CN115210575A - 用于处理样品的实验室自动装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理样品（71）的实验室自动装置，所述实验室自动装置包括用于接纳样品（71）的处置室（10）；在所述处置室（10）的至少一个第一空间方向（x）上可移动地布置的移动装置（4）；布置在所述处置室（10）中的用于分析所述样品（71）的分析单元（5），所述分析单元（5）能够通过所述移动装置（4）被接纳并且能够借助于所述移动装置（4）被移动到样品（71）；以及电子控制装置（3），所述电子控制装置与所述移动装置（4）和所述分析单元（5）信号连接。

Description

用于处理样品的实验室自动装置和方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的前序部分所述的用于处理样品的实验室自动装置以及用于处理样品的方法。

在处理大量样品时，必须执行大量处理步骤。因为必须保证将试剂精确地吸移到如微量滴定板之类的容器中并且从如微量滴定板之类的容器吸移出，为此通常使用实验室自动装置。

在此情况下，现有技术的实验室自动装置通常包括处置室，在所述处置室中样品被引入到微量滴定板（或其他容器）中；用于执行处理步骤的吸移设备；用于在处置室中移动吸移设备的移动装置和电子控制装置，所述电子控制装置控制和指示吸移设备和实验室自动装置的其他部件用于执行处理步骤。

因此，通过实验室自动装置保证具有提高的效率和改善的吞吐量的自动化样品处理过程。

实验室自动装置经常还具有用于分析样品的集成光学检测设备。检测设备以固定的方式布置在实验室自动装置中，并且样品借助于夹钳被输送到检测设备并且在那里被分析，然而由此已知设备的灵活性受限制。

特别优选地在生物化学中使用实验室自动装置用于处理生物样品、例如生物分子（例如DNS；RNS，...）。

尤其是对于生物分子，发光光谱学是一种重要的分析方法，其中评估基于生物分子的光子吸收而形成的发射光。

为此，可以通过进行荧光标记将发荧光的化学基团附接到大的生物分子上，所述发荧光的化学基团于是用作该生物分子的标记。

在此，荧光可以被理解为光的短时自发发射，在电子激发系统转变回较低能量的状态时进行所述短时自发发射。因此，荧光是一种发光形式，其中通过吸收光子进行激发（光致发光）。在形式上，荧光因此表示光吸附的逆转，其中通过重新发射激发能量作为辐射而去活激发电子态。

在许多过程中，尤其是流体样品（即溶液中的相关分子）的浓度起作用用于进一步处理，所述作用尤其是可以通过荧光光谱学简单地被确定。

概括而言，现有技术的主要缺点在于系统的缺乏的灵活性。

发明内容

因此，本发明的任务是提供避免从现有技术中已知的不利效果的实验室自动装置（Laborautomaten）和用于处理样品的方法，尤其是提供具有独立组件的高度灵活的实验室自动装置。

该任务通过具有独立权利要求的特征的用于处理样品的实验室自动装置以及用于处理样品的方法来解决。

从属权利要求涉及本发明的特别有利的实施方式。

根据本发明，提出用于处理样品的实验室自动装置，所述实验室自动装置包括用于接纳样品的处置室；在所述处置室的至少一个第一空间方向上可移动地布置的移动装置；布置在所述处置室中的用于分析样品的分析单元，所述分析单元能够通过所述移动装置接纳并且能够借助于所述移动装置移动到样品；以及电子控制装置，所述电子控制装置与所述移动装置和所述分析单元信号连接。

在一个特别优选的实施例中，此外用于对样品执行至少一个处理步骤的样品处理设备布置在处置室中。在此，样品处理设备包括在移动设备中，尤其是布置在移动设备处。样品处理设备因此可以借助于移动装置在第一空间方向上被移动通过处置室。在此，样品处理设备尤其是包括用于接纳分析单元的接纳元件，使得所述分析单元能够在运行状态下借助于移动装置移动到样品。样品处理设备也与控制单元信号连接。

分析单元被设计为具有能量存储介质的无线分析单元，并且实验室自动装置包括布置在处置室中的用于存放分析单元并且用于对能量存储介质进行充电的充电站。由于能量存储介质，分析单元于是可以在无电网电缆（持久的电源连接端）的情况下被运行。

根据本发明，此外提出一种用于在根据本发明的实验室自动装置中处理样品的方法。样品被引入到处置室中。分析单元借助于移动设备被接纳并且借助于移动装置通过处理室被移动到样品。然后样品借助于分析单元被分析。

分析单元优选地还可以被设计为（尤其是也无线的）检测设备，所述检测设备包括用于用初级辐射照射所述样品的辐射源和用于接收源自所述样品的次级辐射的检测器。

如果分析单元被设计为无线检测设备，则借助于样品处理设备的接纳元件从充电站接纳所述分析单元并且借助于移动装置将所述分析单元（至少）在第一空间方向上通过处置室从充电站移动到样品。随后借助于检测设备分析样品。

实际上，用于接纳样品的容器通常布置在处置室中。尤其是，容器可以是微量滴定板，其中微量滴定板包括用于接纳样品（或不同样品）的多个凹部。

在本发明的范围中，术语

样品

可以尤其是被理解为流体样品，所述流体样品包括具有如生物分子（尤其是DNS、RNS、核酸、蛋白质、细胞和细胞成分、单体）之类的物质或其他化学物质的液体。在本发明的范围内，液体可以是合适的溶剂。

在本发明的一个实施方案中，检测设备包括用于用初级辐射照射样品的辐射源和用于接收源自所述样品的次级辐射的检测器。辐射源因此产生电磁辐射（初级辐射）。次级辐射尤其是由样品发射的电磁次级辐射，所述次级辐射通过初级辐射与样品的交互而感生。

在此情况下作为初级辐射特别优选地使用尤其是在190-800nm、特别地365-720nm的波长范围内的UV/Vis辐射。在此情况下， 尤其是二极管、尤其是硅光电二极管或真空光电二极管特别适合作为检测器。激光器、氘灯、钨灯、卤素灯或LED（发光二极管）可以被用作辐射源。

实际上，检测设备还可以包括多个检测器和/或辐射源。在此，辐射源可以辐射出不同的波长或波长范围作为初级辐射。在此情况下，特别优选的是使用两个辐射源，所述辐射源被设计为具有第一波长（例如350-400nm）的第一辐射源（优选地第一LED）和具有第二波长（例如700-750nm）的第二辐射源（优选地第二LED）。如果存在多个辐射源，则可以以共焦方式进行分析。来自不同辐射源的初级辐射的光路因此被对准流体样品中的共同焦点。

检测设备因此可以是光度计、尤其是光谱仪、特别地荧光计/荧光光度计。荧光计测量流体样品的荧光的参数：在通过初级辐射激发之后（次级辐射的）发射光谱的强度和波长分布。

在本发明的范围内，特别优选地使用荧光光谱学作为测量原理，其中辐射源产生UV/Vis范围内的初级辐射，并且借助于检测器采集流体样品的荧光发射。

原则上，也可以测量样品的吸附，其方式是辐射源不是检测设备的一部分，并且布置在容器处。由于通过这种布置使设备的结构复杂化，因此发射、尤其是荧光发射的分析是优选的，使得辐射源和检测器可以集成到检测设备中。

可替代地，分析单元可以被设计为用于进行光学温度测量的红外光度计和/或pH计和/或摄像机和/或超声波传感器和/或激光器和/或激光干涉仪和/或用于对处置室进行局部去污的UVC单元（优选地具有260-280nm的LED）。虽然本发明的主题根据光学分析的优选实施例较详尽地得以描述，但是并不限于此。例如，摄像机可以被用于在处置室中扫描条形码或用于为处置室中的工作台（Workdeck）开列存货清单。

在一个特别优选的实施例中，样品处理设备可以被设计为用于接纳和移交流体的吸移设备，并且接纳元件可以被设计用于接纳吸移管尖端。

尤其是，接纳元件可以包括用于接纳吸移管尖端的头部，其中检测设备包括与头部的形状相对应的连接端，使得检测设备可以在运行状态下通过样品处理设备接纳，其方式是头部被插入到相对应的连接端中。

在此，头部可以被设计为用于接纳吸移管尖端的尖端锥体，其中连接端的形状对应于尖端锥体的形状（即尤其是简单地是圆形开口）。当然，头部也可以具有其他合适的形状，诸如长方六面体的形状。然而由于吸移管尖端通常具有圆形开口，因此头部优选地被设计为尖端锥体，所述尖端椎体在要接纳的吸移管尖端（或检测设备）的方向上逐渐收尾，使得吸移管尖端（或检测设备）可以更简单地被接纳。

在一个特别优选的实施例中，接纳元件可以包括芯，尖端锥体（或者在非特定的形状的情况下，也为头部）紧固在所述芯处，其中套筒沿着尖端锥体的锥体轴线可移动地围绕芯布置，使得检测设备可以在运行状态下通过使套筒沿着锥体轴线在尖端锥体的方向上移动而被推出。通过在所述移动时由套筒施加到检测设备（或吸移管尖端）上的压力可以推出所述检测设备。

可替代地，可以在移动装置处布置具有夹钳的机械臂，通过所述机械臂尤其是可以接纳和输送分析单元。

当然，接纳元件也可以包括另一推出设备，所述推出设备在运行状态下可以作用于在接纳元件中接纳的检测设备，使得检测设备可以被推出到充电站中。

原则上，能量存储介质可以是电容器和/或蓄电池。通过能量存储介质保证可以

无线地

使用检测设备，即可以至少暂时在无外部电源连接的情况下被运行。因此，检测设备可以在无电力电缆的情况下在实验室自动装置中灵活地被移动，以便在处置室的不同点处或在不同的方法步骤分析流体样品，并且随后可以被引入充电站，以便被存放在那里并且对能量存储介质进行充电用于进一步分析。

原则上，实验室自动装置还可以包括多个根据本发明的（无线）检测设备，使得可以根据需求使用具有例如不同辐射源的检测设备。

电子控制装置与样品处理设备、移动装置和检测设备信号连接意味着：控制装置在运行状态下向样品处理设备、移动装置和检测设备发送控制信号用于执行处理步骤。此外，还可以从样品处理设备、移动装置和检测设备接收信号。

信号连接可以在检测设备和/或样品处理设备和/或移动装置的情况下通过电缆连接或无线地进行。然而，在检测设备的情况下，信号连接优选地是无线的。在无线信号连接的情况下，数据/信号传输通过作为传输介质的自由空间（空气或真空）进行。传输可以通过定向或非定向电磁波进行，其中根据应用和所使用的技术，要使用的频带的范围可以从几赫兹（低频）直至几百太赫兹（可见光）不等。在此，优选地使用蓝牙或WLAN。因此，不仅可以通过控制装置控制检测设备，而且在对流体样品进行分析之后，可以将所测量的数据传输给控制装置用于评估，以便例如在进一步处理之前确定流体样品的浓度。

当然，优选的是，移动装置能够在处置室的与所述第一空间方向正交的第二空间方向上以及在处置室的与所述第一空间方向和所述第二空间方向正交的第三空间方向上移动，使得可以使检测设备在整个实验室自动装置中灵活地移动。移动装置优选地通过如伺服电动机之类的电动机被驱动，并且例如能够作为可自由移动的臂或通过轨道移动。

在根据本发明的方法中（或在运行状态下），从而可以借助于移动装置使检测设备在所有空间方向（在本申请的范围中第一、第二和第三空间方向）上移动通过处置室。尤其是，在对样品进行分析之后，可以将检测设备从样品移动到充电站，将检测设备从第一样品移动到第二样品，并且将检测设备从充电站移动到样品。如果样品处理设备是吸移设备，则借助于吸移设备和移动装置不仅移动检测设备，而且不同的流体（以及流体样品）也可以通过处置室被输送，为此尤其是吸移管尖端被施加到吸移设备上。因此，流体可以在不同的处理步骤中被吸移。然而，在本申请的范围中，借助于检测设备的分析也是处理步骤。

在此情况下，优点尤其是在于，已知的实验室自动装置可以简单地被装备成根据本发明的实验室自动装置，因为已经存在的吸移设备可以被用作具有相应的移动装置的样品处理设备。因此可以改装现有的系统，其方式是将根据本发明的检测设备与充电站集成。

上面已经描述了用于设计实验室自动装置的许多不同的措施。在实际上优选的实施例中，这些措施可以如下被组合。

流体样品包括生物分子，并且微量滴定板布置在处置室中用于接纳流体样品。检测设备包括两个用于用初级辐射照射流体样品的辐射源和用于接收源自流体样品的次级辐射的检测器（优选地硅光电二极管）。通过两个辐射源（优选地LED）以两种不同的波长（例如360nm和720nm）作为UV/Vis辐射产生初级辐射。检测设备被设计为荧光计。（可通过检测器采集的）次级辐射因此对应于流体样品的荧光发射。样品处理设备被设计为用于接纳和移交流体（以及（wie auch）流体样品）的吸移设备，并且接纳元件包括尖端锥体，其中检测设备包括与尖端锥体的形状相对应的连接端。移动装置可以在处置室的所有空间方向上移动。

附图说明

下面参照附图根据实施例更详细地阐述本发明。附图：

图1示出根据本发明的实验室自动装置的示意图；

图2示出根据本发明的实验室自动装置的另一实施例的示意图；

图3示出根据本发明的检测设备的使用的示意图；

图4示出对流体样品的照射的示意图；

图5示出根据本发明的接纳元件的示意图；

图6示出根据图5的尖端锥体的另一示意图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的实验室自动装置1的示意图。

用于处理流体样品的实验室自动装置1包括用于接纳流体样品的处置室10和布置在处置室10中的用于对流体样品执行至少一个处理步骤（至少分析流体样品）的样品处理设备6。

此外，移动装置4布置在处置室10中。移动装置4至少可以在处置室10的第一空间方向x上移动。在此，移动装置4与样品处理设备6连接（即样品处理设备6包括在移动装置4中），使得样品处理设备6可以借助于移动装置4在第一空间方向x上移动通过处置室10。

具有集成能量存储介质的用于分析流体样品的检测设备5可逆地紧固在样品处理设备6处。在此情况下，检测设备5是无线检测设备5。

此外，在处置室中布置有充电站2用于存放检测设备5和用于对能量存储介质充电。因此，在对流体样品进行分析之后，检测设备5可以从样品处理设备6被移除并且被引入到充电站2中。

能量存储介质优选地是电容器和/或蓄电池，所述电容器和/或蓄电池可以在充电站2中被充电。通过能量存储介质保证检测设备5的无线使用，因为所述检测设备可以至少暂时地在无外部电源连接的情况下被运行。

由此得出以下优点：检测设备5可以在无干扰性连接电缆的情况下在实验室自动装置1的处置室10中灵活地被移动。

此外，实验自动装置1包括电子控制装置3，所述电子控制装置与样品处理设备6、移动装置4和检测设备5信号连接。信号连接在此情况下通过虚线表明。

在运行状态下，控制装置3因此可以向样品处理设备6、移动装置4和检测设备5发送控制信号用于执行各种处理步骤。当然，控制装置3也可以从样品处理设备6、移动装置4和检测设备5接收信号。

在样品处理设备6和/或移动装置4的情况下，信号连接通过至控制单元3的电缆连接进行。在检测设备5的情况下，信号连接是无线的。因此，数据/信号传输通过作为传输介质的自由空间（空气或真空）进行。使用如蓝牙或WLAN之类的电磁辐射用于传输。

检测设备5由控制装置3控制，使得对布置在处置室10中的容器7的可预先给定的凹部70进行分析。在对流体样品进行分析之后，将所测量的数据从检测设备5传输给控制装置3用于评估。

图2示出根据本发明的实验室自动装置1的另一实施例的示意图，所述实验室自动装置1具有与根据图1的实验室自动装置1等效的结构。

然而，移动装置4附加地可以在处置室的与第一空间方向x正交的第二空间方向y上以及在处置室的与第一空间方向x和第二空间方向y正交的第三空间方向z上移动，使得检测设备5可以灵活地被移动到被设计为微量滴定板的容器7的不同凹部70。

在运行状态下，检测设备5因此可以借助于移动装置4在所有空间方向x、y、z上移动通过处置室10。尤其是，在对流体样品进行分析之后，可以使检测设备5从流体样品移动到充电站。此外，可以使检测设备5从第一流体样品移动到第二流体样品，并且可以使检测设备5从充电站移动到流体样品。

如果样品处理设备6是吸移设备6，则借助于吸移设备6和移动装置4不仅移动检测设备5，而且各种流体（以及（wie auf）流体样品）也可以被输送通过处置室10。

图3示出在根据本发明的实验室自动装置1中使用根据本发明的检测设备5的示意图。根据图3的实验室自动装置1具有与根据图1的实验室自动装置1等效的结构，然而移动装置4可以在所有空间方向上移动。此外，样品处理设备6集成到移动装置4中，以及充电站2集成到控制单元3中。

样品处理设备6包括用于接纳检测设备5的接纳元件60。

在状态A下，检测设备5处于充电站2中，并且检测设备5的能量存储介质被充电。

在状态B下，具有其接纳部60的样品处理设备6沿着第三空间方向z在检测设备5的方向上移动，使得检测设备5借助于接纳部60由样品处理设备6接纳。

在状态C下，利用移动装置4将检测设备5在第一空间方向x上从充电站2输送到位于容器7的凹部70中的流体样品71，并且借助于检测设备5分析流体样品71。流体样品71特别有利地通过凹部70的开口被分析/照射，而初级辐射51不必被引导穿过容器7的材料来从辐射源到达流体样品71。

为此，检测设备5包括用于用初级辐射51照射流体样品的集成辐射源和用于接收源自流体样品的次级辐射的集成检测器。

辐射源因此作为UV/Vis范围内、尤其是在190-800 nm、特别地365-720 nm的波长范围内的电磁辐射产生初级辐射。次级辐射尤其是由流体样品发射的电磁次级辐射，所述次级辐射通过初级辐射与流体样品的交互而感生。

检测器优选地被设计为硅光电二极管，并且辐射源被设计为LED（发光二极管）。

检测设备5被设计为用于测量荧光强度的荧光计。荧光计5测量在通过初级辐射51激发之后流体样品71的发射光谱（次级辐射）的强度和波长分布。

流体样品71优选地包括生物分子和溶剂。在此，荧光强度可以被用于确定生物分子的浓度。在此情况下可能使用用于生物分子的荧光标记。

图4示出流体样品71的照射的示意图。为此，如关于图3所描述的那样，荧光计5被用作检测设备5。

初级辐射51通过容器7的开口从上方直接被辐射到流体样品71上。

次级辐射52由集成在检测设备中的检测器接收。次级辐射52是由流体样品71发射的电磁次级辐射52，所述次级辐射52通过初级辐射51与流体样品的交互而感生。次级辐射52对应于流体样品71的荧光发射。

检测设备5可以包括两个用于用UV/Vis范围内的两个不同波长的初级辐射照射流体样品的辐射源。通过使用两个辐射源，通过第一辐射源产生具有第一波长（例如350-400nm）的第一初级辐射511，并且通过第二辐射源（优选地第二LED）产生具有第二波长（例如700-750nm）的第二初级辐射512。以共焦的方式分析流体样品，来自不同辐射源的初级辐射511、512的光路对准流体样品71中的共同焦点。

图5示出根据本发明的接纳元件60的示意图。

样品处理设备6被设计为用于接纳和移交流体的吸移设备6，并且接纳元件60包括用于接纳吸移管尖端8的头部61，其中检测设备5包括与头部61的形状相对应的连接端，使得检测设备5在运行状态下可以通过样品处理设备6被接纳，其方式是将头部61插入到相应的连接端中。

在此，头部61被设计为用于接纳吸移管尖端的尖端锥体61，其中连接端的形状与尖端椎体61的形状相对应。

图6示出根据图5的尖端锥体的另一示意图。

尖端锥体61被设计为使得所述尖端椎体在连接端65的方向上逐渐收尾，使得可以更简单地接纳检测设备5。

接纳元件60包括芯63，尖端锥体61紧固在所述芯63处，其中套筒62沿着尖端锥体的锥体轴线可移动地围绕芯布置，使得检测设备在运行状态下可以通过使套筒沿着锥体轴线K在尖端锥体61的方向上（在空间方向z上）移动而被推出。通过在所述移动时由套筒63施加到检测设备5上的压力可以将所述检测设备推出。从而，检测设备5可以再次被引入充电站中。

Claims (17)

1.一种用于处理样品（71）的实验室自动装置，所述实验室自动装置包括

用于接纳所述样品（71）的处置室（10）；

在所述处置室（10）的至少一个第一空间方向（x）上可移动地布置的移动装置（4）；

布置在所述处置室（10）中的用于分析所述样品（71）的分析单元（5），所述分析单元（5）能够通过所述移动装置（4）被接纳并且能够借助于所述移动装置（4）被移动到样品（71）；以及

电子控制装置（3），所述电子控制装置与所述移动装置（4）和所述分析单元（5）信号连接。

2.根据权利要求1所述的实验室自动装置，其中所述移动装置（4）包括用于对所述样品（71）执行至少一个处理步骤的样品处理设备（6），其中所述样品处理设备（6）包括用于接纳所述分析单元（5）的接纳元件（60），使得所述分析单元（5）能够在运行状态下借助于所述移动装置（4）被移动到所述样品（71）。

3.根据前述权利要求中任一项所述的实验室自动装置，其中所述分析单元（5）被设计为具有能量存储介质的无线分析单元（5），并且所述实验室自动装置（1）包括布置在所述处置室（10）中的用于存放所述分析单元（5）并且用于对所述能量存储介质进行充电的充电站（2）。

4.根据前述权利要求中任一项所述的实验室自动装置，其中所述分析单元（5）被设计为检测设备（5），所述检测设备包括用于用初级辐射（51）照射所述样品（71）的辐射源和用于接收源自所述样品（71）的次级辐射（52）的检测器。

5.根据权利要求4所述的实验室自动装置，其中所述检测器是二极管、尤其是硅光电二极管或真空光电二极管。

6.根据权利要求4或5所述的实验室自动装置，其中所述辐射源是氘灯、钨灯、卤素灯或LED。

7.根据权利要求4至6中任一项所述的实验室自动装置，其中所述检测设备（5）包括多个检测器和/或辐射源。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的实验室自动装置，其中所述分析单元被设计为用于进行光学温度测量的红外光度计和/或pH计和/或摄像机和/或超声波传感器和/或激光器和/或激光干涉仪和/或用于对所述处置室（10）进行局部去污的UVC单元。

9.根据权利要求3至8中任一项所述的实验室自动装置，其中所述能量存储介质是电容器和/或电池和/或蓄电池。

10.根据权利要求4至7中任一项所述的实验室自动装置，其中所述检测设备（5）是光度计、尤其是光谱仪、特别是荧光计。

11.根据前述权利要求中任一项所述的实验室自动装置，其中所述移动装置（10）能够在所述处置室（10）的与所述第一空间方向正交的第二空间方向（y）上以及在所述处置室（10）的与所述第一空间方向（x）和所述第二空间方向（y）正交的第三空间方向（z）上移动。

12.根据权利要求2至11中任一项所述的实验室自动装置，其中所述样品处理设备（6）被设计为用于接纳和移交流体的吸移设备（6），并且所述接纳元件（60）被设计用于接纳吸移管尖端。

13.一种用于利用实验室自动装置（1）处理样品（71）的方法，所述方法包括：

a）提供根据前述权利要求中任一项所述的实验室自动装置（1）；

b）将所述样品（71）引入到所述处置室（10）；

c）借助于所述移动设备（4）接纳所述分析单元（5）；

d）借助于所述移动装置（4）将所述分析单元（5）通过所述处理室（10）移动到所述样品（71）；

e）借助于所述分析单元（5）分析所述样品（71）。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述分析单元（5）被设计为无线检测设备（5），所述移动装置（4）包括所述样品处理设备（6），并且所述实验室自动装置（1）包括充电站（2），并且所述无线检测设备（5）借助于所述样品处理设备（6）的接纳元件（60）被接纳并且借助于所述移动装置（4）通过所述处理室（10）从所述充电站（2）被输送到所述样品（71）。

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法包括在对所述样品（71）进行分析之后借助于所述移动装置（4）将所述检测设备（5）通过所述处理室（10）从所述样品（71）移动到所述充电站（2）。

16.根据权利要求14或15所述的方法，所述方法包括借助于所述检测设备（5）的辐射源用初级辐射（51）照射所述样品（71）并且借助于所述检测设备（5）的检测器接收源自所述样品（71）的次级辐射（52）。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法包括根据所述次级辐射（52）确定所述样品（71）的浓度。

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