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EINFÜHRUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Testsäule, und insbesondere eine
Testsäule
mit mehreren Lagen, die in der Lage ist, eine Anzahl von Analyten
einer Fluidprobe in einem einzelnen Test zu identifizieren und zu
quantifizieren.
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HINTERGRUND
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Analysen
werden im allgemeinen angewandt, um Fluidproben zu testen, wie beispielsweise Blut,
um das Vorhandensein und/oder die Menge eines Analyten in der Fluidprobe
zu ermitteln. Um eine Blutprobe auf Vorhandensein eines Analyten
zu testen, beispielsweise eines Antigens, eines Antikörpers, eines
Liganden oder Ligandenrezeptors, wendet das gegenwärtige Testen
die Mikrotiter- oder Mikroplattentechnologie an, wo ein einzelner
Test an einer Fluidprobe an jeder von zahlreichen separaten Stellen
durchgeführt
wird. Eine Vorrichtung, die oftmals beim Mikroplattentest verwendet
wird, ist eine sogenannte 96-Vertiefungen-Mikroplatte, eine Vorrichtung,
die 96 Aussparungen oder Vertiefungen aufweist, wobei in jede davon
eine Menge eines speziellen Antianalyts, z. B eines Antikörpers oder
eines Antigens oder dergleichen, angeordnet und an der Vertiefung
angebracht wird. Eine Menge der Probe wird danach in eine jede Vertiefung
gebracht. Spezifische Analyte, die in der Probe vorhanden sein können (z.
B. Antikörper,
Antigene, Liganden und Rezeptoren), binden sich an den Antianalyten
in jeder Vertiefung, wobei das Vorhandensein des Analyten offenbart
wird, wenn ein Reagens, das mit einer nachweisbaren Markierung konjugiert
ist, der Vertiefung zugegeben wird. Der Bindungswirkungsgrad der
Probe am Antianalyten in einer derartigen Vorrichtung kann relativ
niedrig sein, und die Funktion dieser Vorrichtungen ist kostspielig.
Ein derartiger Test ist auf der Basis „eins zu eins", d. h., ein Test
ist für
den Nachweis eines jeden spezifischen Analyten erforderlich. Die
Eins-zu-Eins-Testplattform wird ebenfalls in starkem Maß angewandt,
um hinsichtlich biologischer Aktivität von Verbindungen zu testen,
beispielsweise beim Suchen nach potentiellen neuen Arzneimitteln.
Da es hunderte von tausenden chemischen Verbindungen gibt, die hundertprozentig
geprüft
werden müssen,
erfordert die Durchführung
von Eins-zu-Eins-Versuchen
für die
Arzneimittelentdeckung eine außerordentlich
lange Zeit.
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Das
EP-A-0139373 betrifft einen Mikroanalysestab, der für eine Verwendung
beim hundertprozentigen Prüfen
eines biologischen Fluids und anderer Probefluids oder -gase hinsichtlich
des Vorhandenseins von Substanzen ausgeführt ist, die in der Lage sind,
spezifische Bindungsreaktionen durchzumachen.
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Das
EP-A-0312394 betrifft membrangestützte Immunoanalysen, die eine
wiederverwendbare Spritze oder eine Vakuumsammelleitung benutzen, um
Proben mittels eines Druckgefälles
durch eine Membran zu bewegen, die eine Affinität zum Analyten einschließt.
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Das
US-A-5057438 betrifft die Ermittlung einer Vielzahl von Spezies
von Antikörpern
oder Antigenen, die mittels eines Verfahrens erhalten wurden, das
die Bildung einer Vielzahl von unterschiedlichen Arten von Reaktionsmembranen
aufweist, von denen eine jede eine unterschiedliche Spezies des
Antikörpers
oder Antigens auf einem elektrophoretischen Träger aufweist, und wobei diese
Reaktionsmembranen überlagert
werden.
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Testsäule mit
mehreren Lagen bereitzsutellen, die einige oder alle der vorangehend
erwähnten Schwierigkeiten,
die den bisher bekannten Vorrichtungen eigen sind, verringert oder
vollständig überwindet.
Spezielle Ziele und Vorteile der Erfindung werden jenen Fachleuten,
d. h., jenen, die auf diesem Gebiet der Technologie gut informiert
oder erfahren sind, angesichts der folgenden Offenbarung der Erfindung
und der detaillierten Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungen
ersichtlich werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die
Prinzipien der Erfindung können
zum Vorteil angewandt werden, um eine Testsäule mit mehreren Lagen bereitzustellen,
die die Durchführung
von mehreren Tests an einer einzelnen Fluidprobe im wesentlichen
gleichzeitig gestattet, wodurch ein verbesserter Wirkungsgrad und
verringerte Kosten erhalten werden.
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Entsprechend
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Säule mit
mehreren Lagen bereitgestellt, die in Kombination aufweist:
eine
Kammer mit einer Längsachse
mit einem ersten Ende, das eine erste Öffnung aufweist; und
eine
Vielzahl von vertikal gestapelten, im wesentlichen ebenen filterartigen
mikroporösen
Membranlagen, die innerhalb der Kammer gestapelt sind, die mindestens
eine Vielzahl von Trägermaterialien
in fester Phase umfassen, wobei jedes ein unterschiedliches Antianalyt
trägt,
und wobei jede Membranlage eine Vielzahl von Poren aufweist, die
den Fluß eines Probefluids
durch jede Membranlage gestatten, und was gestattet, daß das Probefluid
durch die Vielzahl der vertikal gestapelten Membranlagen fließt, wobei die
Ebene einer jeden der Membranlagen im wesentlichen senkrecht zur
Längsachse
der Kammer verläuft.
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Entsprechend
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Fluidtestvorrichtung bereitgestellt,
die in Kombination aufweist:
ein Gehäuse;
eine Montageeinrichtung
innerhalb des Gehäuses, um
eine längliche
Kammer aufzunehmen;
eine längliche
Kammer, die in der Montageeinrichtung montiert ist, die eine erste Öffnung in
einem ersten Ende davon und eine Vielzahl von vertikal gestapelten,
im wesentlichen ebenen filterartigen mikroporösen Membranlagen aufweist,
die innerhalb der Kammer gestapelt sind, die mindestens eine Vielzahl von
Trägermaterialien
in fester Phase umfassen, wobei jedes ein unterschiedliches Antianalyt
trägt,
und wobei jede Membranlage eine Vielzahl von Poren aufweist, die
den Fluß eines
Probefluids durch jede Membranlage gestatten, und was gestattet,
daß das Probefluid
durch die Vielzahl der vertikal gestapelten Membranlagen fließt, wobei
die Ebene einer jeden der Membranlagen im wesentlichen senkrecht
zur Längsachse
der Kammer verläuft;
einen
Reagensbehälter
und eine Fluidliefereinrichtung innerhalb des Gehäuses, um
ein Reagens aus dem Reagensbehälter
zur ersten Öffnung
der länglichen
Kammer zuzuführen;
einen
Waschpufferbehälter
und eine zweite Fluidliefereinrichtung innerhalb des Gehäuses, um
den Waschpuffer aus dem Waschpufferbehälter zur ersten Öffnung der
länglichen
Kammer zuzuführen;
und
einen Sensor innerhalb des Gehäuses, um ein Signal von der
länglichen
Kammer zu empfangen, und um ein entsprechendes elektrisches Signal
zu erzeugen.
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Aus
der vorangegangenen Offenbarung wird für jene Fachleute, d. h., jene,
die auf diesem Gebiet der Technologie gut informiert oder erfahren
sind, leicht erkennbar sein, daß die
vorliegende Erfindung einen bedeutenden technologischen Fortschritt
liefert. Bevorzugte Ausführungen
der Testsäule
mit mehreren Lagen der vorliegenden Erfindung können einen verbesserten Bindungswirkunsgrad,
eine vergrößerte Oberfläche für das Einfangen
von Analyten einer Probe und verringerte Kosten bewirken. Diese und
weitere charakteristische Merkmale und Vorteile der Erfindung, die
hierin offenbart werden, werden weiter aus der folgenden detaillierten
Offenbarung bestimmter bevorzugter Ausführungen verstanden werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Bestimmte
bevorzugte Ausführungen
werden nachfolgend detailliert mit Bezugnahme auf die als Anhang
beigefügten
Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
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1 eine schematische perspektivische Darstellung
einer Testvorrichtung mit mehreren Lagen entsprechend der vorliegenden
Erfindung;
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2 eine schematische Ansicht,
die teilweise in Schnittdarstellung gezeigt wird, von einer Säule mit
mehreren Lagen entsprechend der vorliegenden Erfindung;
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3 eine schematische perspektivische Darstellung
einer Säule
aus Membranlagen für
ein Einsetzen in die mehrlagige Filterkammer aus 2 und aus einer Vielzahl von gestapelten
Schichten des beschichteten Trägermaterials
gebildet;
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4 eine schematische Schnittdarstellung eines
Abschnittes der Säule
der Membranlagen aus 3;
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5 eine schematische Darstellung
der Testvorrichtung mit mehreren Lagen aus 1;
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6 eine schematische perspektivische Darstellung
des Gehäuses
der Säule
mit mehreren Lagen aus 2,
die eingesetzt in einen Abfallbehälter gezeigt wird;
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7 eine schematische perspektivische Darstellung,
teilweise in Phantomdarstellung gezeigt, von einer alternativen
Ausführung
des Gehäuses
und der Membranlagen der Säule
mit mehreren Lagen aus 2,
die nicht ein Teil der vorliegenden Erfindung ist;
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8 eine schematische perspektivische Darstellung,
teilweise im Schnitt gezeigt, von einer weiteren alternativen Ausführung des
Gehäuses
und der Membranlagen der Säule
mit mehreren Lagen aus 2;
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9 eine schematische Schnittdarstellung einer
alternativen Ausführung
der Membranlagen der Säule
mit mehreren Lagen aus 2;
und
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10 eine schematische Ansicht
eines Förderers,
der Säulen
mit mehreren Lagen zur Testvorrichtung mit mehreren Lagen aus 5 transportiert.
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Die
Fig., auf die man sich vorangehend bezogen hat, müssen nicht
maßstabsgetreu
gezeichnet sein und sollten so verstanden werden, daß sie eine Darstellung
der Erfindung vorlegen, die die eingeschlossenen Prinzipien veranschaulicht.
Einige charakteristische Merkmale der Testvorrichtung mit mehreren
Lagen, die in den Zeichnungen dargestellt wurde, wurden relativ
zu anderen vergrößert oder
verzerrt, um eine Erklärung
und ein Verständnis
zu erleichtern. Die gleichen Bezugszahlen werden in den Zeichnungen
für gleiche
oder identische Bauteile und charakteristische Merkmale verwendet,
die in verschiedenen alternativen Ausführungen gezeigt werden. Testvorrichtungen
mit mehreren Lagen, wie sie hierin offenbart werden, werden Konfigurationen
und Bauteile aufweisen, die teilweise durch die beabsichtigte Anwendung
und die Umgebung bestimmt werden, in der sie verwendet werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
BESTIMMTER BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGEN
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Mit
Bezugnahme auf 1 wird
eine Testmaschine entsprechend der vorliegenden Erfindung im allgemeinen
mit der Bezugszahl 1 gezeigt. Die Testmaschine 1 weist
ein Gehäuse 3 mit
einer Montageinrichtung und einer Transporteinrichtung auf, wie
beispielsweise einem drehbaren Zuführrad 5, das Aussparungen 7 aufweist,
um längliche
Säulen 2 aufzunehmen
(in 2 zu sehen und nachfolgend detaillierter
beschrieben). Das Zuführrad 5 gestattet, daß eine Vielzahl
von Säulen 2 der
Testmaschine 1 zugeführt
und zu Stationen innerhalb der Testmaschine 1 für das Testen
einer Fluidprobe transportiert wird. Weitere geeignete Montageeinrichtungen
und Transporteinrichtungen können
beispielsweise eine Förderlaufbahn
oder ein Förderband
oder einen beweglichen Greifarm umfassen, die eine längliche Säule zwischen
Stationen in der Testmaschine 1 bewegen können. Weitere
geeignete Montage- und Transporteinrichtungen werden für jene Fachleuten leicht
erkennbar werden, wenn der Vorteil dieser Offenbarung gegeben ist.
Die länglichen
Säulen
können
beispielsweise reagenzglasartige Vorrichtungen sein, die im Inneren
mehrlagige Membranen enthalten, wie weiter nachfolgend beschrieben
wird. Die Testmaschine 1 weist eine Schalttafel 9,
um eine Information zu empfangen, wie beispielsweise eine Information,
die von Strichcodeetiketten abgelesen wird, oder eingetastete Daten,
und einen Monitor 15 auf, um eine Betriebsinformation anzuzeigen,
wie beispielsweise die Ergebnisse des Testens.
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Eine
Testsäule 2 mit
mehreren Lagen, wie sie in 2 zu
sehen ist, ist innerhalb des Gehäuses 3 enthalten.
Die Testsäule 2 weist
eine längliche
zylindrische Kammer oder ein Gehäuse 4 mit
einer Längsachse
L auf und enthält
eine Vielzahl von Membranlagen 6. Ein Behälter 8 ist über den
Membranlagen 6 positioniert. Eine Öffnung 10 ist im oberen Ende
des Gehäuses 4 ausgebildet.
Die Öffnung 12 ist
am unteren Ende des Gehäuses 4 ausgebildet. Ein
Pipettenadapter 11 ist mit dem oberen Ende des Gehäuses 4 verbunden.
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Wie
in 3 zu sehen ist, werden
Membranlagen 6 vorzugsweise durch Stapeln einer Vielzahl von
Schichten der filterartigen mikroporösen Membran oder Fasergrundmassenmembranen
gebildet. Gestapelte Membranen, wie sie hierin verwendet werden,
betreffen eine Vielzahl von Membranen, die in einer sich überdeckenden
Weise angeordnet werden. Es soll erkannt werden, daß die Membranen
mit Bezugnahme zueinander versetzt sein können, und daß die Membranlagen
voneinander beabstandet sein können,
beispielsweise durch Zwischenschichten. Eine filterartige mikroporöse Membran,
wie sie hierin verwendet wird, betrifft eine Membran, die eine feste
Auflage für
einen Antianalyt liefert, und sie weist eine Vielzahl von Poren
auf, die gestatten, daß das Probefluid
durch die Membran fließt,
und daß eine vergrößerte Oberfläche für das Haften
des Antianalyts ebenso wie eine vergrößerte Anzahl von Stellen für das Binden
des Analyts am Antianalyt bereitgestellt werden. Eine Fasergrundmassenmembran,
wie sie hierin verwendet wird, betrifft eine Membran, die aus einer
Fasermatte hergestellt wird, vorzugsweise einem Stoff, der eine
feste Auflage für
ein Antianalyt bereitstellt und eine Vielzahl von Poren aufweist,
die gestatten, daß das
Probefluid durch die Membran hindurchfließt, und daß eine vergrößerte Oberfläche für das Haften
des Antianalyts ebenso wie eine erhöhte Anzahl von Stellen für das Binden
des Analyts am Antianalyt bereitgestellt werden. Die Membranlagen
sind vorzugsweise lichtdurchlässig
und sollten im allgemeinen in einer Kammer stapelbar sein. Geeignete
Materialien für
die Membranlage 6 umfassen Cellulose, Nitrocellulose, Acrylcopolymer,
Polyethersulfon, Polyethylen, Polyvinylidenfluorid, Polymer, Nylon,
Kunststoff und Glas.
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Das
Analyt, wie es hierin verwendet wird, betrifft eine Substanz, die
in einer Fluidprobe vorhanden ist, und man bezieht sich manchmal
hierin darauf als ein Target-Analyt oder Target-Material. In Übereinstimmung
mit bestimmten bevorzugten Ausführungen
umfassen Beispiele für
Analyte Antikörper,
Antigene, Liganden, Ligandenrezeptoren, andere Proteine und Nukleinsäuren. Weitere
geeignete Analyte werden für
jene Fachleute leicht erkennbar sein, wenn der Vorteil dieser Offenbarung
gegeben ist. Das Antianalyt, wie es hierin verwendet wird, betrifft eine
Substanz, die spezifisch mit einem Analyt zur Reaktion kommt, das
in einer Fluidprobe vorhanden ist, oder an die sich ein Analyt in
einer Fluidprobe bindet. Beispiele für Antianalyte umfassen Antikörper, Antigene,
Liganden, Ligandenrezeptoren, Aptamere, Nukleinsäuren, die an einer Analyt-Nukleinsäure hybridisieren
können,
enzymverbundenes Immunosorbens-Analyt, Proteine oder Bruchstücke von
Proteinen, die in der Lage sind, einen Komplex mit einem Analyt-Protein
oder Protein-Bruchstück
zu bilden, und chemische Verbindungen, die in der Lage sind, eine
biologische Aktivität
mit einem Target-Analyt zu zeigen. Weitere geeignete Antianalyte
werden für jene
Fachleute erkennbar sein, wenn der Vorteil dieser Offenbarung gegeben
ist. Entsprechende Analyt- und
Anitanalyt-Paare umfassen beispielsweise:
Antikörper, für den ein
typisches Antianalyt ein Antigen wäre, das sich spezifisch mit
einem Target-Antikörper
verbindet;
weitere Proteine oder Bruchstücke von Proteinen, die in der
Lage sind, einen Komplex mit einem
Target-Protein oder Target-Protein-Bruchstück zu bilden;
Nukleinsäure, die
an einer Target-Nukleinsäure
hybridisieren kann;
chemische Verbindungen, die potentiell
in der Lage sein können,
auf ein biologisches Target zu wirken, das mit einer speziellen
Krankheit in Verbindung steht; und
Indikatoren für Probebestandteile
oder Probebedingungen, wie beispielsweise den pH-Wert.
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Die
Fachleute werden verstehen, daß sich Antikörper oder
Bruchstücke
von Antikörpern
an ein Antigen oder Bruchstück
eines Antigens binden können,
beispielsweise ein Target-Protein, Lipid, eine Aminosäure, Phosphatgruppe,
Carbohydrat, usw. Außerdem
wird man verstehen, daß typischerweise eine
Target-Nukleinsäure,
beispielsweise aus einer Blutzelle, zuerst aus der Blutzelle mittels
eines von mehreren bekannten Verfahren extrahiert würde. Es ist
beispielsweise möglich,
eine Probe mit Ultraschall zu behandeln oder sie einer Reinigungsmittel-
oder organischen Extraktion zu unterwerfen. Das resultierende Lysat
würde dann
in eine Testsäule
mit mehreren Lagen eingespritzt. Ein derartiges Lysat kann noch
Zellwandmaterial oder andere Zelltrümmer enthalten oder nicht.
Wie es nachfolgend diskutiert wird, wenden bevorzugte Ausführungen
der Testsäule
mit mehreren Lagen der Erfindung Filterschichten an, um derartige
Trümmer
aus der Fluidprobe herauszufiltrieren, die in die Testsäule mit
mehreren Lagen eingespritzt oder anderweitig in diese eingeführt wurde.
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Zumindestens
werden einige Schichten mit einem Antianalyt beschichtet, um als
ein Trägermaterial
in fester Phase zu dienen. Das Haften des Antianalyts kann mittels
irgendeiner konventionellen Verfahrensweise bewirkt werden, wie
beispielsweise Absorption oder kovalente Bindung. Eine Membranfläche kann
chemisch behandelt werden, und bestimmte Antianalyte können chemisch
mit dem Trägermaterial
verbunden werden. Chemische Verbindungen können direkt auf einer Membran synthetisiert
werden. Diese Verfahrensweisen sind im Fachgebiet gut bekannt, und
keine weiteren Details werden in dieser Hinsicht für ein vollständiges Verständnis der
Erfindung für
notwendig gehalten. Bei bestimmten bevorzugten Ausführungen
ist das Antianalyt biologisch aktiv.
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Das
Antianalyt haftet an der Membranlage 6 und liefert Stellen,
an die das Analyt einer Fluidprobe anbindet. Die Membranlagen 6 mit
Antianalytbeschichtung liefern vorzugsweise spezifische Bindestellen.
Spezifische Bindestellen, wie sie hierin verwendet werden, betreffen
Stellen, an die ein spezifisches Analyt oder eine Klasse von Analyten
anbindet. Die Membranlage 6 wird danach mit einer Blockierungssubstanz
oder -reagens behandelt, um die nichtspezifischen Bindestellen auf
der Membranlage im wesentlichen zu blockieren. Daher bleibt das
Antianalyt für
eine Bindung mit einem Target-Analyt verfügbar, aber die nichtspezifischen
Bindestellen werden im wesentlichen blockiert. Das Blockierungsreagens
kann beispielsweise Rinderserumeiweiß (BSA) sein.
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Der
Stapel von Membranlagen 6 wird dann zu einer Vielzahl von
Säulen 13 geschnitten,
die so bemessen sind, daß sie
in das Gehäuse 4 passen. Bei
bestimmten bevorzugten Ausführungen,
wie in 4 zu sehen ist,
weist jede Membranlage 6 vorzugsweise eine Vielzahl von
Unterlagen auf, speziell eine Abschirmlage, die aus einer Lichtabsorptionslage 14 und
einer ersten Lichtreflexionslage 16 unterhalb der Absorptionslage 14 gebildet
wird; eine Einfanglage 18, auf der das beschichtete Antianalyt
haftet, und eine zweite Abschirmlage, die aus einer zweiten Reflexionslage 20 unterhalb
der Einfanglage 18 und einer zweiten Absorptionslage 21 unterhalb der
zweiten Reflexionslage 20 gebildet wird. Jede Abschirmlage
kann bei bestimmten bevorzugten Ausführungen als eine Abschirmlage
für die
Einfanglagen sowohl oberhalb als auch unterhalb der Abschirmlage
wirken. Die Einfanglage 18 ist im wesentlichen zumindestens
für bestimmte
Wellenlängen
des Lichtes durchlässig.
Licht, das durch die Einfanglage 18 (nachfolgend detaillierter
beschrieben) emittiert wird, wird im wesentlichen aus der Membranlage 6 durch
Reflexionslagen 16, 20 reflektiert, wie durch die
Pfeile A gezeigt wird. Die Absorptionslage 14 absorbiert
Licht, das von der Einfanglage 18 emittiert wird. Daher
verhindern die Reflexionslagen 16, 20 und die
Absorptionslage 14 im wesentlichen, daß das aus einer Einfanglage 18 emittierte
Licht in die Einfanglagen 18 der benachbarten Membranlagen
eintritt. Die oberste und die unterste Membranlage 6 im Gehäuse 4 sind
vorzugsweise Filterlagen, die im wesentlichen den Durchgang von
großen
Teilchen, beispielsweise Blutzellen, zu anderen Membranlagen 6 im
Gehäuse 4 verhindern.
Sie filtern oder blockieren jedoch nicht den Fluß der anderen kleineren Probeanalyte,
beispielsweise Antikörper,
usw., die zu den unteren Membranlagen für ein Binden bewegt werden.
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Bestimmte
Membranlagen 6 können
nur mit einer Blockierungssubstanz oder einem Blockierungsreagens
behandelt werden, um die nichtspezifischen Bindestellen im wesentlichen
zu blockieren und als Negativkontrollagen zu dienen. Negativkontrollagen
erzeugen unter normalen Betriebsbedingungen im wesentlichen kein
emittiertes Licht. Wenn beträchtliches
Licht aus einer Negativkontrollage emittiert wird, ist es ein Hinweis
darauf, daß innerhalb der
Säule 2 ein
Problem vorhanden ist. Weitere Membranlagen 6 können spezifisch
beschichtet werden, um als Positivkontrollagen zu wirken. Eine Positivkontrollage
erzeugt unter normalen Betriebsbedingungen ein emittiertes Licht.
Daher, wenn die Bedingungen anders als normal sind, wird im wesentlichen kein
emittiertes Licht aus der Positivkontrollage auftreten, was zeigt,
daß ein
Problem innerhalb der Säule 2 vorhanden
ist. Die Kontrollagen können
beispielsweise als ein Bezug benutzt werden, um die Menge des Analyts
in der Probe zu quantifizieren, indem die Größe des Lichtes oder Signals,
das durch die Kontrollage erzeugt wird, mit der Größe des Lichtes
oder Signals verglichen wird, das durch die Einfanglage erzeugt
wird. Diese Beziehung funktioniert, wenn die Größe des Signals für eine bekannte
Menge des Analyts ermittelt wird. Die Kontrollagen können ebenfalls
benutzt werden, um eine fehlerhafte Markierung und/oder Reagens
zu identifizieren, um eine Verunreinigung der Säule 2 anzuzeigen,
oder als Positionsmarkierungen zwischen Membranlagen 6 zu
dienen. Beispielsweise könnte
in einer Säule 2 mit
hunderten von gestapelten Membranlagen 6 eine Kontrollage
aller zehn Membranlagen 6 positioniert werden, was die
Chance eines akkumulierten Fehlers verringert, der beim falschen
Identifizieren einer speziellen Membranlage innerhalb einer langen
Kette von benachbarten Membranlagen auftreten könnte.
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Das
Gehäuse 4 ist
vorzugsweise mit einer Pufferlösung
gefüllt,
um die beschichteten Membranlagen zu stabilisieren. Typischerweise
wird die Pufferlösung
aus dem Gehäuse 4 vor
der Benutzung entfernt. Geeignete Pufferlösungen umfassen beispielsweise
Phosphatpuffer, die mit BSA ergänzt werden.
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Wenden
wir uns jetzt 5 zu,
werden Bauteile gezeigt, die innerhalb des Gehäuses 3 der Testmaschine 1 untergebracht
sind. Ein Probenbehälter 25 ist
mittels Steuerventil 23 und Leitung 28 mit der Säule 2 verbunden.
Der Probenbehälter 25 kann
bei bestimmten bevorzugten Ausführungen
ein Fluidprobenbehälter
sein, wie beispielsweise ein Reagenzglas, das typischerweise für das Sammeln
einer Fluidprobe, beispielsweise Blut des Patienten, verwendet wird.
Ein derartiger Fluidprobenbehälter
oder ein Reagenzglas kann in einer Montageeinrichtung untergebracht
werden, wie beispielsweise den Aussparungen 7 des vorangehend
beschriebenen Zuführrades.
Die Fluidprobe kann aus dem Reagenzglas entfernt und in eine Säule 2 mit
mehreren Lagen mittels einer bekannten Fluidzuführeinrichtung eingebracht werden.
Beispiele für
Fluidzuführeinrichtungen
umfassen beispielsweise: eine Vakuumpipettenspitze oder eine Probenahmenadel,
die mit einem Pipettenadapter verbunden ist und in ein Reagenzglas
eingesetzt wird, um Fluid aus dem Reagenzglas zu saugen; einen beweglichen
Arm, um die Nadel zu einer Säule 2 mit
mehreren Lagen zu bewegen; und eine Druckquelle, um die Fluidprobe
aus der Nadel in die erste Öffnung 10 des
Gehäuses 4 der
Säule 2 mit mehreren
Lagen zu drücken.
Eine andere geeignete Fluidzuführeinrichtung
wird für
jene Fachleute leicht erkennbar werden, wenn der Vorteil dieser
Offenbarung gegeben ist.
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Bei
bestimmten bevorzugten Ausführungen kann
ein Zuführrad 5 für die Handhabung
der Säulen 2 mit
mehreren Lagen bereitgestellt werden, und ein separates Zuführrad 5 kann
für die
Handhabung der Reagenzgläser
oder anderem Behälter
der Fluidprobe bereitgestellt werden. Daher kann ein einzelnes oder
es können
mehrere Zuführräder 5 benutzt
werden, um eine Kombination von Säulen 2 mit mehreren
Lagen und Fluidprobebehältern
zwischen verschiedenen Stationen innerhalb der Testmaschine 1 zu
transportieren. Beispiele für
Stationen innerhalb der Testmaschine 1 umfassen: eine Fluidhandhabestation,
wo die Fluidprobe aus einem Fluidprobenbehälter entnommen und zu einer
Säule mit
mehreren Lagen übertragen
wird; eine Reagensstation, wo ein Reagens der Säule mit mehreren Lagen hinzugefügt wird;
eine Waschstation, wo ein Waschpuffer der Säule mit mehreren Lagen hinzugefügt wird,
um ungebundenes Analyt und/oder andere Teilchen zu entfernen; und
eine Meßstation,
wo Licht oder ein anderes Signal von der Säule 2 mit mehreren
Lagen empfangen wird. Bei anderen bevorzugten Ausführungen können mehrere
Verarbeitungsschritte in einer einzigen Station durchgeführt werden.
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Ein
Luftbehälter 24 ist
mittels Steuerventeil 26 und Leitung 28 mit der
Säule 2 verbunden.
Ein Waschpufferbehälter 30 ist
mittels Steuerventil 32 und Leitung 28 mit der
Säule 2 verbunden.
Ein Reagensbehälter 34 ist
mittels Steuerventil 36 und Leitung 28 mit der
Säule 2 verbunden.
Ein Sensor wird benutzt, um ein Signal von der Säule 2 zu empfangen,
und um ein entsprechendes elektrisches Signal zu erzeugen. Bei der
veranschaulichten Ausführung weist
der Sensor eine Lichtquelle 38 und einen Lichtsensor 40 auf.
Eine Erregungsenergiequelle ist bei bestimmten bevorzugten Ausführungen
vorhanden, um Erregungsenergie zur Säule 2 zu lenken, um
ein Signal von der Säule 2 zu
erzeugen. Bei der veranschaulichten Ausführung ist die Energiequelle
eine Lichtquelle 38. Die Erregungsenergiequelle kann bei bestimmten
bevorzugten Ausführungen
ein Spannungsdifferential über
die längliche
Säule mittels
eines Paares von Elektroden, nicht gezeigt, anlegen. Andere geeignete
Erregungsenergiequellen werden für
jene Fachleute leicht ersichtlich sein, wenn der Vorteil der Offenbarung
gegeben ist.
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Die
Lichtquelle 38 ist angrenzend an die Säule 2 positioniert,
wobei der Lichtsensor 40 angrenzend an die Säule 2 entgegengesetzt
der Lichtquelle 38 positioniert ist. Der Lichtsensor 40 ist
mittels Kabel 42 mit dem Computer 44 verbunden,
der sich im Gehäuse 3 befindet.
Die Behälter 25, 24, 30, 34 dienen
dazu, ein Behältnis
für eine
geeignete Menge der Probe, Luft, des Waschpuffers oder Reagens bereitzustellen.
Bei bestimmten bevorzugten Ausführungen
enthalten die Behälter
ausreichend Probe, Luft, Waschpuffer oder Reagens für einen
einzelnen Test und sind vorzugsweise so bemessen, daß sie genug
für mehrere
Tests enthalten. Die Behälter
stellen eine Zuführung
von mindestens einem Teil ihres Inhaltes bereit, der durch eine
Leitung, die wahlfrei mittels eines Steuerventils reguliert wird,
zur Säule 2 zugeführt werden
kann. Geeignete Behälter werden
für jene
Fachleute leicht ersichtlich werden, wenn der Vorteil dieser Offenbarung
gegeben ist.
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Ein
Abfallbecken oder -behälter 46 ist
unterhalb der Säule 2 angeordnet,
um den Abfluß von
der Öffnung 12 aufzunehmen.
Bei bestimmten bevorzugten Ausführungen,
wie in 6 zu sehen ist,
ist der Abfallbehälter 46 direkt
mit dem unteren Ende des Gehäuses 4 mit
einem Ringes 48 verbunden. Kanäle 50 werden im Ring 48 gebildet,
um den Durchgang von Luft in die und aus der Säule 2 zu gestatten.
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Die
Funktion der Testmaschine 1 wird jetzt mit Bezugnahme auf 5 beschrieben. Wie es vorangehend
erwähnt
wird, wird beispielsweise eine Blutprobe in die Säule 2 vom
Probebehälter 25 eingeführt. Luft
wird in die Säule 2 vom
Luftbehälter 24 durch
die Leitung 28 eingeführt.
Die Pumpe 52 ist mit dem Luftbehälter 24 mittels der
Leitung 54 verbunden, um den Luftdruck im Behälter 24 zu
variieren. Der Luftdruck in der Säule 2 wird alternativ
von einem positiven Wert bis zu einem Vakuum variiert, wodurch bewirkt
wird, daß die
Probe durch die Membranlagen 6 nach oben und nach unten
fließt.
Jede Einfanglage 18 der Membranlagen 6, die ein
Antianalyt darauf beschichtet aufweisen, bindet ein spezifisches
Analyt, beispielsweise ein spezifisches Antigen, Antikörper, Liganden
oder Rezeptor, usw., der in der Probe vorhanden ist. Die Durchflußgeschwindigkeit
der Probe durch die Säule 2 wird
gesteuert, um ihren Bindungswirkungsgrad zu verbessern. Die Bindung
wird ebenfalls infolge der Tatsache verstärkt, daß die Wahrscheinlichkeit, daß Analyte
in der Probe Bindestellen auf der Einfanglage 18 begegnen,
bei mehreren Durchgängen
der Probe durch die Säule 2 vergrößert wird.
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Der
Waschpuffer aus dem Behälter 30 kann danach
in die Säule 2 eingeführt werden,
um ungebundene Analyte aus der Säule 2 heraus
durch die Öffnung 12 in
den Abfallbehälter 46 hinein
zu entfernen oder zu waschen. Das Reagens aus dem Behälter 34 wird
danach in die Säule 2 eingeführt. Das Reagens
(beispielsweise ein zweiter Antikörper) wird mit einer nachweisbaren
Markierung konjugiert, die eine Identifikation des speziellen in
der Probe vorhandenen Analyts liefert. Geeignete Markierungen umfassen
beispielsweise Enzymmarkierungen und lumineszierende Markierungen,
wie beispielsweise chemilumineszierende Markierungen oder fluoreszierende
Markierungen. Das markierte Reagens wird an die eingefangenen Analyte
gebunden, indem das markierte Reagens durch die Säule 2 in
einer gleichen Art und Weise gelangt, wie es vorangehend mit Bezugnahme
auf die Probe beschrieben wird. Der Fluß des Reagens durch die Kammer
wird daher ebenfalls gesteuert, um seinen Bindungswirkungsgrad zu
verbessern. Der Waschpuffer kann wiederum eingeführt werden, um jegliches ungebundenes
markiertes Reagens auszuwaschen.
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Bei
bestimmten bevorzugten Ausführungen weist
das Reagens eine radioaktive Markierung auf. Bei einer derartigen
Ausführung
wird ein Sensor verwendet, um die Strahlung nachzuweisen, die aus
den speziellen Membranlagen 6 ausgestrahlt wird. Es ist offensichtlich,
daß irgendein
derartiger Sensor empfindlich genug sein sollte, um zwischen der
Strahlung zu unterscheiden, die aus unterschiedlichen Membranlagen 6 ausgestrahlt
wird. Bei anderen bevorzugten Ausführungen weist das Reagens eine
fluoreszierende Markierung auf, wobei in diesem Fall eine weitere
Lichtquelle erforderlich ist, damit das markierte Reagens Licht
emittiert. In jenem Fall wird die Lichtquelle 38 benutzt,
um Licht, beispielsweise ein Laserlicht mit einer spezifischen Wellenlänge, in
die Säule 2 zu
projizieren, um das gebundene, markierte Reagens anzuregen, um ein
emittiertes Licht zu erzeugen. In beiden Fällen emittiert die Einfanglage 18 Licht
mit einer spezifischen Wellenlänge.
Der Lichtsensor 40 tastet jede Membranlage 6 in
der Säule 2 ab,
wobei der Ort einer jeden der Einfanglagen basierend auf der Wellenlänge ihres
emittierten Lichtes in der Art und Weise eines Strichcodelesers
nachgewiesen wird. Ein Signal wird danach vom Lichtsensor 40 durch
das Kabel 42 zum Computer 44 für eine Analyse übertragen.
Mit dem am eingefangenen Analyt gebundenen, markierten Reagens sind
der Lichtsensor 40 und der Computer 44 in der
Lage, das Vorhandensein und die Menge unterschiedlicher eingefangener
Analyte auf unterschiedlichen Membranlagen 6 nachzuweisen.
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Bei
anderen bevorzugten Ausführungen kann
das Reagens eine elektrochemilumineszierende Markierung aufweisen,
wobei in dem Fall eine Spannung an die Säule 2 angelegt wird,
was zu einem emittierten Licht von spezifischer Wellenlänge vom
gebundenen, markierten Reagens führt,
das auf den Einfanglagen 18 der Membranlagen 6 vorhanden
ist.
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Bei
anderen bevorzugten Ausführungen
wird die Markierung aus zwei Abschnitten gebildet, wobei der erste
Abschnitt am Antianalyt auf der Einfanglage 18 haftet,
wobei der zweite Abschnitt am Reagens konjugiert ist. Die Markierung
wird nur Licht emittieren; wenn der erste und zweite Abschnitt ausreichend
nahe beieinander sind. Ein Beispiel für einen geeigneten ersten Abschnitt
ist Europiumkryptat. Ein Beispiel für einen geeigneten zweiten
Abschnitt ist Allophycocyanin. Wenn ein Analyt in der Probe an eine Einfanglage 18 gebunden
ist und das Reagens wiederum an das Probeanalyt gebunden ist, werden
der erste und der zweite Abschnitt nahe genug sein, um emittiertes
Licht von einer spezifischen Wellenlänge zu erzeugen. Wie es vorangehend
beschrieben wird, kann Licht direkt emittiert werden oder eine andere Lichtquelle
oder angelegte Spannung erfordern, um das emittierte Licht zu erzeugen.
Dementsprechend wird das Vorhandensein des Analyts durch das emittierte
Licht identifiziert.
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Bei
bestimmten Ausführungen
können
der Waschpuffer und das Reagens der Säule 2 eher manuell
zugegeben werden als aus Behältern,
gesteuert mittels Ventilen und/oder einem Computer oder einem anderen
geeigneten Regler. Gleichermaßen kann
die Probe der Säule 2 auf
einer manuellen Basis oder unter der Steuerung eines Computers oder eines
anderen geeigneten Reglers hinzugefügt werden.
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Eine
Testvorrichtung mit mehreren Lagen in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung kann beispielsweise verwendet werden, um Blutproben zu
analysieren und chemische Verbindungen bei der Suche nach einer
biologischen Aktivität
bei der Arzneimittelentdeckung hundertprozentig zu prüfen. Tests,
die an einer Blutprobe bei Anwendung der vorliegenden Erfindung
durchgeführt
werden können, umfassen
beispielsweise Tests, die hunderprozentig auf Viren, Antigene, Antikörper, Proteine,
Enzyme, usw. im Blut prüfen,
wie beispielsweise eine hundertprozentige Prüfung auf Hepatitis B Surface
Antigen (HbsAg), Hepatitis C Antikörper (HCV) und HIV. Chemische
Verbindungen können
direkt auf einer Membran synthetisiert werden. Danach können Säulen mit mehreren
Lagen zusammengsetzt und verwendet werden, um eine biologische Aktivität der Verbindungen
mit einem Target-Protein hundertprozentig zu prüfen, das mit einer Krankheit
in Beziehung steht, in einer Testfluidprobe vorhanden. Indem man
mehrere einzelne Lagen zur Verfügung
hat, können
mehrere Tests an einer einzelnen Fluidprobe gleichzeitig durchgeführt werden,
wodurch die Produktivität,
der Durchsatz erhöht
und die Kosten reduziert werden. Die Anzahl der Lagen der Membran 6 kann
in den Zehnern, Hunderten, Tausenden oder mehr liegen.
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Die
Verwendung einer mikroporösen
Membran liefert eine größere Oberfläche als
die einer Mikroplatte, und daher wird die Empfindlichkeit des Testens
in starkem Maß erhöht, da die
Empfindlichkeit der Einfangfläche
proportional ist. Die Empfindlichkeit kann ebenfalls durch Verwendung
von Markierungen erhöht
werden, wie beispielsweise chemilumineszierenden Markierungen.
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Die
vorliegende Erfindung ist für
eine Anwendung bei mehrstufigen Prozessen geeignet, beispielsweise
zweistufigen Prozessen. Ein Beispiel für einen zweistufigen Prozeß ist eine
enzymverbundene Immunosorbensanalyse (ELISA). In einem derartigen
Prozeß wird
ein Antianalyt an einer Einfanglage einer Säule mit mehreren Lagen zum
Haften gebracht, wie es beispielsweise in Verbindung mit 3, 4 beschrieben wird. Die Säule wird
danach einer Probe ausgesetzt, wie beispielsweise dem Blut eines
Patienten, so daß das
Analyt innerhalb der Probe am Antianalyt anbinden kann. Die Säule wird
danach mit einem Puffer gewaschen, um ungebundenes Analyt zu entfernen,
wobei beispielsweise in der vorangehend beschriebenen Ausführung eine
Pufferlösung
aus dem Waschpufferbehälter 30 verwendet wird.
Die Säule
wird danach einem Reagens ausgesetzt, beispielsweise aus dem Reagensbehälter 34, das
das gleiche oder ein unterschiedliches Antianalyt trägt wie das,
das auf die Einfanglage beschichtet ist, das sich spezifisch mit
dem Analyt verbindet. Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Reagens mit einem
nachweisbaren Anteil markiert. Nachweisbare Anteile umfassen beispielsweise
Enzymmarkierungen, radioaktive Markierungen, fluoreszierende Markierungen
und chemilumineszierende Markierungen, die an das Reagens gebunden
sind. Wahlfrei kann die Säule
wiederum bei Verwendung von beispielsweise einer Pufferlösung, wie
beispielsweise Waschpuffer, aus dem Waschpufferbehälter 30 gewaschen werden.
Ein Sensor wird dann verwendet, um das Vorhandensein und/oder die
Menge des Analyts in der Probe in der vorangehend beschriebenen
Weise nachzuweisen.
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Bei
bestimmten bevorzugten Ausführungen kann
ein programmierbares Steuersystem, beispielsweise ein Mehrzweckcomputer,
mit einer geeigneten Kontroll-Software oder einem dedizierten Computermodul
innerhalb des Gehäuses 3 verwendet
werden, um die Testmaschine 1 und ihre Bauteile automatisch zu
steuern. Beispielsweise kann der Computer 44 verwendet
werden, um die Funktion der Ventile 23, 26, 32 und 36 mittels
der Kabel 55, 56, 58 und bzw. 60 zu
steuern. Der Computer 44 kann ebenfalls verwendet werden,
um die Funktion der Lichtquelle 38 mittels des Kabels 62 zu
steuern. Es liegt in der Fähigkeit
der Fachleute, eine geeignete Steuer-Software und Hardware für das Steuern
der Testmaschine 1 bereitzustellen.
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Bei
bestimmten bevorzugten Ausführungen kann
eine Zentrifugenvorrichtung innerhalb des Gehäuses 3 eingeschlossen
werden, um eine Kraft zu liefern, die einen Fluß der Probe durch mehrlagige Membranen
einer Säule
mit mehreren Lagen zu erzeugen.
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Bei
bestimmten bevorzugten Ausführungen weist
die Testmaschine 1 eine Temperatursteuervorrichtung auf.
Eine Temperatursteuereinrichtung erwärmt und/oder kühlt eine
Säule mit
mehreren Lagen. Es wird erkannt, daß die Temperatur der Säule mit
mehreren Lagen direkt gesteuert werden kann, wie beispielsweise
mit einem Temperatursensor, der die Temperatur der Säule mit
mehreren Lagen ermittelt und eine gewünschte Solltemperatur aufrechterhält. Alternativ
könnte
die Temperatur der Säule
mit mehreren Lagen indirekt durch Messen und Steuern der Temperatur
in einem Bereich gesteuert werden, der die Säule mit mehreren Lagen aufnimmt.
Die Temperatursteuereinrichtung kann ein Heizelement umfassen, und
sie kann ebenfalls eine Kühlvorrichtung
umfassen. Andere geeignete Temperatursteuereinrichtungen werden
für jene
Fachleute leicht erkennbar sein, wenn der Vorteil dieser Offenbarung gegeben
ist.
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Wie
in 10 zu sehen ist,
kann wahlweise eine Reihe von Säulen 2 oder
Fluidprobebehältern mittels
einer Förderlaufbahn
oder eines Förderbandes 90 (hierin
schematisch dargestellt) oder dergleichen zwischen unterschiedlichen
Stationen innerhalb der Prüfmaschine 1 transportiert
werden, um separate Proben des gleichen oder unterschiedlicher Fluids zu
testen. Andere Einrichtungen für
das Transportieren von Säulen 2 mit
mehreren Lagen und Fluidprobebehältern
umfassen beispielsweise bewegliche Arme, die die Säulen 2 und
die Fluidprobehälter
erfassen und halten können.
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Eine
weitere Ausführung,
die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist, wird in 7 gezeigt. Membranlagen 66 werden
auf einem einzelnen ebenen Trägermaterial 68 durch
Beschichten verschiedener Segmente des ebenen Trägermaterials 68 mit unterschiedlichen
Antianalyten in einer bekannten Weise gebildet. Das ebene Trägermaterial 68 wird
im Gehäuse 70 so
angeordnet, daß die
Ebene des Trägermaterials 68 im
wesentlichen parallel zu einer Längsachse
L des Gehäuses 70 verläuft. Das
Gehäuse 70 wird
in einer Testvorrichtung eingesetzt, wie es vorangehend beschrieben
wird. Die Membranlagen 66 können mit einem Farbstoff markiert
werden, um eine Membranlage 66 von der anderen zu differenzieren.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung können die spezifischen Antigene
oder Antikörper
der Membranlagen direkt auf der Innenfläche des Gehäuses 70 angeordnet
werden, die dann als das Trägermaterial
dient.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführung
wird in 8 gezeigt, wo
die Membranlagen 76 auf einem Trägermaterial 78 gebildet
werden. Das Trägermaterial 78 wird
in ziehharmonikaartiger Weise innerhalb des Gehäuses 80 gefaltet.
Jede Membranlage 76 verläuft daher unter einem schiefen
Winkel mit Bezugnahme auf eine Längsachse
Y des Gehäuses 80. Die
Testvorrichtung mit mehreren Lagen aus 7 wird in einer Testvorrichtung eingesetzt,
wie es vorangehend beschrieben wird. Es wird erkannt, daß bei bestimmten
bevorzugten Ausführungen
die Membranlagen 76 oben und unten am Trägermaterial 78 als
Filterschichten wirken können,
wie es vorangehend beschrieben wird.
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Eine
weitere bevorzugte Ausführung
wird in 9 gezeigt, wo
ein Abschnitt 86 einer jeden Membranlage 88 weggeschnitten
wird, wobei jeder Abschnitt 86 mindestens teilweise benachbarte
Abschnitte 86 überdeckt,
so daß ein
Kanal durch die Membranlagen 88 gebildet wird, durch den
die Fluidprobe direkt fließen
kann.