüssigkeitssaugleitung und ein Magnetkörper zu einer Einheit integriert werden und eine Vielzahl von Einheiten entlang der Behältertransferstraße vorgesehen wird.
Wenn eine magnetisches Material enthaltende Flüssigkeit angesaugt oder abgegeben wird, wird das magnetische Material an eine innere Oberfläche der Pipettenspitze angezogen, so daß das magnetische Material nahezu vollständig eingefangen werden kann, und die Pipettenspitze kann zu dem nächsten Reaktionsprozeß oder Verarbeitungsschritt überführt werden, und zwar mit dem an ihrer inneren Oberfläche angelagerten magnetischen Material.
Die Pipettenspitze kann wiederholt nur für die gleiche Probe in einem Prozeß verwendet werden, in dem eine Probe nach einem bestimmten Untersuchungsverfahren verarbeitet wird, so daß eine Kreuzkontamination verhindert werden kann. Wenn die Flüssigkeitssaugleitung auf einem Düsensystem basiert, bei dem keine Pipettenspitze be- oder entladen wird, ist es möglich, eine Kreuzkontamination dadurch zu verhindern, daß eine innere Oberfläche der Flüssigkeitssaugleitung durch Ansaugen und Abgeben einer Flüssigkeit gereinigt wird.
Ferner werden Vorgänge zum Trennen von magnetischem Material von einer Flüssigkeit, in der das magnetische Material enthalten ist, Bewegen und Reinigen durch Ansaugen und Abgeben der Flüssigkeit mit der oben beschriebenen gereinigten Flüssigkeitssaugleitung einmal oder mehrmals durchgeführt, so daß das magnetische Material nahezu vollständig eingefangen werden kann. Außerdem können, wie oben beschrieben, die Vorgänge des Bewegens und Reinigens von magnetischem Material seitens einer Flüssigkeitssaugleitung einer Pipetteneinrichtung durch Ansaugen und Abgeben einer Flüssigkeit durchgeführt werden, so daß das magnetische Material homogen in einer Flüssigkeit verteilt werden kann, und auch der Reinigungswirkungsgrad kann gesteigert werden. Außerdem wird zwar das Ansaugen und Abgeben einer Flüssigkeit zwischen einer Flüssigkeitssaugleitung und einem Behälter durchgeführt, aber die das magnetische Material enthaltende Flüssigkeit verspritzt zu keinem Zeitpunkt. Infolgedessen können die Vorgänge des Bewegens und Reinigens stabilisiert werden, und die Meßgenauigkeit nimmt nicht aufgrund einer Kontamination durch die verspritzte, magnetisches Material enthaltende Flüssigkeit ab.
Zusätzlich kann die anzusaugende Flüssigkeitsmenge von der Flüssigkeitssaugleitung genau gesteuert werden, so daß sowohl die qualitative als auch die quantitative Analyse eines in einer Flüssigkeit enthaltenen Zielmaterials mit hoher Präzision durchführbar ist.
Das Verfahren kann weiterhin bei verschiedenen Vorrichtungstypen verwendet werden, und in diesem Fall kann ein Mechanismus, der zur Regelung von magnetischem Material erforderlich ist, erheblich vereinfacht werden, und die Meßgenauigkeit wird wesentlich verbessert und stabilisiert.

Claims

1. Verfahren zum Anziehen und Loslassen von in einer Flüssigkeit suspendiertem magnetischem Material unter Verwendung einer Pipetteneinheit (P) in einer Saugleitung, wobei die Pipetteneinheit (P) einen dünnsten vorderen Endbereich (10), ein Reservoir (12) mit großem Durchmesser und dazwischen einen Abschnitt (11) mit Zwischendurchmesser hat, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Ansaugen der das suspendierte Material (2) enthaltenden Flüssigkeit durch den Abschnitt (11) mit Zwischendurchmesser in das Reservoir (12), so daß das untere Ende eines Flüssigkeitspegels (X) dem unteren Ende eines Magneten (M) nahe kommt oder höher als dieses wird,

Anlegen eines Magnetfelds an den Abschnitt (11) mit Zwischendurchmesser während des Ansaugens, um das magnetische Material (2) von der Flüssigkeit zu trennen und es an einer inneren Oberflächenwand des Abschnitts (11) mit Zwischendurchmesser zu halten, und

Loslassen des magnetischen Materials (2) durch Unterbrechen des Magnetfelds, um das magnetische Material (2) gemeinsam mit der Flüssigkeit aus der Pipetteneinheit (P) ab zugeben.

2. Verfahren nach Anspruch 1, das die folgenden Schritte aufweist:

(a) Vermischen einer Flüssigkeitsprobe, die eine Zielsubstanz enthält, mit dem magnetischen Material (2) in einem Behälter (1), um die flüssige Suspension des magnetischen Material (2) zu bilden;

(b) Behandeln des magnetischen Materials (2) mit den Schritten: Anlegen des Magnetfelds und Entfernen des Magnetfelds, um das magnetische Material in einer weiteren Behandlungsflüssigkeit erneut zu suspendieren;

(c) Überführen des behandelten magnetischen Materials (2), das in der Behandlungsflüssigkeit enthalten ist, aus der Pipetteneinheit (P) in einen weiteren Behälter, um die mit dem magnetischen Material (2) extrahierte Zielsubstanz zu analysieren.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Behandlungsschritt (b) alternativ aufweist: wiederholtes Ansaugen und Abgeben des suspendierten magnetischen Materials (2) in die und aus der Pipetteneinheit (P) ohne Anlegen des Magnetfelds, um die Suspension dadurch hin- und herzubewegen.

4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Behandlungsschritt (b) aufweist: wiederholtes Ansaugen und Abgeben einer Reinigungsflüssigkeit in die und aus der Pipetteneinheit (P) , während das magnetische Material (2) von dem Magnetfeld an der inneren Oberflächenwand gehalten wird, so daß eine Reinigung des magnetischen Materials (2) bewirkt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Überführungsschritt (c) ein Testgemisch erzeugt, wobei das Verfahren ferner das Testen des Testgemischs aufweist, um die Zielsubstanz zu analysieren, zu extrahieren oder rückzugewinnen.

6. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei der Schritt (a) aufweist: Überführen einer ersten vorbestimmten Menge der Suspension aus einem ersten Gefäß (1A) in das Reservoir der Pipetteneinheit (P).

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt (a) ferner aufweist: Abgeben der ersten vorbestimmten Menge der flüssigen Suspension aus der Pipetteneinheit (P) in ein zweites Gefäß (1B), das eine zweite vorbestimmte Menge des magnetischen Materials (3) aufweist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das magnetische Material (2) unlösliche magnetische Teilchen (2) aufweist, die in der Flüssigkeit suspendiert sind.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei der Schritt (c) ferner aufweist: wiederholtes Überführen des behandelten magnetischen Materials in der Behandlungsflüssigkeit aus der Pipetteneinheit (P) in den Behälter (1) und aus dem Behälter in die Pipetteneinheit (P), um eine Hin- und Herbewegung zu erzeugen, bis sich das magnetische Material (3) mit der Behandlungsflüssigkeit homogen vermischt hat.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Durchflußrate während des Ansaugens und Abgebens der Flüssigkeiten gesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Schritt (b) aufweist: Überführen von Reinigungsflüssigkeit (5) als eine Behandlungsflüssigkeit aus einem dritten Gefäß (1C) in das Reservoir nach der Abgabe der vorhandenen Flüssigkeit.

12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt (b) ferner aufweist: Entfernen des Magnetfelds nach dem Überführen der Reinigungsflüssigkeit (5) in das Reservoir.

13, Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Schritt (b) aufweist: Reinigen des magnetischen Materials durch Überführen der Reinigungsflüssigkeit (5) und des magnetischen Materials (2) aus dem Reservoir in das dritte Gefäß (1C) und aus dem dritten Gefäß (1C) in das Reservoir, wenn das Magnetfeld entfernt ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Magnetfeld nach dem Reinigungsschritt angelegt wird, um das magnetische Material (2) an der innenseitigen Wand des Abschnitts (11) mit Zwischendurchmesser zu sammeln und die Reinigungsflüssigkeit (5) abzugeben.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Reinigungsschritt mehr als einmal wiederholt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei der Schritt (b) aufweist: Überführen einer Markierungsflüssigkeit (6) aus einem vierten Gefäß (1E) in das Reservoir nach der Abgabe der Reinigungsflüssigkeit (5).

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der Schritt (b) ferner aufweist: Markieren der Zielsubstanz durch Überführen der Markierungsflüssigkeit (6) und des magnetischen Materials (3) aus dem Reservoir in das vierte Gefäß (1E) und aus dem vierten Gefäß (1E) in das Reservoir, wenn das Magnetfeld entfernt ist.

18. Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Magnetfeld nach dem Markierungsschritt angelegt wird, um das magnetische Material (3) an der innenseitigen Wand des Reservoirs zu sammeln und die Markierungsflüssigkeit (6) abzugeben.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der Reinigungsschritt nach dem Markierungsschritt wiederholt wird.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei der Schritt (c) aufweist: Überführen einer Substratflüssigkeit (7) aus einem fünften Gefäß (1H) in das Reservoir (12), wenn das Magnetfeld angelegt ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei der Schritt (c) aufweist: Abgeben der Substratflüssigkeit (7) und des magnetischen Materials aus dem Reservoir in das fünfte Gefäß (1H), wenn das Magnetfeld entfernt ist, um ein Testgemisch in dem fünften Gefäß zu erzeugen.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, wobei die Substratflüssigkeit (7) lichtemittierende Triggerflüssigkeit aufweist.

23. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 22, wobei eine Vielzahl der Flüssigkeitssaugleitungen parallel zueinander vorgesehen ist und die Flüssigkeitssaugleitungen derart angetrieben und gesteuert werden, daß Ansaug- oder Abgabevorgänge gleichzeitig in sämtlichen Leitungen auf einmal oder unabhängig in jeder Leitung stattfinden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei die Flüssigkeitssaugleitungen und der Magnet (M) zu einer Einheit integriert sind und eine Vielzahl solcher Einheiten entlang einer Behälterüberführungsstraße vorgesehen ist.

25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Magnet (M) einen Permanentmagneten aufweist, das in einer Flüssigkeit enthaltene magnetische Material an eine innere Oberfläche der Pipetteneinheit (P) angezogen und daran gehalten wird, wenn sich der Magnet (M) der Pipetteneinheit (P) nähert, und das magnetische Material gemeinsam mit der Flüssigkeit aus der Pipetteneinheit (P) abgeben wird, indem das magnetische Material von der Pipetteneinheit (P) durch Zurückziehen des Magneten (M) von der Pipetteneinheit (P) getrennt wird.

26. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Magnet (M) einen Elektromagneten aufweist, das in einer Flüssigkeit enthaltene magnetische Material durch Anlegen einer Magnetkraft mit dem Elektromagneten an eine innere Oberfläche der Flüssigkeitssaugleitung angezogen und daran gehalten wird und das magnetische Material von der Pipetteneinheit (P) getrennt und gemeinsam mit einer Flüssigkeit aus der Pipetteneinheit (P) abgegeben wird, wenn die von dem Elektromagneten erzeugte Magnetkraft vollständig reduziert wird.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 26, wobei eine Pipettenspitze an einem Endabschnitt der Flüssigkeitssaugleitung lösbar angebracht ist, um die Pipetteneinheit (P) zu bilden, und die von dem Magneten (M) erzeugte Magnetkraft das magnetische Material in einer in die Pipettenspitze angesaugten Flüssigkeit erreicht.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Pipettenspitze zu einer bestimmten Verarbeitungsposition entsprechend dem Untersuchungsverfahren überführt wird, wobei magnetisches Material an einer inneren Oberfläche davon angebracht ist und daran gehalten wird.

29. Verfahren nach Anspruch 27 oder 28, wobei die Pipettenspitze nur für die gleiche Probe entsprechend dem bestimmten Untersuchungsverfahren, das für die Zielsubstanz erforderlich ist, wiederholt verwendet wird.

30. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 29, wobei Vorgänge zum Trennen des magnetischen Materials von einer Flüssigkeit, zum Hin- und Herbewegen und zum Reinigen ausgeführt werden, nachdem die Innen- und die Außenseite eines die Flüssigkeit berührenden Abschnitts der Flüssigkeitssaugleitung durch wiederholtes Ansaugen und Abgeben der Flüssigkeit bis zu einem Grad gereinigt sind, bei dem keine Kreuzkontamination auftritt.

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 bis 30, wobei das Trennen des magnetischen Materials von einer Flüssigkeit, das Hin- und Herbewegen und das Reinigen ausgeführt werden, indem die Vorgänge zum Ansaugen und Abgeben der Flüssigkeit mit der Pipetteneinheit (P) einmal oder mehrfach durchgeführt werden.

32. Verfahren nach Anspruch 31, wobei das Trennen des magnetischen Materials von einer Flüssigkeit ausgeführt wird, indem nur die Flüssigkeit abgegeben wird, wobei das magnetische Material durch die Magneteinrichtung angezogen gehalten wird.

33. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Hin- und Herbewegen durch wiederholtes Ansaugen und Abgeben der Flüssigkeit in einem Zustand, in dem die Vorgänge nicht von einer von der Magneteinrichtung erzeugten Magnetkraft beeinflußt werden, ausgeführt wird, nachdem die Pipettenspitze in eine in dem anderen Behälter aufbewahrte Flüssigkeit eingeführt worden ist, wobei magnetisches Material von der Magneteinrichtung an eine innere Oberfläche der Pipettenspitze angezogen wird.

34. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Reinigen durch wiederholtes Ansaugen und Abgeben der Reinigungsflüssigkeit ausgeführt wird, nachdem die Pipettenspitze in eine Reinigungsposition überführt ist, wobei das magnetische Material von der Magneteinrichtung an eine innere Oberfläche der Pipettenspitze angezogen wird.

35. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Reinigen mit einer Reinigungsflüssigkeit mit an eine innere Oberfläche der Pipettenspitze angezogenem magnetischem Material ausgeführt wird.

36. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Reinigen mit einer Reinigungsflüssigkeit ausgeführt wird, indem eine Reinigungsflüssigkeit einmal oder mehrfach in einem Zustand angesaugt und abgegeben wird, in dem die Vorgänge nicht von einer von der Magneteinrichtung erzeugten Magnetkraft beeinflußt werden.

37. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Trennen von magnetischem Material von der Flüssigkeit, das Hin- und Herbewegen und das Reinigen ausgeführt werden durch Ansaugen und Abgeben einer Flüssigkeit, die vorher in jedem von Flüssigkeitsaufbewahrungsabschnitten aufbewahrt wurde, die in einer Patrone vorgesehen sind, in der je nach Bedarf ein oder mehr Flüssigkeitsaufbewahrungsabschnitte vorgesehen sind.

38. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Trennen von magnetischem Material von einer Flüssigkeit, das Hin- und Herbewegen und das Reinigen ausgeführt werden durch Abgeben einer Restflüssigkeit aus dem Behälter, wobei magnetisches Material an einer inneren Oberfläche der Pipettenspitze angelagert ist, anschließendes Gießen einer für die nächste Verarbeitung erforderlichen Flüssigkeit in denselben Behälter und Ansaugen und Abgeben der eingegossenen Flüssigkeit mit der Pipettenspitze.

39. Anwendung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 38 bei einem Untersuchungsverfahren, wobei eine Substanz an dem magnetischen Material (2) zum Haften gebracht wird, wobei die Substanz immunologische, biologische oder molekularbiologische Materialien wie etwa Antigene, Antikörper, Proteine, Enzyme, DNA, Vektor DNAs, RNAs oder Plasmid aufweist,

oder die Substanz chemische Verbindungen oder Enzyme für immunchemische Assays auf der Basis von Chemilumineszenz oder elektrochemischer Lumineszenz aufweist.

40. Vorrichtung zum Anziehen und Loslassen von in einer Flüssigkeit suspendiertem magnetischem Material, wobei die Vorrichtung folgendes aufweist: eine Pipetteneinheit (P) in einer Saugleitung, die einen dünnsten vorderen Endbereich (10) hat, ein Reservoir (12) mit großem Durchmesser und dazwischen einen Abschnitt (11) mit Zwischendurchmesser, und einen Magneten (M) zum steuerbaren Anlegen eines Magnetfelds an den Abschnitt (11) mit Zwischendurchmesser, wobei das Magnetfeld so ausgebildet ist, daß es während des Ansaugens das magnetische Material (2) von der Flüssigkeit trennt und es an einer inneren Oberflächenwand des Abschnitts (11) mit Zwischendurchmesser hält und während der Abgabe das magnetische Material (2) von der inneren Oberflächenwand losläßt,

wobei die Saugleitung zum steuerbaren Ansaugen oder Abgeben der Flüssigkeit durch den Abschnitt (11) mit Zwischendurchmesser in das Reservoir (12) bzw. aus dem Reservoir (12) ausgebildet ist.

41. Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei der dünnste vordere Bereich (10) in einen Aufbewahrungsabschnitt (1A - 1H) eines Behälters (1) einführbar ist.

42. Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei der Magnet (M) einen Permanentmagneten aufweist, der so ausgebildet ist, um sich an die Pipetteneinheit (P) anzunähern und davon zurückzuziehen.

43. Vorrichtung nach Anspruch 40, wobei der Magnet (M) einen Elektromagneten zum steuerbaren Erzeugen des Magnetfelds aufweist.

44. Vorrichtung nach Anspruch 40 bis 43, wobei die Pipette (P) auf einem vorderen Abschnitt der Saugleitung abnehmbar angebracht ist.

45. Vorrichtung nach Anspruch 44, wobei die Pipette (P) ein Einmalgebrauchsartikel ist.