CH619537A5

CH619537A5 -

Info

Publication number: CH619537A5
Application number: CH301777A
Authority: CH
Inventors: Gordon Coulter Forrest; Ronald Frank Jay; John Austin Clements
Original assignee: Technicon Instr
Priority date: 1976-03-12
Filing date: 1977-03-10
Publication date: 1980-09-30
Also published as: DD129826A5; PL111132B1; JPS618388B2; AU508301B2; NL7702647A; JPS60122374A; CA1079189A; AU2307277A; US4141687A; IT1116284B; GB1575805A; FR2344019B1; FR2344019A1; JPS52141697A; BE852327A; JPS6250784B2; BR7701509A; SE7702731L; DE2710438A1; AR214993A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Analysieren einer Fluidprobe auf eine besondere interessierende Substanz sowie auf eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens. Ferner befasst sich die Erfindung mit einem Teil- so chenmaterial zur Verwendung in dem Verfahren. Ein bevorzugtes, aber nicht ausschliessliches Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Immunoanalyse.

Es ist bekannt, biologische Fluide, wie Blutserum oder Urin, zu analysieren, um darin die Gegenwart von Antikör- 55 pern (und ähnlichen bindenden Proteinen), Antigenen (und ähnlichen Substanzen, wie Hapten) und Antikörper-Antigen-Immunkomplexen zu bestimmen und zu quantifizieren. Solche Verfahren werden im allgemeinen Immunoanalysen genannt. Bei der Ausführung von Immunoanalysen ist es üblich, von 60 der bindenden Reaktion Gebrauch zu machen, die zwischen einer begrenzten Menge eines Antikörpers und zweier Antigene stattfindet, wobei beide Antigene in der Lage sind, mit dem Antikörper eine Bindung einzugehen, und wobei die beiden Antigene voneinander unterscheidbar sind, beispielsweise 65 dadurch, dass das eine Antigen eine Identifizierungskennung trägt. Der Anteil des gekennzeichneten Antigens oder Kennantigens, der sich mit dem Antikörper bindet, liefert eine Anzeige über die Menge des vorhandenen nicht gekennzeichneten Antigens. Wenn somit beispielsweise eine biologische Fluidprobe, die ein spezifisches Antigen enthält, mit einem Antikörper und einer Menge des Kennantigens gemischt wird, kann man die Menge des nicht gekennzeichneten Antigens in der Probe bestimmen.

Verschiedenartige Kennungen können verwendet werden. Mit grossem Erfolg ist eine radioaktive Kennung angewendet worden. Immunoanalysen unter Verwendung radioaktiver Kennungen werden «Radioimmunoanalysen» (RIA) genannt.

Bei Immunoanalyseverfahren ist es oft notwendig, das Reaktionsprodukt (beispielsweise den Antilcörper-Antigen-Komplex) von dem Reaktionsgemisch zu trennen, um die Menge des Kennantigens in dem Produkt zu bestimmen, und zwar entweder durch direkte Analyse des Produkts oder des restlichen Reaktionsgemisches. Bei RIA-Verfahren, bei denen ein Tennungsschritt erforderlich ist, ist es bekannt, den Antikörper auf einem Träger zu immobilisieren, um die anschliessende Trennung des Reaktionsprodukts zu erleichtern. Aus einem Aufsatz «Continuous Flow Automated Radioimmuno-assay Using Antibodies Attached to Red Blood Cells», von S. J. Luner, Analytical Biochemistry, Vol. 65 (1975), Seiten 355—364, ist es bekannt, in automatischen RIA-Verfahren bei Anwendung des kontinuierlichen Durchflussprinzips rote Blutzellen zur Immobilisation der Antikörper zu verwenden.

Aus dem Aufsatz «Magnetic Solid-Phase Radioimmuno-assay», von L. S. Hersh und S. Yaverbaum, Clinica Chemica Acta, Vol. 63 (1975), Seiten 69—72, ist es bekannt, den Antikörper auf magnetischen Teilchen zu immobilisieren und das Reaktionsprodukt von dem Reaktionsgemisch durch Anwendung eines magnetischen Feldes zu trennen. Dieses RIA-Verfahren wird in einem Reagenzglasreaktor ausgeführt, und das obenaufschwimmende Reaktionsgemisch wird analysiert.

Nach der Erfindung wird ein kontinuierliches Durchflussverfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Ausführen von Immunoanalysen vorgeschlagen, wobei magnetische Teilchen benutzt werden und eine Reihe von Flüssigkeitsproben aufeinanderfolgend und automatisch analysiert werden können, beispielsweise durch RIA.

Ein Verfahren zum Analysieren einer Fluidprobe auf eine besondere interessante Substanz ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) dass aus der Probe ein Reaktionsgemisch gebildet wird, das magnetisch anziehbares Teilchenmaterial und ein mit der zu analysierenden Substanz reagierendes Reagenz enthält, wobei ein Produkt des Reaktionsgemisches an dem Teilchenmaterial gebunden wird,

b) dass Teilchenmaterial von solcher Wichte gewählt wird, dass es die Neigung hat, innerhalb des Reaktionsgemisches in Schwebe zu bleiben,

c) dass im Anschluss an die Reaktion der Probe mit dem Reagenz das Teilchenmaterial einschliesslich des gebundenen Reaktionsprodukts von dem Reagenzgemisch magnetisch getrennt wird, und d) dass die interessierende Substanz durch selektive Analyse des an das getrennte Teilchenmaterial gebundenen Reaktionsprodukts und bzw. oder des übrigen Gemischbestandteils bestimmt wird.

Eine Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens ist nach der Erfindung gekennzeichnet durch Mittel zum Fördern der Reaktionsgemische einer Vielzahl von Fluidproben durch eine Leitung, derart, dass jedes Reaktionsgemisch eine eine interessierende Substanz aufweisende Probe der Vielzahl der Fluidproben, ein magnetisch anziehbares Teilchenmaterial und wenigstens ein mit der interessierenden Substanz reagierendes Reagenz enthält, durch längs eines Abschnitts der Leitung vorgesehenes Mittel zum magnetischen Einfangen des Teilchenmaterials einschliesslich des gebundenen Reaktionspro

619 537

4

dukts jedes Reaktionsgemisches, um das Teilchenmaterial einschliesslich des gebundenen Reaktionsprodukts gegen den Ein-fluss der Strömung festzuhalten und es auf diese Weise von dem betreffenden Reaktionsgemisch zu trennen, und durch stromabwärts der Einfangmittel gelegene Mittel zum Bestimmen der interessierenden Substanz jeder Fluidprobe durch selektive Analyse des an das betreffende getrennte Teilchenmaterial gebundenen Reaktionsprodukts und bzw. oder des betreffenden übrigen Gemischbestandteils.

Nach dem Verfahren der Erfindung und der entsprechenden Vorrichtung wird somit ein Reaktionsgemisch durch eine Leitung gefördert. Das Gemisch enthält die zu analysierende Probe, die somit die interessierende Substanz aufweist. Im Falle biologischer Fluide, beispielsweise Blutseren, kann die interessierende Substanz ein Antigen, beispielsweise ein Pep-tidhormon, ein Steroidhormon, eine Droge oder ein Virus (der Ausdruck «Antigen» soll Hapten und andere ähnliche Substanzen umfassen), ein Antikörper (dieser Ausdruck soll andere bindende Substanzen umfassen) oder ein Antikörper: Antigen-Komplex oder ein einziges Protein sein. Die Erfindung ist allerdings auf die Analyse biologischer Fluide nicht beschränkt.

Das Reaktionsgemisch enthält auch als feste Phase magnetisch anziehbare Teilchen, an die ein Reagenz gebunden ist. Dieses Teilchenmaterial kann ein zusammengesetztes Material sein, beispielsweise eine Matrix, die magnetisch anziehbare Teilchen enthält, an die das Reagenz gebunden ist. Ein solches Material ist neu und stellt einen Aspekt der Erfindung dar. Bei dem magnetisch anziehbaren Material kann es sich beispielsweise um Eisen oder Magneteisenoxide, Nickel, Kobalt oder Chromoxid handeln. Ein oder mehfere Teilchen dieses Materials können in der Matrix eingebettet sein. Die Matrix selbst kann aus vielen verschiedenartigen Materialien bestehen, einschliesslich zahlreicher synthetischer1 und natürlicher polymerer Materialien (beispielsweise Cellulose, Cellu-losederivate, Agarose, organische Polymere). Das Reagenz kann direkt an die Matrix oder an ein anderes Material innerhalb der Matrix gebunden sein.

Das Reagenz selbst ist eine Substanz, die an einer Reaktion in dem Reaktionsgemisch teilnimmt. Das Reagenz kann direkt mit dem interessierenden Bestandteil in der Probe reagieren. Anstatt direkt mit der Probe zu reagieren, kann es mit einem zweiten Reagenz in dem Gemisch reagieren. Das Reagenz an dem Teilchenmaterial kann beispielsweise ein Antikörper sein, der direkt mit einem Antigen in der Probe reagiert. Die Probe selbst kann einen Antikörper enthalten, und das Reagenz reagiert mit einem Antigen, das als zweites Reagenz zugegeben wird. Im zuletzt genannten Fall kann das das zweite Reagenz darstellende Antigen auch mit dem Antikörper in der Probe reagieren.

Das Reagenz ist an das Teilchenmaterial in einer solchen Weise gebunden, dass das Reagenz verfügbar ist, um mit einer anderen Substanz in dem Reaktionsgemisch zu reagieren. Im allgemeinen ist das Reagenz an die äussere Umfangsflä-che des Teilchenmaterials gebunden. Dies ist ab'er nicht wesentlich. Allerdings muss sichergestellt sein, dass das Reagenz für die Reaktion zugreifbar ist. Das Reagenz kann vollkommen innerhalb der Matrix angeordnet sein. In diesem Fall ist die Matrix für die Flüssigkeit des Reaktionsgemisches porös.

In Abhängigkeit von der besonderen auszuführenden Analyse kann die Eigenheit des Reagenzes einen sehr grossen Bereich überspannen. Es kann sich beispielsweise um ein Immunoglobulin, ein Antigen (beispielsweise ein Virus) oder eine andere biologische Substanz handeln. Nach der Reaktion bleibt das Reagenz (als Reaktionsprodukt) an das Teilchenmaterial gebunden. Es kann somit zusammen mit dem Teilchenmaterial von dem Reaktionsgemisch getrennt werden.

Die Trennung der das Teilchenmaterial darstellenden festen Phase von der Flüssigkeitsphase des Reaktionsgemisches wird in der Leitung unter Anwendung einer magnetischen Falle oder Fangeinrichtung bewirkt. Das Reaktionsgemisch fliesst durch die Leitung in den Bereich eines örtlichen Magnetfeldes (Magnetfalle), das die feste Phase festhält. Die flüssige Phase strömt weiter.

Das Magnetfeld ist in der Leitung vorzugsweise so ausgerichtet, dass es im wesentlichen quer auf der Strömungsrichtung des Reaktionsgemisches steht. Allerdings ist diese Bedingung nicht wesentlich. Die Stärke des Magnetfeldes muss allerdings hinreichend sein, um die feste Phase gegenüber der Flüssigkeitsströmung zurückzuhalten.

Nachdem die Flüssigkeit die Magnetfalle passiert hat,

kann die in der Falle zurückbehaltene feste Phase gewaschen werden, und zwar durch Hindurchschicken von Waschflüssigkeit durch den betreffenden Teil der Leitung. Dabei bleibt zwar die feste Phase in der Magnetfalle gefangen, jedoch werden die Teilchen der durchfliessenden Waschflüssigkeit ausgesetzt und gereinigt. Ein aussergewöhnlich grosser Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die feste Phase in schritthaltender mitlaufender Weise, also «on line» ausgewaschen wird. Die nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung enthält daher vorzugsweise Mittel zum Durchleiten einer Waschflüssigkeit durch die Leitung.

Bei der Waschflüssigkeit kann es sich um Wasser oder irgendein inertes Fluid bzw. eine inerte Lösung handeln. Der Zweck der Waschflüssigkeit besteht darin, von der festen Phase irgendwelche restlichen Spuren der Flüssigkeitsphase des Reaktionsgemisches zu entfernen. Dies ist insbesondere bei der Immunoanalyse, beispielsweise der RIA, wichtig, bei der die feste Phase in bezug auf das Vorhandensein einer Kennung analysiert wird. In einem solchen Fall könnten selbst Restspuren der flüssigen Phase des Reaktionsgemisches zu unrichtigen Analysenergebnissen führen.

Das Magnetfeld wird vorzugsweise von mindestens einer Magneteinrichtung bereitgestellt, die aktivierbar ist, um in einem Abschnitt der Leitung ein Magnetfeld zu erzeugen. Die (oder jede) Magneteinrichtung kann einen Permanentmagneten, der bewegbar ist, um das Magnetfeld von einem Minimumwert (wenn die Magnetfalle inaktiviert ist) bis auf einen Maximumwert (wenn die Magnetfalle aktiviert ist) zu bringen. Allerdings werden einer oder mehrere Elektromagnete bevorzugt. Bei der Inaktivierung des Elektromagnets wird vorzugsweise eine Entmagnetisierung mit einem Wechselstrom vorgenommen, um das magnetische Restfeld aus dem Elektromagneten zu beseitigen. Die feste Phase in der Magnetfalle wird durch diesen Vorgang ebenfalls entmagnetisiert. Dadurch wird die Gefahr eines Zusammenballens infolge magnetischer Anziehung vermieden.

Die Magnetfalle kann aus einer einzigen Magneteinrichtung, aber auch aus zwei oder mehreren Magneteinrichtungen bestehen. Für viele Anwendungszwecke wird es bevorzugt, zwei oder mehrere Magnetfallen vorzusehen, die längs der Leitung in einem Abstand voneinander angeordnet sind. Dadurch ist es möglich, ein verbessertes Waschverfahren durchzuführen. Bei zwei Magnetfallen können die Magnete jeder Falle unabhängig voneinander aktiviert werden. Die feste Phase wird von der flüssigen Phase des Reaktionsgemisches in der stromaufwärts gelegenen ersten Magnetfalle getrennt. Sie wird gewaschen, während sie in der Magnetfalle festgehalten wird. Dann Wird die Magnetfalle inaktiviert, um die Suspension der festen Phase in der strömenden Waschfiüssig-keit zuzulassen. Das Teilchenmaterial wird zur zweiten Magnetfalle befördert (die aktiviert ist) und dort entgegen der Waschflüssigkeitsströmung festgehalten. Dieses Doppelwaschverfahren ist besonders wirksam.

Die Flüssigkeitsphase des Reaktionsgemisches passiert die magnetische Falle oder die magnetischen Fallen und strömt

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

5

619 537

dann weiter durch die Leitung. Nach dem Waschen wird die feste Phase von der Magnetfalle freigegeben und wird dann durch die gewaschene Leitung gefördert. Vorzugsweise sind in der Leitung Ventileinrichtungen vorgesehen, um die getrennte feste Phase oder flüssige Phase der Analysiereinrich- 5 tung zuzuführen, wie es gewünscht wird. Falls die feste Phase analysiert werden soll, kann man die flüssige Phase des Reaktionsgemisches in einem Behälter aufsammeln oder zum Abfluss weiterleiten. Falls die flüssige Phase analysiert werden soll (möglicherweise zusammen mit Waschflüssigkeit), 10 kann man die feste Phase in einem Behälter aufsammeln und möglicherweise (nach Behandlung) erneut benutzen. Es wird bevorzugt, die feste Phase zu analysieren, da sie automatisch ausgewaschen werden kann. Die flüssige Phase ist voluminöser (mit der Waschflüssigkeit) und kann nicht so leicht ge- 15 handhabt und analysiert werden.

Die in der Probe befindliche interessierende Substanz wird durch Analyse der getrennten festen Phase oder der getrennten flüssigen Phase des Reaktionsgemisches bestimmt. Diese Bestimmung kann mehrere analytische und bzw. oder 20 Rechenschritte enthalten. Im Falle der RIA gibt die Analyse der festen Phase durch Feststellen der Radioaktivität die Menge der radioaktiven Kennung in der festen Phase an. Mit Hilfe von genormten Kurven ist es dann möglich, die Menge der interessierenden Substanz in der Probe anzugeben. 25

Nach der Erfindung ist es möglich, weitere Reaktionen an der getrennten festen oder flüssigen Phase auszuführen. Weiterhin können für einen nachfolgenden Trennschritt weitere magnetisch anziehbare Teilchen zugegeben werden. Dies kann beispielsweise erwünscht sein, wenn das Reaktionsge- 30 misch ein Enzym oder Koenzym enthält. In diesem Fall können weitere Magnetfallen in der Leitung stromabwärts der die erste Trennung bewirkenden Magnetfalle oder Magnetfallen vorgesehen sein.

Bei dem Verfahren nach der Erfindung und bei der An- . 35 Wendung der erfindungsgemässen Vorrichtung kann man das gesamte oder einen Teil des Reaktionsgemisches vor dem Durchleiten durch die Leitung herstellen. Es wird allerdings bevorzugt, der in der Leitung strömenden Probe (oder einem Teilgemisch) ein Reagenz oder mehrere Reagenzien zuzu- 40 setzen. Die Vorrichtung enthält daher vorzugsweise Mittel zum Einmischen des Teilchensmaterials und bzw. oder des zweiten Reagenzes in die in der Leitung fliessende Probe (oder in das Reaktionsgemisch). Die Durchmischung der Probe mit den Reagenzien findet während des Fliessens in der 45 Leitung statt.

Obwohl bisher lediglich auf ein an das Teilchenmaterial gebundenes Reagenz und ein zweites Reagenz Bezug genommen wurde, können in dem Reaktionsgemisch weitere Reagenzien vorhanden sein. Diese weiteren Reagenzien können 50 dem Teüchenmaterial oder dem zweiten Reagenz beigemengt werden. Sie können aber auch vorab mit der Probe gemischt werden. Sie können auch einzeln der fliessenden Probe (oder dem Reaktionsgemisch) in der Leitung zugegeben werden. Die Eigenheit dieser Reagenzien hängt (im Falle ihrer Be- 5J nutzung) von der Natur der auszuführenden Analyse ab. Das Reaktionsgemisch kann auch noch andere Substanzen enthalten, beispielsweise Pufferlösungen.

Bei Immunoanalysen mit einer Bindung zwischen beispielsweise einem Antikörper und einem Antigen trägt das zweite 60 Reagenz im allgemeinen eine Identifizierungskennung, beispielsweise ein radioaktives Atom, eine Fluoreszenzgruppe, ein Enzym oder Koenzym oder ein Chemolumineszenzmaterial. Wenn die biologische Fluidprobe beispielsweise auf einen Antikörper analysiert werden soll, handelt es sich bei dem an das Teilchenmaterial gebundenen Reagenz um einen Antikörper, der zur Bindung des Antigens dient. Das zweite Reagenz ist ein Antigen, das ebenfalls von dem Antikörper gebunden wird und eine Kennung trägt. Andererseits kann eine Fluidprobe auf einen Antikörper dadurch analysiert werden, dass das Teilchenmaterial mit einem Antigen versehen wird und dass als zweites Reagenz ein gekennzeichneter Antikörper verwendet wird. Die Analyse der getrennten festen oder flüssigen Phase auf die Menge der vorhandenen Kennung lässt die Bestimmung der Menge der interessierenden Substanz in der Fluidprobe zu.

Die an der getrennten festen oder flüssigen Phase auszuführende besondere Analyse hängt von der zu erstellenden Versuchsreihe ab und (sofern ein gekennzeichnetes Reagenz verwendet wird), von der Natur der Kennung. Die erfindungs-gemässe Vorrichtung kann somit beispielsweise Mittel zum Messen der Radioaktivität, der Farbe oder Fluoreszenz der getrennten Phase oder ihrer Enzymaktivität enthalten.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren ist es nicht wesentlich, ein zweites oder irgendein weiteres Reagenz zusätzlich zu dem Reagenz zu verwenden, das an das Teilchenmaterial gebunden ist. Das Verfahren (und die Vorrichtung) kann beispielsweise zum Trennen eines besonderen Bestandteils aus einer Fluidprobe (durch selektives Binden dieses Bestandteils an das Reagenz an dem Teilchenmaterial) und zum anschliessenden Analysieren der getrennten festen Phase verwendet werden. Bei den meisten Immunoanalyseverfahren wird allerdings ein zweites Reagenz benutzt (und es werden oft noch weitere Reagenzien verwendet).

Das Verfahren und die Vorrichtung der Erfindung kann man zusammen mit dem bekannten kontinuierlichen Durchflussverfahren verwenden, bei dem durch die Leitung einzelne Schübe des Reaktionsgemisches gefördert werden, die durch einen inerten Fluidschub (beispielsweise Luft) voneinander getrennt sind und die, sofern erwünscht, zusätzlich durch einen Waschflüssigkeitsschub voneinander getrennt sind. Das kontinuierliche Durchflussverfahren ist beispielsweise aus der US-PS 2 797 149 bekannt. Die Vorrichtung nach der Erfindung enthält vorzugsweise Mittel, die durch die Leitung aufeinanderfolgende Reaktionsgemische fördern, die voneinander durch wenigstens einen inerten Fluidschub getrennt sind, dessen Volumen ausreicht, die Leitung zu ver- . schliessen und die aufeinanderfolgenden Gemische in einem voneinander getrennten Zustand zu halten. Die Vorrichtung kann weiterhin Mittel aufweisen, die inerte Fluidschübe in die Leitung einleiten, um die flüssigen Proben oder Reaktions-r gemische weiter zu unterteilen. Die Vorrichtung weist weiterhin vorzugsweise Mittel auf, die zwischen die in der Leitung fliessenden aufeinanderfolgenden Reaktionsgemische einen Waschflüssigkeitsschub einleiten. Das Reaktionsgemisch ist von dem angrenzenden Waschflüssigkeitsschub wenigstens durch einen inerten Fluidschub getrennt.

Wenn das Reaktionsgemisch (oder die Probe) segmentiert oder unterteilt ist und dann das Teilchenmaterial und bzw. oder das zweite Reagenz den in der Leitung fliessenden Schüben zugegeben werden soll, geschieht dies vorzugsweise mit Hilfe von Mitteln, die das Teilchenmaterial und bzw. oder das zweite Reagenz intermittierend einleiten, so dass es sich nur mit den in der Leitung fliessenden aufeinanderfolgenden Probenschüben vermengt. Diese Mittel zum intermittierenden Einleiten enthalten vorzugsweise Einrichtungen, um das niqht in die Leitung eingeführte Teilchenmaterial zu einem Reservoir zurückzuführen. Zweckmässigerweise enthält die Vorrichtung auch noch Mittel, die in der Lage sind, abwechselnd das Teilchenmaterial und eine Pufferlösung in die Leitung einzuführen, um einen im wesentlichen konstanten Durchfluss in der Leitung aufrechtzuerhalten.

Es ist wichtig, dass das gekennzeichnete Reagenz (oder ein anderes für das endgültige Bestimmungsverfahren wichtiges Reagenz) nur der Probe oder dem Reaktionsgemisch zugesetzt wird, aber nicht der Waschflüssigkeit oder anderen in

619 537

6

der Leitung vorkommenden Schüben, da sonst die Analyse falsche Ergebnisse liefern kann.

Es ist zweckmässig, insbesondere wenn ein segmentierter Strom benutzt wird, stromaufwärts der Magnetfalle oder der magnetischen Fallen einen Fühler vorzusehen, der den Durchtritt eines Reaktionsgemisches durch die Leitung feststellt, und Mittel vorzusehen, die angesteuert durch den Fühler die magnetische Falle aktivieren, um die Teilchen im Reaktionsgemisch einzufangen. In Abhängigkeit davon, wie weit der Fühler stromabwärts der Magnetfalle angeordnet ist, muss man für die Aktivierung oder Betätigung der Magnetfalle eine Verzögerungszeit in Betradht ziehen.

Das Teilchenmaterial hat vorzugsweise eine Wichte, die nahe an diejenige der flüssigen Phase des Reaktionsgemisches herankommt, so dass sich das Teilchenmaterial weder absetzt noch nach oben schwimmt, sondern in einem guten durchmischten Zustand in Suspension bleibt. Das Teüchen-material hat im allgemeinen eine Wichte von etwa 1,4 bis 3,2. Allerdings können auch Werte ausserhalb dieses Bereiches verwendet werden.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung muss man nach der Herstellung des Reaktionsgemisches eine hinreichende Zeitspanne für den Ablauf der gewünschten Reaktionen bereitstellen, bevor die feste Phase von der flüssigen Phase getrennt werden kann. Um diese im allgemeinen Inkubationszeit genannte Zeitperiode zur Verfügung zu stellen, enthält die Leitung beispielsweise eine Inkubationsschlange.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemässen Verfahrens enthält das Reaktionsgemisch als zweites Reagenz eine vorbestimmte Menge einer Substanz, die mit der in der Probe befindlichen interessierenden Substanz reagiert, um mit dieser einen Komplex zu bilden. Das Reagenz des Teilchenmaterials bindet entweder diesen Komplex oder das überschüssige, nicht zur Reaktion benutzte zweite Reagenz. Beim Schritt (d) wird das getrennte Gemisch analysiert, um den in der Probe befindlichen Bestandteil zu bestimmen. Bei diesem Verfahren wird die Analyse entweder für den Komplex oder für den überschüssigen Anteil des zweiten Reagenzes ausgeführt, der zur Reaktion nicht herangezogen wurde.

Weiterhin ist es entsprechend dem erfindungsgemässen Verfahren möglich, einen Antikörper in einer Probe zu analysieren, und zwar dadurch, dass das an das Teilchenmaterial gebundene Reagenz ein Antikörper ist und als zweites Reagenz ein (gekennzeichnetes) Antigen verwendet wird, das mit beiden Antikörpern (es kann sich um denselben Antikörper handeln) eine Bindung eingeht.

Bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung kann man die Mengen der benutzten Reagenzien in geeigneter Weise steuern. Bei der RIA mit einem radioaktiv gekennzeichneten zweiten Reagenz kann man beispielsweise die Menge des im Reaktionsgemisch vorkommenden zweiten Reagenzes (oder die Menge der Kennung) genau steuern und einstellen, so dass sie bekannt ist.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung werden vorzugsweise mechanisiert bzw. automatisiert. Man erhält dann eine effiziente kompakte Einheit, die speziell für Immunoanalysen, insbesondere für RIA, geeignet ist.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand einer Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Flussdiagramm für eine nach der Erfindung ausgebildete Vorrichtung;

Fig. 2 die Zusammensetzung des durch die Vorrichtung nach der Fig. 1 fliessenden Fluidstroms;

Fig. 2A das zweiphasige laminare Strömungsmuster innerhalb der Fluidproben des in der Fig. 2 dargestellten Fluidstroms, und

Fig. 3A bis 3C eine Erläuterung der Arbeitsweise der einen schritthaltenden Betrieb ausführenden Magnetfallen zwecks Trennung und Behandlung der festen Phase.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung enthält einen Probennehmer 10, von dem aus eine Reihe flüssiger Proben längs eines zusammendrückbaren Pumpenschlauches 12 gefördert werden. Der Probennehmer 10 kann derart ausgebildet sein, wie es aus der US-PS 3 038 340 bekannt ist. Der Pumpenschlauch 12 ist durch eine peristaltische Pumpe nach Art einer Schlauchquetschpumpe 14 geführt, die derart ausgebildet sein kann, wie es aus der US-PS 2 935 028 bekannt ist. Die ScMauchquetschpumpe 14 wirkt auf weitere Pumpenschläuche 38, 40, 34, 34', 30, 30', 32, 36, 52, 57, 84 und 80 ein. Eine Sonde 15 des Probennehmers wird derart gesteuert, dass sie abwechselnd in aufeinanderfolgende Probenbehälter 16 und einen Waschmittelbehälter 18 eintaucht. Der durch den Pumpenschlauch 12 geförderte Probenstrom enthält somit aufeinanderfolgende Proben, die voneinander durch einen von Luftschüben umschlossenen, Waschflüssigkeitsschub getrennt sind. Auf diese Weise wird die Probenintegrität in der gesamten Vorrichtung aufrechterhalten. Ausser dem Probennehmer 10 sind eine Quelle 20 für Antikörper, die auf der Oberfläche von in Suspension befindlichen, magnetisch anr ziehbaren Teilchen immobilisiert sind, und eine zugehörige Quelle 22 für eine Pufferlösung sowie eine Quelle 24 für ein in Suspension befindliches, gekennzeichnetes Antigen und eine zugehörige Quelle 26 für eine Pufferlösung vorgesehen.

Bei den Pufferlösungen kann es sich um eine geeignete Flüssigkeit handeln, deren Aufgabe darin besteht, bei abgeschalteter Zufuhr des Antikörpers von. der Quelle 20 bzw. bei abgeschalteter Zufuhr des Antigens von der Quelle 24 jeweils entsprechende Volumenteile in den in einer Leitung 28 fliessenden Probenstrom einzuleiten, so dass in dem vom Probenstrom duröhflossenen Leitungssystem keine Pulsationen auftreten.

Die Vorrichtung wird so betrieben, dass die in geeigneter Weise mit einer Flüssigkeit gepufferte feste Phase von der Quelle 20 und das in geeigneter Weise mit einer Flüssigkeit gepufferte, gekennzeichnete Antigen von der Quelle 24 in Form von gesteuerten einzelnen Volumen mit geeigneter Phasenlage eingeleitet werden, um nur mit aufeinanderfolgenden Proben gemischt zu werden, die längs des Pumpenschlauches 12 und der Leitung 28 gefördert werden. Zu diesem Zweck enthält die Pumpe 14 die bereits erwähnten Pumpenschläuche 30, 32, 34 und 36, deren Einlässe mit der Quelle 10 für die feste Phase, mit der Quelle 24 für das gekennzeichnete Antigen und mit den Quellen 22 und 26 für die zugehörigen Pufferlösungen in Verbindung stehen. Die Pumpenschläuche 38 und 40 dienen zum periodischen Injizieren von Luftblasen, um die in den Pumpenschläuchen 30 und 34 weitergeleiteten Fluidströme zu segmentieren, üm einzelne Schübe gleichförmiger Konzentration der festen Phase vorzusehen und einen konstanten Durchfluss in der gesamten Vorrichtung aufrechtzuerhalten, wenn Ventile 40 und 42 betätigt werden. Jedem der Pumpenschläuche 30, 32, 34 und 36 ist eine Rück-leitung 30', 32', 34' und 36' zugeordnet. Über diese Rücklei-tungen können die einzelnen Fluide zurück in die zugehörigen Quellen 20, 24, 22 und 26 geführt werden. Die Auslässe der Pumpenschläuche 30, 32, 34 und 36 sind mit den Einlassen von Dreiweg-Zweistellungs-Ventilen 42, 44,40 und 46 verbunden. Ein Auslass jedes dieser Ventile steht mit der zugehörigen Rückleitung in Verbindung. Die anderen Auslässe der der festen Phase zugeordneten Ventile 40 und 42 stehen miteinander in Verbindung und führen gemeinsam durch eine Mischsdhlange 48, die an eine Verbindungsstelle A der Leitung 28 angeschlossen ist. Die anderen Auslässe der Ventile 40 und 46 sind ebenfalls miteinander vereint und über eine gemeinsame Leitung 50 mit einer Verbindungsstelle B der

5

10

IS

20

25

30

35

40

45

50

55;

60

65

1

619 537

Leitung 28 verbunden. Der Pumpenschlauch 52 ist mit seinem Einlass der Umgebungsluft ausgesetzt. Der Auslass des Pumpenschlauches 52 ist so angeschlossen, dass er den Flüssigkeitsstrom in der Leitung 50 vor dessen Eintritt in die Leitung 28 mit Luftschüben segmentiert. Die Schlauchquetschpumpe 14 arbeitet fortwährend, so dass über die Pumpenschläuche 38, 40 und 42 fortlaufend Luftschübe eingeleitet werden, um sowohl eine Intraprobenunterteilung als aucih eine Intrawaschflüssigkeitsunterteilung zu bewirken, d. h. eine Unterteilung innerhalb der Probe und innerhalb der Waschflüssigkeit. Auf diese kann man eine äusserst wirksame Durchmischung der einzelnen Schübe des längs der Leitung 28 fliessenden Stromes erreichen.

Die Ventile 40, 42, 44 und 46 werden von einer Programmeinheit 152 gesteuert, die in bezug auf den Probennehmer 10 zeitlich oder taktmässig so eingestellt ist, dass der gepufferte Kennantigenstrom in der Leitung 50 und der gepufferte Festphasenstrom in der Mischschlange 48 in diskreten Einzelvolumen und mit geeigneter Phase an den Verbindungsstellen B und A eingeleitet werden, um in der Leitung 28 nur mit jeder der Flüssigkeitsproben vermischt zu werden. Während des Durchtritts des Waschflüssigkeitsschubs zwischen den aufeinanderfolgenden Proben durch die Verbindungsstelle A bzw. durch die Verbindungsstelle B werden die Ventile 42 und 44 in ihre Schaltstellung I gebracht, um die Pumpenschläuche 30 und 32 mit den Rückleitungen 30' und 32' zu verbinden, so dass die betreffenden Flüssigkeiten zu ihren Quellen zurückgeleitet werden. Gleichzeitig werden die Ventile 40 und 46 in ihre Schaltstellung II gebracht, um die Pufferlösungen von den Quellen 22 und 26 den Verbindungsstellen A und B zuzuführen, so dass in der Leitung 28 ein konstanter Durchfluss aufrechterhalten wird. Während dieser Zeit wird laufend Luft durch den Pumpenschlauch 52 gepumpt, so dass in die Leitung 50 Luftblasen periodisch eingeleitet werden, um den Fluidstrom in der Leitung 50 zu unterteilen bzw. zu segmentieren und auf diese Weise eine gute Durchmischung in einer Mischschlange 55 sicherzustellen. Während des Durchtritts einer Probe durch die Verbindungsstellen A und B bringt die Programmeinheit 152 die Ventile 42 und 44 vorübergehend in ihre Schaltstellung II, um gesteuerte diskrete Einzelvolumen der gepufferten festen Phase über die Mischschlange 48 und des suspendierten gekennzeichneten Antigens über die Leitung 50 in die Probe einzuleiten. Die zwischen den Verbindungsstellen A und B in der Leitung 28 vorgesehene Mischschlange 55 stellt sicher, dass das gekennzeichnete Antigen vollkommen mit jedem Flüssigkeitsprobenschub gemischt und gleichmässig darin verteilt wird, bevor bei der Verbindungsstelle A die feste Phase eingeleitet wird.

Die mit der festen Phase und dem gekennzeichneten Antigen vollkommen durchmischten aufeinanderfolgenden Probenschübe büden ein Reaktionsgemisch, das über die Leitung 28 einer Inkubationsschlange 54 zugeführt wird. Die Zusammensetzung des durch die Inkubationsschlange 54 geleiteten Stroms ist in der Fig. 2 dargestellt. Jeder der Schübe oder jedes Aliquot der Proben Si, S2 usw. enthält gesteuerte oder eingestellte Volumen der festen Phase und des Kennantigens. Die zwischen aufeinanderfolgenden Proben auftretenden Wasdhflüssigkeitsschübe W und die aufeinanderfolgenden Proben selbst sind durch Luftblasen unterteüt, die über den Pumpenschlauch 52 eingeleitet werden. In der Fig. 2A sieht man, wie das Kennantigen und die feste Phase, d. h. die auf magnetisch anziehbaren Teilchen immobilisierten Antikörper innerhalb eines Probenschubs oder Probenaliquots verteilt sind, wobei in der zeichnerischen Darstellung das Kennantigen mit «—» und die feste Phase mit « + » bezeichnet ist. Das Vorhandensein eines Luftschubs unmittelbar vor und hinter einem Flüssigkeitsschub induziert ein zweiphasiges laminares Strömungsmuster, wobei die Flüssigkeit in einem solchen Schub zur Zirkulation veranlasst wird, wie es durch Pfeile in der Fig. 2A dargestellt ist. Das sich einstellende Strömungsmuster ist in erster Linie auf den Strömungswiderstand zurückzuführen, dem die sich bewegende Flüssigkeit unmittelbar an der Innenoberfläche der Leitung 28 ausgesetzt ist. Dieses Strömungsmuster beschleunigt die Durchmischung der verschiedenartigen Komponenten des Reaktionsgemisches.

Wie bereits erwähnt, enthält die feste Phase magnetisch; anziehbare Teilchen von gesteuerter oder eingestellter Wichte. Diese Teilchen enthalten vorzugsweise eine Matrix mit einem oder mehreren darin eingebetteten, kleinen ferromagnetischen Teilchen. Die ferromagnetischen Teilchen können beispielsweise mit einem organischen Material überzogen sein, z. B. mit einem Polymer, oder sie können silanisiert sein, um entweder einen Antikörper oder ein Antigen zu binden. Geeignete Überzugsverfahren sind aus dem oben erwähnten Aufsatz von Hersh und Yaverbaum bekannt und auch von P. J. Robinson et al. in einer Druckschrift «The Properties of Magnetic Supports in Relation to Immobilized Enzyme Reactions», Biotechnology and Bioengineering, Vol. XV (1937), Seiten 603—609, beschrieben. Das Verhältnis zwischen den Volumen der Matrix und der magnetischen Teilchen ist so gewählt, dass sich die ergebende Wichte der Wichte der Flüssigkeitsphase annähert. Folglich werden diese magnetisch anziehbaren Teilchen von dem innerhalb jedes Probenschubs erzeugten laminaren Zweiphasenströmungsmuster mitgeschleppt. Die Teilchen haben somit keine Neigung, sich infolge Gravitation oder Flotation abzusetzen oder sonstwie anzuhäufen. Es sei bemerkt, dass die Wichte der magnetischen Teilchen nicht gleich der Wichte der Flüssigkeitsphase zu sein braucht. Sie soll aber so sein, dass während des Durchtritts durch die Vorrichtung ein Absetzen oder eine Flotation der festen Phase vermieden wird. Die verminderte Dichte der Teilchen sorgt für ausgezeichnete Auswascheigenschaften, so dass es im wesentlichen zu keinen Verseuchungen zwischen aufeinanderfolgenden Proben kommt. Wenn die Teilchen beispielsweise eine Wichte hätten, die wesentlich grösser als die Wichte der flüssigen Phase wäre, bestände die Neigung, dass sich die Teilchen absetzen und in dem Spitzenbereich bei der Grenzfläche zwischen dem Probenschub und dem nachfolgenden Luftschub längs der Innenwandoberfläche der Leitung 28 ansammeln. Ein solches Absetzen würde die Möglichkeit erhöhen, dass die Teilchen von dem nachfolgenden Luftschub sowie den sich daran anschliessenden Flüssigkeits- und Luftschüben des fliessenden Stroms passiert werden und in die nachfolgende Probe gelangen, die dann verunreinigt werden würde. Wenn die Wichte der Teilchen viel niedriger als diejenige der Probe wäre, käme es zu einer Absonderung der Teilchen durch Flotation, und es bestände die Gefahr, dass die Teilchen von den nachfolgenden Flüssigkeits- und Luftschüben passiert werden und dadurch eine Verunreinigung bewirken. Die Wichte der festen Phase wird folglich so gesteuert oder eingestellt, dass die Teilchen in dem laminaren Zweiphasenströmungsmuster verbleiben und mit diesem weitergetragen werden. Eine Verunreinigung oder Verseuchung aufeinanderfolgender Proben wird vermieden.

Der Reaktionsgemischstrom mit ständig zirkulierender fester Phase innerhalb der einzelnen Probenschübe oder Probenaliquote wird durch die Inkubationsschlange 54 geleitet, um die Reaktion voranschreiten zu lassen. Der aus der Inkubationsschlange 54 austretende Strom wird in einem hohen Masse durch eine geeignete Lösung verdünnt, die über den Pumpenschlauch 57 und eine Leitung 53 zugeführt wird, um die Reaktion zu hemmen (d. h. um die Reaktion zu löschen) und das Waschen der festen Phase durch einen Verdünnungsvorgang zu erleichtern. Der Auslass der Inkubationsschlange

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

619 537

8

54 ist über eine Leitung 56 mit einer Waschstation 58 verbunden. Die Waschstation enthält vorzugsweise eine erste Magnetfalle 60 und eine zweite Magnetfalle 62, die in bezug auf die Leitung 56 hintereinander angeordnet sind. Die Magnetfallen 60 und 62 arbeiten auf elektromagnetischer Grund- 5 läge und sind so angeordnet, dass die Magnetflusslinien quer zur Strömungsrichtung des Probenstroms gerichtet sind. Die Magnetfallen 60 und 62 werden von einer Programmeinheit 64 in einer besonders getakteten Sequenz betätigt. Die Programmeinheit 64 wird von einem Probendetektor 65 ange- io steuert. Der Probendetektor 65 enthält eine Lichtquelle 66 und einen Lichtdetektor 68, der zusammen mit der Lichtquelle 66 am Ausgang der Inkubationsschlange 54 angeordnet ist. Das Licht der Lichtquelle 66 ist quer durch die Leitung 56 zum Lichtdetektor 68 gerichtet. Wenn eine durch die Lei- 15 tung 56 geleitete Probe zu einem in der Fig. 2 dargestellten Zeitpunkt t den Lichtweg unterbricht, teilt der herabgesetzte Ausgangspegel des Lichtdetektors 68 der Programmeinheit 64 mit, die Magnetfallen 60 und 62 gleichzeitig zu erregen.

Im erregten Zustand spült die erste Magnetfalle 60 die feste 20 Phase aus jedem der Probenschübe oder Probenaliquote heraus, die beispielsweise die in der Fig. 2 gezeigte Probe Si bü-den. Die Intensität des von der ersten Magnetfalle 60 und auch von der zweiten Magnetfalle 62 erzeugten Magnetfeldes reicht aus, dass die Intraprobenluftblasen innerhalb einer der 25 Proben S keinen Anteil der in der Waschstation 58 zurückgehaltenen festen Phase verdrängen oder wegtragen. Folglich wird die feste Phase jeder Probe, obgleich sich die feste Phase in einzelnen Probenschüben der Probe befindet, in der durch die erste Magnetfalle 60 geführten Leitung 56 angehäuft. Die 3D Erregung der Magnetfalle 62 zum Zeitpunkt ti stllt sicher,

dass irgendwelche Anteile der festen Phase, die von der Magnetfalle 60 nicht ausgespült werden, zurückgehalten werden. Die Magnetfalle 60 bleibt während des Durchtritts des gesamten Volumens jeder Probe S erregt und auch während 3S des Durchtritts von wenigstens einem Teil des folgenden Waschflüssigkeitsschubs. Die Erregung ist somit während des in der Fig. 2 dargestellten Zeitintervalls ti—12 vorhanden. Der Durchtritt des Waschflüssigkeitsschubs durch die Waschstation 58 dient dazu, während die feste Phase zusammengepackt ^ ist, irgendwelches Obenaufschwimmendes von den magnetischen Teilchen zu entfernen. Bevor der gesamte Waschflüssigkeitsschub vorbeigeströmt ist, schaltet die Programmeinheit 64 zum Zeitpunkt t2 die Erregung von der Magnetfalle 60 ab. Es kommt daher zu einer Wiedersuspension der festen Phase innerhalb des restlichen Waschflüssigkeitsschubs. Die 45 vom Pumpenschlauch 52 in den Waschflüssigkeitsschub eingeleiteten Luftblasen haben die Neigung, die von der Magnetfalle 60 zusammengepackte feste Phase aufzubrechen und die erneute Suspension der festen Phase in der Waschflüssigkeit zu beschleunigen, um eine vollständige Entfernung irgend- 50 einer Flüssigkeitsphase, d. h. nichtgebundener gekennzeichneter oder nichtgekennzeichneter Antigene von ihrer Oberfläche sicherzustellen. Da die zweite Magnetfalle 62 erregt ist, wird die feste Phase nochmals von dem Waschflüssigkeitsschub ausgewaschen. 55

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die durch die Waschstation 58 geführte Leitung 56 mit dem Ein-lass eines Dreiweg-Zweistellungs-Ventils 70 verbunden. Die Auslässe dieses Ventils sind an einen Festphasen-Szintilla- 60 tionszähler 72 (Schaltstellung I) und an den Abfluss (Schaltstellung II) angeschlossen. Der Einlass eines weiteren Drei-weg-Zweistellungs-Ventils 76 ist mit einer Leitung 78 verbunden, die zum Pumpenschlauch 80 führt. Der Einlass des Pumpenschlauchs 80 steht mit einer Quelle 82 für eine Puf-ferlösung in Verbindung. Der eine Auslass des Ventils 76 führt zum Abfluss (Schaltstellung I) und der andere Auslass zum Festphasen-Szintillationszähler 72 (Schaltstellung II).

Die Ventile 70 und 76 werden gleichzeitig von der Programmeinheit 64 gesteuert. Der Pumpenschlauch 84 steht mit seinem Einlass mit der Umgebungsluft in Verbindung und ist mit seinem Auslass an die Leitung 78 angeschlossen, so dass in den durch die Leitung 78 fliessenden Pufferlösungsstrom Luftblasen periodisch eingeleitet werden. Die durch die Leitung 78 geförderte Pufferlösung oder Pufferflüssigkeit dient zur Reinigung des Festphasen-Szintillationszählers 72. Das Vorhandensein von Luftblasen in dem durch die Leitung 78 fliessenden Strom dient zur Beschleunigung der Reinigung des Zählers 72 von irgendwelchen Resten der vorangegangenen Probe. Wenn die Festphase in der Waschstation 58 vollkommen ausgewaschen ist, wird vor dem Auftreten der nächsten Probe an der Lichtquelle 66 die Magnetfalle 62 zu dem in der Fig. 2 dargestellten Zeitpunkt t3 abgeschaltet, und die Ventile 70 Und 76 werden vorübergehend in die Schaltstellung I gebracht, um die jetzt in der Waschflüssigkeit suspendierte feste Phase dem Zähler 72 zuzuführen und um den segmentierten Pufferlösungsstrom in der Leitung 78 711m Abfluss zu leiten. Die feste Phase wird durch eine im Zähler 72 enthaltene Speicherschlange 79 geleitet, um die Radioaktivität zu messen. Die Messergebnisse können beispielsweise von einem Drucker 88 registriert werden. Danach werden die Ventile 70 und 76 in die Schaltstellung II gebracht, um den Fluidstrom in der Leitung 58 zum Abfluss zu leiten und den segmentierten oder unterteilten Pufferlösungsstrom von der Leitung 78 durch den Zähler 72 zu führen. All dies geschieht zur Vorbereitung der Waschung und Messung der Festphase der nächsten Probe.

Sofern es erwünst ist, kann man auch anstelle der festen Phase die flüssige Phase messen. Zu diesem Zweck wird der Festphasen-Szintillationszähler 72 durch einen Flüssigkeits-phasen-Szintillationszähler ersetzt. Die Magnetfallen 60 und 62 werden wie beschrieben betätigt, um die Festphase aus den Probenschüben oder Probenaliquoten derselben Probe herauszuwaschen. Gleichzeitig werden die Ventile 70 und 76 so gesteuert (Schaltstellung I), um die getrennte Flüssigkeitsphase direkt zur Speicherschlange des Flüssigkeitsphasen-Szintilla-tionszähler zu leiten, und zwar während der Erregung der Magnetfallen 60 und 62. Vor der Abschaltung der Erregung der Magnetfallen 60 und 62 werden dann die Ventile 70 und 76 so betätigt (Schaltstellung II), dass die Festphase in der Waschflüssigkeit erneut suspendiert wird und dem Abfluss zugeleitet wird, während der segmentierte Pufferflüssigkeitsstrom zum Auswaschen durch den Flüssigkeits-Szintillations-zähler geleitet wird. In beiden Fällen arbeiten die gesteuerte oder eingestellte Wichte der magnetischen Teilchen, auf denen die feste Phase immobilisiert ist, und das beschriebene magnetische direkte Fangverfahren zusammen, um eine positive oder zwangsläufige Trennung der festen und flüssigen Phase voneinander zu erreichen, ohne dass dabei die Auswascheigenschaften der Vorrichtung verschlechtert werden.

Nach der Erfindung können die einzelnen Proben, die durch die Leitung 28 geleitet werden, selektiv zur Reaktion gebracht werden. Dies ist im einzelnen nicht dargestellt. Aber es können beispielsweise mehrere Festphasenquellen 20 und Kennquellen 24 vorgesehen werden, denen jeweils ein Pumpenschlauch 30 und eine Rückleitung 30' zugeordnet ist und von denen jede mit einem zugehörigen Dreiweg-Zweistellungs-Umschaltventil verbunden ist. Die Auslässe der Umschaltventile von jedem der Festphasen- und Kennsysteme als auch die Auslässe der Pufferflüssigkeitsventile kann man mit zahlreichen Einlassen und einem einzigen Auslass verbinden. Dieser Auslass steht dann mit den Verbindungsstellen A und B in Verbindung.

Jedes der Einzelauslassventile wird gesteuert aufgrund von Information, die von jedem einzelnen Behälter 16 gelesen

9

wird, um die geeignete Festphase und Kennphase in geeigneter Phasenbeziehung zueinander und Kennphase in geeigneter Phasenbeziehung zueinander den Verbindungsstellen

619 537

B und A so zuzuführen, dass jede Probe selektiv zur Reaktion gebracht werden kann. Die Ausgabedaten können am Druk-ker 88 in geeigneter Weise identifiziert werden.

M

2 Blatt Zeichnungen

Claims

619 537

2

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Analysieren einer Fluidprobe auf eine besondere interessierende Substanz, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

a) dass aus der Probe ein Reaktionsgemisch gebildet wird, das magnetisch anziehbares Teilchenmaterial und ein mit der zu analysierenden Substanz reagierendes Reagenz enthält, wobei ein Produkt des Reaktionsgemisches an dem Teilchenmaterial gebunden wird,

b) dass Teilchenmaterial von solcher Wichte gewählt wird, dass es die Neigung hat, innerhalb des Reaktionsgemisches in Schwebe zu bleiben,

c) dass im Anschluss an die Reaktion der Probe mit dem Reagenz das Teilchenmaterial einschliesslich des gebundenen Reaktionsprodukts von dem Reagenzgemisch magnetisch getrennt wird, und d) dass die interessierende Substanz durch selektive Analyse des an das getrennte Teilchenmaterial gebundenen Reaktionsproduktes und bzw. oder des übrigen Gemischbestandteils bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reagenz ursprünglich an das Teilchenmaterial gebunden ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilchenmaterial aus einer Materialgruppe ausgewählt wird, die Eisen, Magneteisenoxid, Nickel, Cobalt oder Chromoxid umfasst.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilchenmaterial von einer Wichte in einem Bereich von 1,4 bis 3,2 gewählt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die von einer Vielzahl von Fluidproben jeweils gebildeten Reaktionsgemische der Reihe nach und voneinander getrennt durch eine Leitung gefördert wird, dass das Teilchenmaterial jedes Reaktionsgemisches während des Förderns in einem ersten Abschnitt der Leitung magnetisch eingefangen wird, um das Teilchenmaterial zurückzuhalten und von dem übrigen Gemischbestandteil zu trennen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilchenmaterial durch Zumischen in jede in der Leitung fliessende Probe eingebracht wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch wenigstens den ersten Abschnitt der Leitung eine Waschflüssigkeit geschickt wird, während das Teilchenmate-rial im eingefangenen Zustand gehalten wird, und dass das eingefangene Teilchenmaterial in der Waschflüssigkeit wieder in Schwebe gebracht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wieder in Schwebe gebrachte Teilchenmaterial zu einem zweiten Abschnitt der Leitung geleitet wird, der stromabwärts des ersten Leitungsabschnitts liegt, dass das Teilchenmaterial in dem zweiten Leitungsabschnitt magnetisch eingefangen wird, dass eine Waschflüssigkeit durch den zweiten Leitungsabschnitt geschickt wird, während das Teilchenmaterial im eingefangenen Zustand gehalten wird, und dass das eingefangene Teilchenmaterial in der Waschflüssigkeit erneut in Schwebe gebracht wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das eingefangene Teilchenmaterial freigegeben wird und getrennt vom übrigen Gemischbestandteil aufgesammelt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsgemische aufeinanderfolgend durch die Leitung geschickt werden und dass zwischen aufeinanderfolgende Reaktionsgemische wenigstens ein inerter Fluid-schub eingebracht wird, der ein hinreichendes Volumen hat, um den Querschnitt der Leitung auszufüllen und auf diese Weise die aufeinanderfolgenden Reaktionsgemische in einem voneinander getrennten Zustand zu halten.
11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Teilchenmaterial derart intermittierend in die Leitung eingeleitet wird, dass es mit den aufeinanderfolgenden Fluidproben vermengt wird, und dass abwechselnd mit dem Teilchenmaterial eine Flüssigkeit in die Leitung eingeleitet wird, um den Durchfluss in der Leitung im wesentlichen konstant zu halten.
12. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Reagenz durch Zumischen in jede der durch die Leitung fliessenden Fluidproben eingebracht wird.
13. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Mittel (14) zum Fördern der Reaktionsgemische einer Vielzahl von Fluidproben durch eine Leitung (28, 56), derart, dass jedes Reaktionsgemisch eine eine interessierende Substanz aufweisende Probe der Vielzahl der Fluidproben, ein magnetisch anziehbares Teilchenmaterial und wenigstens ein mit der interessierenden Substanz reagierendes Reagenz enthält, durch längs eines Abschnitts der Leitung (28, 56) vorgesehene Mittel (58 zum magnetischen Einfangen des Teilchenmaterials einschliesslich des gebundenen Reaktionsprodukts jedes Reaktionsgemisches, um das Teilchenmaterial einschliesslich des gebundenen Reaktionsprodukts gegen den Einfluss der Strömung festzuhalten und es auf diese Weise von dem betreffenden Reaktionsgemisch zu trennen, und durch stromabwärts der Einfangmittel (58) gelegene Mittel (72, 79) zum Bestimmen der interessierenden Substanz jeder Fluidprobe durch selektive Analyse des an das betreffende getrennte Teilchenmaterial gebundenen Reaktionsproduktes und bzw. oder des betreffenden übrigen Gemischbestandteils.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Mittel (A, 54) zum Einbringen des Teilchenmaterials durch Zumischung in jede der in einer Leitung (28, 56) fliessenden Fluidproben.
15. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfangmittel (58) eine erste Magneteinrichtung (60) enthalten, die in dem genannten Abschnitt der Leitung ein Magnetfeld vorsieht, das etwa quer zur Strömungsrichtung der Reaktionsgemische gerichtet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfangmittel (58) zwei Magneteinrichtungen (60 und 62) aufweisen, die in dem genannten Abschnitt der Leitung zwei voneinander beabstandete Magnetfelder vorsehen, wobei die zweite Magneteinrichtung (62) in bezug auf die erste Magneteinrichtung (60) stromabwärts angeordnet ist.
17. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördermittel (14) die Reaktionsgemische aufeinanderfolgend durch die Leitung (28, 56) fördern und dass Mittel (10,15) vorgesehen sind, die zwischen aufeinanderfolgenden Reaktionsgemischen wenigstens einen inerten Fluidschub vorsehen, dessen Volumen hinreichend ist, um den Querschnitt der Leitung (28, 56) auszufüllen und auf diese Weise die aufeinanderfolgenden Reaktionsgemische in einem voneinander getrennten Zustand zu halten.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch Mittel (10,15, 18) zum Einführen eines Waschflüssigkeits-schubs zwischen durch die Leitung (28,56) aufeinanderfolgend fliessende Reaktionsgemische, wobei jedes Reaktionsgemisch von den angrenzenden Waschflüssigkeitsschüben wenigstens durch einen inerten Fluidschub getrennt ist.
19. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche 13 bis 18, gekennzeichnet durch stromabwärts der Einfangmittel (58) in der Leitung (28, 56) vorgesehene Ventileinrichtungen (70) zum selektiven Zuführen des getrennten Teilchenmaterials einschliesslich des gebundenen Reaktionsprodukts oder des übrigen Gemischbestandteils zu den Mit5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

619 537

teln (72) zum Bestimmen der interessierenden Substanz.
20. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einfangmittel (58) eine erste Magneteinrichtung (60) aufweisen, die in dem genannten Abschnitt der Leitung ein Magnetfeld vorsieht, dass Mittel (10,15 18) vorhanden 5 sind, die wenigstens durch den genannten Abschnitt der Leitung zwischen aufeinanderfolgenden Reaktionsgemischen eine Waschflüssigkeit schicken, und dass Mittel vorhanden sind,

die die erste Magneteinrichtung (60) betätigen, um das Teilchenmaterial einschliesslich des gebundenen Reaktionspro- io duktes zum Auswaschen mit der Waschflüssigkeit zurückzuhalten, und die anschliessend die erste Magneteinrichtung betätigen, um das Teilchenmaterial als Schwebe in die Waschflüssigkeit freizugeben.
21. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich- 15 net, dass die Einfangmittel (58) eine erste und eine zweite Magneteinrichtung (60 und 62) aufweisen, die in dem genannten Abschnitt der Leitung voneinander beabstandete Magnetfelder vorsehen, wobei die zweite Magneteinrichtung (62) in bezug auf die erste Magneteinrichtung (60) stromab- 20 wärts angeordnet ist, dass Mittel (10,15,18) vorgesehen sind, die wenigstens durch den genannten Abschnitt der Leitung zwischen aufeinanderfolgenden Reaktionsgemischen eine Waschflüssigkeit einfügen, und dass Mittel vorhanden sind,

die die erste und die zweite Magneteinrichtung (60 und 62) 25 gleichzeitig betätigen, um das Teilchenmaterial einschliesslich des gebundenen Reaktionsproduktes zum Auswaschen mit der Waschflüssigkeit zurückzuhalten, und die anschliessend selektiv die erste Magneteinrichtung (60) betätigen, um es dem von ihr festgehaltenen Teilchenmaterial zu gestatten, in der Waschflüssigkeit in Schwebe gebracht zu werden und zu der stromabwärts gelegenen zweiten Magneteinrichtung (62) zu gelangen.
22. Teilchenmaterial zur Verwendung in dem Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Re- ^ agenz und ein oder mehrere magnetische Teilchen in einer Matrix aus einem Bindemittel enthält, wobei das Reagenz an das Teilchenmaterial gebunden ist.
23. Teilchenmaterial nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindematerial eine Materialgruppe enthält, 40 die Cellulose oder ein Cellulosederivat, ein Polymer oder ein synthetisches polymeres Material und Agarose umfasst.

45