DE1598877B2

DE1598877B2 -

Info

Publication number: DE1598877B2
Application number: DE1598877A
Authority: DE
Inventors: Michel Neuilly-Sur-Seine Auphan; Jean Reine Hauts-De-Seine Perilhou
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1966-04-05
Filing date: 1967-04-01
Publication date: 1975-08-21
Also published as: NL6704684A; FR1493438A; DE1598877A1; GB1159867A; BE696530A; US3490876A

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum selbsttätigen Analysieren einer Flüssigkeitsprobe, mit rohrförmigen Probebehältern, bei der diese Behälter parallel zueinander und nebeneinander auf einem bewegbaren Band angebracht sind, dessen Bewegungsrichtung zur Längsrichtung der Behälter senkrecht ist. Eine solche Vorrichtung läßt sich unter anderem für die automatische Analyse der chemischen Hauptbestandteile des Blutes (Harnstoff, Glucose, Cholesterol, Natrium, Kalium, usw.) unter Anwendung minimaler Probemengen anwenden. Es ist von Bedeutung, diese Analyse mit einem Mindestmaß an menschlicher Hilfe durch eine Vorrichtung vollführen zu lassen.

Ein selbsttätiger Analysator ist bereits in der FR-PS 1115431 beschrieben, wobei die zu analysierenden Flüssigkeitsmuster aus einer Flasche in Rohre gepumpt und verdünnt werden, wobei aufeinanderfolgende Muster durch eine Luftblase voneinander getrennt sind. Die verdünnten Muster werden einem Dialysator zugeführt und werden längs einer Membrane geführt, längs deren auf der anderen Seite ein Reagens fließt, das durch Luftblasen in den Mustern entsprechende Teile aufgeteilt ist. Die nicht diffundierenden Bestandteile der Muster werden entfernt, und der heraustretende Strom wird zur Analyse einem Meßwerk, z. B. einem Flüssigkeitskolorimeter, zugeführt.

Eine solche Vorrichtung hat jedoch Nachteile. Die Identifizierung des Musters ist kritisch, und da die Trennung durch Luftblasen nicht tadellos ist, können die Muster sich gegenseitig beeinflussen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Analysiervorrichtung anzugeben, in der die Flüssigkeitsanalyse völlig selbsttätig und sehr genau vor sich gehen kann, während eine einwandfreie Trennung der Proben gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Behälter Rohre aus biegsamem Material sind, daß Mittel vorgesehen sind, durch welche in geeigneter Reihenfolge mittels Formveränderung der Rohrwand die zur Analyse notwendigen Stoffe dem Rohr zuführbar sind und daß eine Einrichtung zur Analyse der Proben mittels Kolorimetrie vorgesehen ist.

Auch aus der US-PS 29 67 633 ist bereits eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff bekannt. Allerdings sind die Probenbehälter keine Rohre aus biegsamem Material, und dementsprechend sind auch keine Mittel zur Formveränderung der Rohrwand vorgesehen.

Die Mittel zur Formveränderung der Rohrwand bestehen vorzugsweise aus einer Anzahl von Reihen von Drucktasten, die parallel zu den Rohren angebracht sind, die je einem feststehenden, parallel zu der Reihe angeordneten Teil zugeordnet sind, daß die Anzahl von Drucktastenreihen mindestens gleich der Anzahl der in die Proben einzuführenden Hilfsflüssigkeiten ist, daß das Band derart bewegbar ist, daß jedes Rohr nacheinander vor jeder Reihe zwischen den Drucktasten und dem feststehenden Teil stillsteht, und daß eine Programmiervorrichtung zur Betätigung der Drucktasten vorgesehen ist.

Weitere Aus- oder Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen 3 bis 6 dargelegt.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung näher erläutert, in der

F i g. 1 eine Vorrichtung zur Aufnahme von Blut für Analysierung,

F i g. 2 eine automatische Analysiervorrichtung,

F i g. 3 eine Ausführungsform eines Kolgorimeters zur Anwendung in dieser Vorrichtung,

F i g. 4 ein Filter zum Unterbringen in einem Rohr dieser Vorrichtung zeigt.

Die weiter unten zu beschreibende Vorrichtung dient insbesondere für die Analyse eines oder mehrerer Bestandteile des Bluts einer Anzahl von Patienten. Beispielsweise wird die Analyse von Glucose im Blut gewählt.

Für alle chemischen oder physikalischen Reaktionen wird das gleiche, biegsame Rohr 1 aus Kunststoff, vorzugsweise Silikongummi benutzt, welcher Stoff den chemischen Mitteln Widerstand leisten kann. Jedes Rohr hat einen sehr geringen Durchmesser, so daß der Inhalt des Rohres sehr klein ist und dadurch für jeden Patienten und für jede Analyse ein gesondertes Rohr verwendet werden kann.

Vor dem Anfang der Analyse werden die Rohre 1 auf einem Band 2 z. B. aus Kunststoff angebracht; nach Beendigung der Analyse können das Band und die Rohre weggeworfen werden.

Je nach den Verhältnissen können die Rohre unmittelbar vor der Analyse oder vor der Aufnahme der erforderlichen Blutmenge auf dem Band festgeklebt werden. Wenn die gleiche Analyse für alle Patienten durchgeführt werden soll (z. B. Glucosegehalt) kann das Band mit den Rohren zunächst beim Aufnehmen der Proben der verschiedenen Patienten benutzt werden. Das Band wird dann in eine Vorrichtung nach F i g. 1 eingeführt.

Das Band 2 verläuft über zwei Rollen 3 und 4, deren Oberflächen mit Zähnen 5 versehen sind, die in gleichen Abständen voneinander liegen und in öffnungen 6 des Bandes passen. Diese öffnungen 6 befinden sich zwischen den Rohren 1. Das Band 2 bewegt sich schrittweise und wird stets um einen Abstand gleich dem zwischen zwei Rohren verschoben, wobei nacheinander jedes der Rohre 1 zwischen einer Reihe von Drucktasten 7 und einem gegenüberliegenden, feststehenden Teil z.B. einer Metallplatte zum Stillstehen kommt. Der feststehende Teil ist nicht dargestellt, aber es ist ersichtlich, daß bei Vorwärtsbewegung jeder der Tasten 7 das Rohrl zugedrückt wird. Der untere Teil jedes Rohres wird durch eine Nadel 8 gebildet, welche den Finger des Patienten durchbohrt, worauf das Blut automatisch durch Saugwirkung in dem Rohr hochkommt. Die Saugwirkung entsteht, wenn die Drucktasten in einer vorherbestimmten Reihenfolge wirksam gemacht werden. Sie drücken zunächst das Rohr an dem gegenüberliegenden feststehenden Teil zu, worauf sie in die ursprüngliche Lage zurückkehren.

Der untere Teil eines Rohres enthält ein Filter 9, so daß sofort nach dem Ansaugen das Blut durch das Filter gedrückt wird. Um Erstarrung des Bluts zu vermeiden, wird eine kleine Menge Anti-Gerinnungsmittel vorher an der Stellen der Verbindung zwischen der Nadel und dem Rohr angebracht. Die Berechnung und Programmierung sind derart ausgeführt, daß nach dem Filtrieren etwa 1 μΐ Plasma zur Verfügung steht.

Zur Durchführung einer Anzahl verschiedener Analysen für denselben Patienten wird eine entsprechende Anzahl von Rohren mit Blut gefüllt und in diesem Falle können die Rohre auf einem vorläufigen Band festgeklebt werden. Nachher können die für eine gleiche Analyse bestimmten Rohre verschiedener Patienten auf dem gleichen Band festgeklebt werden, so daß jedes Band lediglich Rohre für die gleiche Analyse enthält.

Die Analysiervorrichtung nach F i g. 2 dient zur weiteren Untersuchung; soweit möglich, sind die gleichen Einzelteile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Das Band 2 mit den Rohren 1, die dann die aufgenommenen Mengen Blut z. B. zum Feststellen des Glucosegehaltes enthalten, ist in der Vorrichtung über die gezahnten Rollen 3 und 4 geführt.

Das Band verschiebt sich schrittweise längs einer Anzahl aufeinanderfolgender Reihen von Drucktasten, die gegenüber nicht dargestellten, feststehenden Teilen angeordnet sind. In einer Vorrichtung zur Analyse von Glucose im Blut beträgt die Anzahl von Drucktastenreihen vier, die in F i g. 2 mit 10, 11, 12, 13 bezeichnet sind. Diese Anzahl kann in einer Vorrichtung zur Durchführung anderer Analysen größer sein; zum Feststellen des Glucosegehaltes sind nur vier Reihen notwendig.

Der Abstand zwischen zwei benachbarten Drucktastenreihen ist gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Abstandes zwischen zwei benachbarten Rohren. In F i g. 2 sind die ersten drei Reihen von Drucktasten 10, 11, 12 gegenüber nebeneinanderliegenden Rohren 1 angebracht.

Die erste Reihe 10 dient zum Verdünnen des Plasmas in einem Rohr mit einer wäßrigen Salzlösung oder einem anderen geeigneten Produkt. Die Reihe besitzt ein nicht dargestelltes Schneidglied und neun Drucktasten 101 bis 109. In der Zeichnung sind nur die oberste (109) und die unterste (101) Drucktaste mit Bezugszeichen versehen; die dazwischenliegenden Drucktasten tragen die Bezugszeichen 102 bis 108. Die Wirkungsweise dieser Reihe wird beispielsweise näher beschrieben, aber weiter unten wird diese nicht für alle Reihen erläutert, da alle Vorgänge durch angemessene Einstellung der verschiedenen Drucktasten durchgeführt werden können. Die Drucktasten werden z. B. durch Elektromagneten in Bewegung versetzt und durch eine Programmiervorrichtung gesteuert. Das Rohrl ist hinreichend biegsam, damit beim Festdrücken des Rohres gegen den feststehenden Teil das Rohr zugedrückt wird. Zum Verdünnen in einem ersten Vorgang wird eine Menge Plasma genau bestimmt: Die Drucktaste 101 über dem Filter 9 ist in der mit F bezeichneten Lage, in der das Rohr zugedrückt ist. Über der Flüssigkeit wird durch das Eindrücken der vier Drucktasten 106, 107, 108, 109 entsprechend dem Programm ein Unterdruck erzeugt:

F: 101, F: 101, F: 101, F: 101, F: 101, F: 101, F: 101, F: 101, F: 101,

106

106.107 107

107.108 108

108.109 109

106,109 106

Der Zyklus wird verschiedene Male wiederholt, bis die Flüssigkeit aufwärts geführt ist und die Reihenfolge der Verschiebungen der Drucktasten endet mit:

F: 101,109
F: 109

wodurch der atmosphärische Druck das Plasma bis zu der Taste 109 aufwärts drückt. Darauf werden die Drucktasten 105, 104,103 und 102 wirksam gemacht entsprechend dem Programm:

F: 105,109

F: 104,105,109

F: 103,104,105,109

F: 102,103,104,105,109

An dem Ende dieses Programmes ist die überschüssige Flüssigkeit weggedrückt, worauf der untere Teil des Rohres 1 längs der Drucktaste 101 durch ein Schneidglied abgeschnitten wird. Das Rohrl enthält dann die genau bestimmte Menge Plasma von 1 μΐ. Darauf wird unten an dem Rohr ein Behälter 15 angebracht, der mit einer verdünnten, wäßrigen Salzlösung gefüllt ist. Indem die Drucktasten 102, 103, 104 und 105 gemäß dem untenstehenden Programm betätigt werden, wird eine Menge Wasser gleich der gespeicherten Menge Plasma eingesaugt:

F: 101,102,103,104,105,109

F: 102,103,104,105,109

F: 103,104,105,109 F: 104,105,109

F: 101,105,109

F: 101,109

20

Das Plasma und die Salzlösung können gemischt werden, indem die Drucktasten entsprechend dem nachfolgenden Programm betätigt werden:

F: 101,103,105,107,109
F: 101,102,104,106,109
F: 101,103,105,107,109
F: 101,104,106,108,109

welches Programm nach einigen Wiederholungen endet mit:

F: 109

F: 105,109

Wenn der Behälter mit der Salzlösung zurückgezogen ist, wird die überschüssige Salzlösung aus dem Rohr gemäß dem Programm:

F: 104,105,109

F: 103,104,105,109 F: 102,103,104,105,109

F: 101,102,103,104,105,109

entfernt.

Das Plasma wird auf diese Weise mit einem Faktor 2 verdünnt und, wenn der Vorgang viermal durchgeführt wird, kann eine Verdünnung mit einem Faktor 16 erzielt werden, wodurch eine zur kolorimetrischen Messung gut geeignete Dosierung erhalten wird.

Das Band, das während einer hinreichend langen Zeit stillgestanden hat, um die verschiedenen Vorgänge an jedem Rohr gegenüber einer Reihe von Drucktasten durchzuführen, wird wieder schrittweise bewegt, während die Flüssigkeit durch Kapillarwirkung in den Rohren gehalten wird. Zur größeren Sicherheit können die Rohre mittels einer Quetschvorrichtung geschlossen werden, die an dem unteren Teil der Rohre angreift, oder mittels einer elastischen Einschnürung.

Die zweite Reihe von Drucktasten 11 dient zum Ansaugen des ersten Reagenses aus einem Behälter 16, gleich dem Behälter 15, zum Austreiben oder Entfernen von Protein. Die Wirkungsweise ist gleich wie bei der Reihe 10; auch die Reihe 11 hat neun Drucktasten 111 bis 119. Das erste Reagens ist auf Basis von Natriumchlorid und Kaliumcyanid. Drei Teile des Reagenses sollen auf einen Teil des verdünnten Plasmas einwirken: dies erfolgt in zwei Reihen von Vorgängen; bei der ersteren entsteht ein Gemisch aus gleichen Teilen, während bei der zweiten ein Mischverhältnis von einem Teil des verdünnten Plasmas und drei Teilen des Reagenses erhalten wird. Auch hier wird Unterdruck erzeugt, um die Bildung von Luftblasen zu verhüten, welche die Dosierung stören könnten. Das Austreiben erfolgt darauf, indem die Flüssigkeit durch das Filter 17 geführt wird, das eine hinreichende Feinheit hat, um das Protein zurückzuhalten. Dieses Filter ist unmittelbar über der 9. Drucktaste angeordnet. Das erhaltene Gemisch aus Plasma und Reagens wird durch das Filter 17 gemäß einem geeigneten Programm geführt. Dieses Austreiben ist jedoch nicht für alle Dosierungen notwendig.

Der nach dem Austreiben von Protein nutzlose Teil des Rohres wird wie vorstehend beschrieben abgeschnitten. Die dritte Reihe von Drucktasten 12 dient zum Einführen des zweiten Reagenses aus einem Behälter 18 ähnlich wie vorstehend beschrieben ist. Dieser Behälter enthält ein Gemisch aus Alkaliferrocyanid und Kaliumchlorid in einem Verhältnis von 1:1 mit dem vorhandenen Produkt. Für die kolorimetrische Messung soll mindestens 4 mm³ des Gemisches zur Verfügung stehen. Die Reihe 12 enthält daher 18 Tasten, aber die Programmierung der Vorgänge ist im wesentlichen gleich.

Die Genauigkeit der Analyse ist abhängig von der Genauigkeit der Dosierung der Mengen Blut, Plasma und Reagens. Es ist daher wichtig, bei jeder Verdünnung mit gleichen Mengen vorzugehen, auch wenn der Vorgang verschiedene Male wiederholt werden muß. Es lassen sich in dieser Weise alle Verhältnisse erzielen, die einer höheren Potenz von 2 proportional sind, und die Konzentrationen der Reagenzien werden dementsprechend gewählt. Um das Gemisch gleicher Mengen genau zu verarbeiten, werden Vorkehrungen getroffen, stets das gleiche Volumen des Rohres 1 für die Messung zu benutzen, welches Volumen durch das freie Volumen gegenüber einer Anzahl von Drucktasten in der Lage 0 zwischen zwei Drucktasten in der Lage F bedingt wird.

Bei bestimmten Dosierungen kann es nützlich sein, eine Temperaturregelung durchzuführen, nachdem die Reagenzien eingeführt sind, um die kolorimetrische Messung durchführen zu können: Das Band 2 mit den Rohren wird dann durch einen Behälter mit einer Temperatur von 35° C geführt, wo jedes Rohr etwa 15 Minuten gehalten wird. Das Band durchläuft darin eine Zickzackbahn. Die beiden Enden der Rohre werden vorher durch die Quetschmittel oder durch Einschnürung geschlossen.

Vor dem Eintritt in das Kolorimeter wird das Band gedreht, da der Strahl nach unten durchtreten soll, und die Rohre mit einem Mundstück 19 am oberen Teil versehen sind. Durch die Drehung verläuft das Band schraubenlinienförmig.

Im gedrehten Zustand passiert jedes Rohr 1 eine Reihe 13 von 18 Drucktasten: 9 Drucktasten 1310 bis 1318 dienen zum Aufbewahren des Reaktionsproduktes und die anderen 9 Drucktasten 131 bis 139 dienen zum Pumpen einer bestimmten Menge Flüssigkeit, mit denen das zum Messen sehr kleiner Mengen geeignete Kolorimeter geeicht wird. Es wird z. B. ein Strahlkolorimeter nach F i g. 3 verwendet, in dem ein Flüssigkeitsstrahl 20, der direkt oder indirekt

von einer Quelle 21 belichtet wird, auf eine durchsichtige Platte 22 gerichtet wird, die vor einem Lichtmeßwerk 23 angeordnet ist. Zwischen jeder Messung wird die Platte automatisch gewaschen. Die Reihe von Vorgängen ist folgende: Alle Tasten 131 und 1318 stehen in der Lage F, um das Produkt zurückzuhalten. Die Quetschmittel werden weggenommen, und das Mundstück 19 wird in einen nicht dargestellten Wasserbehälter getaucht. Das Wasser wird darauf in geeigneter Weise durch Programmierung der Bewegungen der Tasten 131 bis 139 aufgesaugt und dann in das Kolorimeter gedrückt. Hat der Wasserstrahl seine maximale Stabilität erreicht (der Augenblick ist berechnet und programmiert), wird die Lichtquelle 21 z. B. eine Blitzlichtlampe, eingeschaltet, worauf die von dem Photometer aufgefangene Menge Licht nach Umwandlung in ein Digitalsignal in einem magnetischen Speicher gespeichert wird. Die Analysierflüssigkeit verläuft darauf in dem Rohr und wird durch Inbetriebnahme der Drucktasten 1310 bis 1318 entsprechend einem bestimmten Programm schnell ausgetrieben. Das Photometer ergibt eine zweite Messung, wobei das Resultat aufgezeichnet wird wie vorstehend beschrieben ist. Der in einer Rechenmaschine erhaltene Quotient der beiden Resultate ergibt das Resultat der Analyse durch Vergleich zu Ziffern von Standardmustern, die gelegentlich in den Analysierzyklus aufgenommen werden.

F i g. 4 zeigt beispielsweise ein Filter zur Anwendung im Innern der Rohre 1, z. B. Filter 9 und 17.

Dieses Filter hat einen Zylinder 24 aus gesintertem Material mit einem den Außendurchmesser der Rohre überschreitenden Durchmesser. Das Filter wird im Inneren der Rohre an einer geeigneten Stelle mittels

ίο einer besonderen Maschine angebracht, weiche die Rohre mit Wasser unter Hochdruck füllt, so daß das Rohr sich ausdehnt und sein Innendurchmesser größer wird als der Durchmesser des Filters, das darauf bequem eingeführt werden kann.

Es sind verschiedene Abarten in bezug auf die Elemente: Rohre, Filter, Kolorimeter und Drucktasten möglich. Die Drucktasten lassen sich elektromagnetisch oder pneumalisch betätigen, und dann ist die Vorrichtung mit einem Kompressor versehen. Die Programmiervorrichtung wird durch einen Zylinder mit angemessenen Nuten gebildet, der sich in einer Hülle dreht, die öffnungen aufweist, welche mit den Zylindern der Drucktasten verbunden sind. Die Preßluft wird durch andere Öffnungen zugeführt und die Stelle der Nuten des Zylinders bestimmt die Lagen F und O der Drucktasten.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

509534/154

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum selbsttätigen Analysieren einer Flüssigkeitsprobe, mit rohrförmigen Probebehältern, bei der diese Behälter parallel zueinander und nebeneinander auf einem bewegbaren Band angebracht sind, dessen Bewegungsrichtung zur Längsrichtung der Behälter senkrecht ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter Rohre (1) aus biegsamem Material sind, daß Mittel (10,11, 12,13) vorgesehen sind, durch welche in geeigneter Reihenfolge mittels Formveränderung der Rohrwand die zur Analyse notwendigen Stoffe dem Rohr (1) zuführbar sind und daß eine Einrichtung zur Analyse der Proben mittels Kolorimetrie vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anzahl von Reihen (10, 11, 12, 13) von Drucktasten (101 bis 109, 111 bis 119, 121 bis 129, 131 bis 1318) parallel zu den Rohren (1) angebracht sind, die je einem feststehenden, parallel zu der Reihe angeordneten Teil zugeordnet sind, daß die Anzahl von Drucktastenreihen (10, 11, 12, 13) mindestens gleich der Anzahl der in die Proben einzuführenden Hilfsflüssigkeiten ist, daß das Band (2) derart bewegbar ist, daß jedes Rohr (1) nacheinander vor jeder Reihe (10, 11, 12, 13) zwischen den Drucktasten und dem feststehenden Teil stillsteht, und daß eine Programmiervorrichtung zur Betätigung der Drucktasten vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (1) in gleichen Abständen voneinander angeordnet sind und daß der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Drucktastenreihen (10, 11, 12, 13) gleich einem ganzzahligen Vielfachen des Abstandes zwischen zwei Rohren (1) ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Rohr (1) eine Anzahl in seiner Längsrichtung hintereinander angeordneter Filter (9, 17) enthält, die gleich der Anzahl bei der Analyse durchzuführender Filtrierungen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Abschneiden des abgearbeiteten Rohrteils nach jeder Filtrierung vorgesehen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) längs zwei Rollen (3, 4) läuft, die von der Programmiervorrichtung schrittweise bewegt werden.