DE2257069A1

DE2257069A1 - Ladescheibe fuer eine fotometrische analysiervorrichtung

Info

Publication number: DE2257069A1
Application number: DE2257069A
Authority: DE
Inventors: Robert Leroy Coleman; Wayne Leon Maddox; Ii Wilbur Dotry Shults
Original assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Current assignee: US Atomic Energy Commission (AEC)
Priority date: 1971-11-30
Filing date: 1972-11-21
Publication date: 1973-06-07
Also published as: SE376800B; NO137132C; JPS4864976A; IT971324B; SU533342A3; DK147443C; JPS5418953B2; DK147443B; AT324024B; BE791935A; NL173888C; US3744974A; DE2257069C2; ES409111A1; NO137132B; FR2163134A5; CH549797A; GB1387192A; CA962854A; NL7215665A

Description

United States Atomic Energy Commission, Washington, D.C-, U.S.A.

Ladescheibe für eine fotometrische Analysiervorrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ladescheibe für eine fotometrische Analysiervorrichtung der Bauart mit rotierender Küvette.

Seit langem besteht in klinischen und analytischen Laboratorien ein Bedürfnis nach einem fotometrischen System, welches Analysen einer großen Anzahl diskreter Proben mit großer Geschwindigkeit ausführt. Qualitative und quantitative Messungen von Stoffwechselteilen , Hormonen, Vitaminen, Enzymen, Mineralen, Körperausscheidungsstoffen , Gallensaftbestandteilen, Mageninhaltsbestandteilen, usw. werden täglich in großen Anzahlen in solchen Laboratorien ausgeführt, und zwar sowohl bei der Diagnose einer Krankheit als auch zu Forschungszwecken. Eine Vorrichtung, die solche Messungen schnell, genau und billig ausführt, könnte Arbeitskräfte und Kosten sparen, wobei gleichzeitig bessere Ergebnisse erzielt werden. Bei den bereits bekannten Instrumenten werden im allgemeinen die Analysen nur in einer Reihenfolge nicht gleich-

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stoß, und im Falle der Analyse sehr kleiner Proben sind die Ergebnisse normalerweise nicht verläßlich.

Die in dem US Patent 3 555 284 beschriebene Vorrichtung verwendet eine zentral angeordnete Ladescheibe, um Flüssigkeitsproben und Reaktionsmittel vor dem Betrieb aufzunehmen. Um die Ladescheibe ist eine Ringanordnung von Küvetten angeordnet, um die Flüssigkeiten von der Ladescheibe aufzunehmen und sie zum Zwecke der fotometrischen Analyse aufzubewahren. Die Drehung der Ladescheibe und Küvetten hat zur Folge, daß die flüssigen Proben und Reaktionsmittel von der Ladescheibe aus in die Küvetten strömen, wo sie fotometrisch analysiert werden, während sich das gesamte System der Küvetten und Ladescheibe dreht.

Die in dem genannten US Patent beschriebene Ladescheibe weist drei konzentrische ringförmige Kammeranordnungen auf, wobei die Kammern in jeder Anordnung miteinander in Serie verbunden sind, und zwar mit entsprechenden Kammern in benachbarten Anordnungen. Die Drehung der Ladescheibe bewirkt, daß die Proben- und Reagenzflüssigkeiten in den beiden innersten Kammeranordnungen in die äußerste Kammeranordnung fließen, und von dort über einen Austrittskanal nach außen zu den entsprechenden Küvetten. Obwohl eine derartige Anordnung im allgemeinen zufriedenstellend arbeitet, erlaubt sie jedoch die gelegentliche kreuzweise Verunreinigung der Proben infolge eines durch die Beschleunigung hervorgerufenen überfließens von den offenen Kammern. Zudem ergeben sich durch die Serienanordnung der Kammern relativ niedrige Mischwirkungsgrade, da die Flüssigkeit von der radial am weitesten innen liegenden Kammeranordnung weiter/laufen muß, um die Küvetten zu erreichen, wobei die Flüssigkeit von der radial innen liegenden Kammeranordnung überholt werden muß, bevor der Mischvorgang auftreten kann. Da sich beide Flüssigkeiten in der gleichen Richtung bewegen, ist der Mischvorgang selbst dann nicht wirkungsvoll, nachdem die beiden Flüssigkeiten in Berührung sind. In einigen Fällen hat es sich als notwendig herausgestellt, den Mischvorgang dadurch zu verbessern, daß man zusätzliche Verfahren anwendet,

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wie beispielsweise das Einblasen von Luftblasen in die Küvetten.

Insbesondere sind bei den bekannten Ladescheiben keine genauen und wiederholbaren Messungen von kurzzeitigen zeitabhängigen Reaktionen möglich, wie beispielsweise bestimmten biologisch- und chemisch-lumineszenten Reaktionen; dies ist der Fall wegen der schlechten Mischwirkungsgrade.

Die Erfindung bezweckt die Ausbildung einer Ladescheibe für eine fotometrische Analysiervorrichtung derart, daß eine schnelle Mischung von Proben- und Reagenz-Flüssigkeiten erfolgt. Zudem sollen die einzelnen Proben keiner Kreuzverunreinigung infolge der Beschleunigung ausgesetzt sein= Wie sich aus dem folgenden, ergibt, soll auch das Laden, Mischen und der Transport einzelner Proben und Reagenzien zu den entsprechenden Küvetten erleichtert werden, wo die fotometrische Analyse ausgeführt wird.

Gemäß der Erfindung bildet die Ladescheibe eine Ringanordnung von Proben- und Reagenz-Kammern aus, wobei Paare benachbarter Kammern in der Anordnung jede Probenanalyseküvette versorgen. Jedes Paar benachbarter Kammern enthält gesonderte Volumen der Proben- und Reagenz-Flüssigkeiten, wenn sich die Ladescheine und der Küvettenrotor■im stationären Zustand befinden, während die Flüssigkeiten parallel dann abgegeben.werden, wenn Ladescheibe und Küvettenrotor sich drehen. Die Mischkammern für jedes Paar von Proben- und Reagenzkammern sind radial nach außen gegenüber den Proben- und Reagenzkammern angeordnet, und zwar auf Radien, die winkelmäßig zwischen den Kammern jedes entsprechenden Kammerpaares liegen. Dabei verbinden ferner gemäß der Erfindung erste Durchlässe oder Kanäle in paralleler Weise die Proben- und Reagenzkammern in jedem Kammerpaar mit den entsprechenden Mischkammern. Zweite Durchlässe oder Kanäle bilden Abflußvorrichtungen von den Mischkammern zu den entsprechenden Küvetten. Die Drehung der Ladescheibe und des Küvettenrotors bewirkt, daß die Flüssigkeiten in jedem Paar von Proben- und Reagenzkammern parallel .aus diesen Kammern austreten, und zwar durch die ersten Kanäle zu den Mischkammern, wo die Flüssigkeiten gemischt werden, worauf sie

dann durch die zweiten Kanäle zu den entsprechenden Probenanalyseküvetten für die fotometrische Analyse gelangen.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich insbesondere auch aus den Unteransprüchen.

Wie bereits erwähnt, ermöglicht die erfindungsgemäße Ladescheibe einen schnelleren Transport der Flüssigkeit zu den Probenanalyseküvetten, wobei ein höherer Mischwirkungsgrad erreicht wird und die Kreuzverunreinigung zwischen Proben vermieden ist. Darüber hinaus ist eine genauere, wiederholbarere und schnellere fotometrische Analyse bestimmter, nur kurze Zeit beständiger zeitabhängiger Reaktionen auf einer Routinebasis möglich.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 eine fotoinetrische Analysiervorrichtung mit der erfindungsgemäßen Ladescheibe;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Ladescheibe;

Fig. 3 eine Draufsicht auf die Ladescheibe der Fig. 2, wobei Teile weggeschnitten sind.

In der Zeichnung, vergleiche dazu zunächst Fig. 1, ist eine Analysiervorrichtung der Bauart mit rotierender Küvette dargestellt; diese Analysiervorrichtung weist eine gemäß der Erfindung ausgebildete Ladescheibe 1 auf, die vereinfacht und schematisch dargestellt ist. Eine pfannkuchenartige Rotoranordnung 2 weist einen mit Bolzen und Flansch versehenen Stahlrotorkörper 3, Glasringe 4 und 5, einen geschlitzten Polytetrafluoräthylen-Küvettenring 6, Polytetrafluoräthylen-Haltfringe 7 und 8 und einen durch Stahlbolzen verbundenen Flanschring 9 auf. Die Ringe 4, 5, 6, 7. und 8 sind zwischen dem Rotorkörper 3 und dem Flanschring 9 zusammengedrückt, um im geschlitzten Küvettenring 6 eine Vielzahl radial orientierter Küvetten 10 zu bilden. Im Rotor-

körper 3, den Haltringen 7 und 8 und dem Flanschring 9 sind mit Abstand angeordnete axial mit den Küvetten 1O ausgerichtete öffnungen ausgebildet, um auf diese Weise sich axial erstreckende Durchlässe vorzusehen, welche den Durchgang eines Lichtstrahls durch die Küvetten gestatten. Ein Motorantrieb 12 trägt die Rotoranordnung 2, und treibt sie auch während des Betriebs an.

Ferner ist eine fotometrische Lichtquelle sowie eine Projektionsvorrichtung vorgesehen, um einen Lichtstrahl konstanter Intensität durch die Rotoranordnung 2 zu schicken, und zwar an einem Punkt entsprechend den Radialstellungen der Küvetten 10 und Öffnungen 11. Der Lichtstrahl ist derart ausgerichtet, daß er durch jede öffnungen 11 und Küvette 10 durchläuft, wenn diese durch den Strahl hindurchgehen. Die fotometrische Lichtquelle weist eine Glühlampe 13 mit einem unterhalb der Rotoranordnung angeordneten Reflexionsspiegel 14 auf, wobei letzterer mit einem solchen Winkel angeordnet ist, daß das Licht nach oben im wesentlichen senkrecht zur Rotordrehebene reflektiert wird«, Ein Handgriff 15 ist in der Mitte der Ladescheibe 1 eingeschraubt, damit diese leicht aus der Rotoranordnung 2 entfernt werden kann.

Oberhalb der Rotoranordnung 2 ist eine, elektronische Fotodetektorvorrichtung 16 angeordnet, die so ausgerichtet ist, daß sie das durch die Küvetten während der Drehung hindurchgehende Licht aufnimmt. Die Fotodetektorvorrichtung 16 spricht elektronisch an, und zwar mit einer Ausgangsgröße, die proportional zu der Intensität des durch die Küvetten übertragenen Lichtes ist. Die Fotodetektorvorrichtung 16 weist eine direkt oberhalb des Küvettenkreises angeordnete Fotovervielfacherröhre auf, um sämtliches durch die axial ausgerichteten Öffnungen nach oben übertragenes Licht aufzunehmen.

Die weiteren elektronischen Bauteile sind schematisch in Fig. 1 dargestellt: Ein Proportional-Tachometer 17, das ein zur Rotordrehzahl (Geschwindigkeit) proportionales Spannungssignal an einen Sägezahngenerator 18 liefert, der seinerseits ein Signal für einen Impulstaster 19 erzeugt. Ein Umdrehungsdetektor 20

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synchronisiert die Sägezahnsignalfrequenz mit der Rotdrdrehzahl. Der durch die Sägezahnsignalgeneratorfrequenz synchronisierbare Impulstaster 19 spricht in proportionaler Weise auf Impulse von der Fotodetektorvorrichtung 16 an und sortiert die von dort kommenden Impulse nach ihrer Herkunft. Eine Impulsspitzenauslesevorrichtung 21 zeigt kontinuierlich und gleichzeitig die Lichtdurchlässigkeit der Flüssigkeitsinhalte in jeder Küvette an. Die elektronischen Bauteile 16-21 sind im einzelnen in dem US Patent 3 514 613 beschrieben.

Aus den mehr ins einzelne gehenden Fig. 2 und 3 erkennt man, daß die Übertragungsscheibe 1 eine transparente ringförmige Kunststoffabdeckplatte 22 aufweist, die mit einem Polytetrafluoräthylenkörperteil 23 verschraubt ist. Die übertragungsspheibe ist - wie in Fig. 3 gezeigt - mit einer Vielzahl zahnartiger Vorsprünge 24 versehen, die mit entsprechenden Ausnehmungen im Küvettenring 6 zusammenpassen und so eine Relativbewegung zwischen der Scheibe und Rotoranordnung 2 verhindern. Eine kreisförmige Anordnung länglicher Proben- und Reagenz-Aufnahmekammern 25 (nur zwei von dreissig sind gezeigt) sind in die Oberseite des Körperteils 23 eingearbeitet, und zwar längs Radien, die sich vom Rotationszentrum der Scheibe und Rotoranordnung aus erstrecken. Die Abdeckplatte 22 deckt die Kammern 25 - wie gezeigt - nicht vollständig ab, so daß eine Füllöffnung 26 am innersten radialen Ende jeder Kammer vorgesehen ist. Die radial am weitesten aussen liegende Wand 27 jeder Kammer 25 ist ungefähr 15 gegenüber der Vertikalachse der Scheibe geneigt, um beim Drehen der Scheibe um ihre Achse das Ausströmen aus den Kammern zu erleichtern. Erste Kanäle 28 erstrecken sich vom oberen Aussenumfang eines Paares von Kammern 25 aus zu einer Mischkammer 29 in der Form eines im allgemeinen zylindrischen Hohlraums, der um ungefähr 5° gegenüber der Vertikalachse der Scheibe geneigt ist. Die Neigung der Mischkammer 29 erleichtert die Strömung der gemischten Probe und des Reagenz zum Boden der Kammer, von wo aus es durch sich radial erstreckende zweite Durchlässe 30 in die Probenanalyseküvetten 10 gelangt.

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Es wird bevorzugt, daß - wie in Fig. 3 gezeigt - die ersten Durchlässe (Kanäle) 28, welche ein Paar von Proben- und Reagenzkamraern. 25 mit einer Mischkammer 29 verbinden, die Mischkammer 29 dicimetral entgegengesetzt durchstoßen, um die Proben- und Reagenzmischung zu erleichtern. Die Parallelstrümung der Proben- und Reagenz-Flüssigkeiten von dem Paar der Kammern 25 aus bewirkt, daß die beiden Flüssigkeiten bei Ihrem Eintritt in die Mischkammer 29 von entgegengesetzten Seiten aus gegeneinander gerichtet sind, wodurch eine schnelle und vollständige Mischung der Probe mit dem Reagenz erreicht wird, bevor sie in eine Küvette zur fotometrischer Analyse gelangen. ' .

Wie bereits einleitend erwähnt, ist die schnelle Mischung von Reagenzien und Proben insbesondere bei bestimmten nur kurze Zeit beständigen biologischen und chemischen lurnineszierenden Reaktionen wichtig. Ein Beispiel für die Zweckmäßigkeit der vorliegenden Erfindung ist die chemisch lumineszierende Reaktion beim Probenverfahren für Adenosintriphosphat (ATP). Diese Bestimmung ist von großer Wichtigkeit deshalb, weil ATP als das primäre Energie.überträgungszwischenglied bei der Synthese neuen Zellmaterials dient. Die Extraktion und darauffolgende Untersuchung von ATP ist somit ein wichtiges Erfordernis bei der Auswertung der biologischen Aktivität in lebenden Organismen. Bei der Verwendung der erfindungsgemäßen Ladescheibe und einer Drehküvette gemäß Fig. 1 werden die Reagenzien Luciferase und Luciferin mit den Testproben gemischt, wobei sich bei der Anwesenheit von ATP Lichtimpulse ergeben. Wenn, wie in diesem. Falle, die Reaktion selbst zu messender: Licht erzeugt, wird die in Fig. 1 gezeigte Lichtquelle und Projektionsvorrichtung nicht verwendet, da die Fotodetektorvorrichtung 16 nur das durch die Reaktion selbst erzeugte Licht messen soll.

Vorstehend wurde nur ein Ausführungsbeispiel zur Illustration der Erfindung beschrieben. Diese Tatsache soll jedoch nicht im be- :;n].)i:ankern"!' η Γ.inn verstandnn V/ordon. Beispielsweise kann die L,io'::;che.i Ik: m.i L ηϊ nor größcrc-n oder kleineren Anzahl von Kammer·- jüujrf-π 7.ur 7,vi.rnahuir; der Proboii-· und Reagenz-Flüssigkeiten ausgo-

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stattet sein, wobei diese Kammern von der gezeigten Form abweichen können. Die relativen Größen der Kammern zur Aufnahme der Proben- und Reagenzflüssigkeiten können auch geändert werden, und zwar abhängig von den Relatiwolumen der für die interessierenden Reaktionen erforderlichen Proben- und Reagenzflüssigkeiten,

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Claims

Patentansprüche

/ΐ.JLadescheibe für eine fotometrische Lösungsanalysiervorrichtung, wobei die Scheibe zentral innerhalb eines Küvettenrotors angeordnet ist und eine Ringanordnung von Probenanalyseküvetten enthält , um Mischungen aus Proben und Reagenzien an die Küvetten zu liefern, und wobei schließlich die Ladescheibe eine Anordnung von Aufnahmekammern bildet, die bei stationärer Ladescheibe zur Aufnahme und Aufbewahrung flüssiger Proben und eines Reagenz dient, während die Proben und Reagenzien bei Drehung der Ladescheibe abgegeben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekammern (25) in einer einzigen Ringanordnung vorgesehen sind, wobei die Ladescheibe (1) ferner eine Ringanordnung von Mischkammern (29) bildet, die radial nach aussen gegenüber den Aufnahme-' kammern auf winkelmäßig, zwischen den Aufnahmekammern liegenden Radien angeordnet sind, und daß eine Vielzahl erster Durchlässe (28) Paare der Aufnahmekammern (25) parallel mit den entsprechenden Mischkammern (29) verbinden, und daß schließlich eine Vielzahl zweiter Durchlässe (30) die Mischkammern (29) mit den entsprechenden Probenanalyseküvetten in dem Küvettenrotor verbinden.
2. Ladescheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Durchlässe oder Kanäle (28) Paare der Aufnahmekammern (25) mit entsprechenden Mischkammern verbinden, die auf diametral entgegengesetzten Seiten offen sind.
3. Ladescheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammern (29) im allgemeinen zylindrische Hohlräume sind, die bezüglich der Achse des scheibenförmigen Teiles geneigt verlaufen.
4. Ladescheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmekammern (25) längliche, radial orientierte Hohlräume besitzen.

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5. Ladescheibe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die in Radialrichtung am weitesten aussen liegende Wand (27) jeder Kammer (25) ungefähr 1!
läuft.

fähr 15 gegenüber der Vertikalachse der Scheibe geneigt ver-
6. Ladescheibe nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Kanäle (28) vom oberen Aussenumfang eines Paares der Kammern (25) ausgehen und sich zu einer Mischkammer (29) hin erstrecken, welche in Form eines zylindrischen Hohlraums ausgebildet ist, der ungefäl
neigt ist.

der ungefähr 5 gegenüber der Vertikalachse der Scheibe ge-
7. Ladescheibe insbesondere nach Anspruch 1, welche mittig in einem Küvettenrotorgehäuse angeordnet ist, und wobei eine Ringanordnung von Probenanalyseküvetten vorgesehen ist, um Mischungen der Proben und Reagenzien an die Küvetten zu liefern, dadurch gekennzeichnet, daß ein scheibenförmiger Körper eine Ringanordnung länglicher radial orientierter Hohlräume bildet, die nach einer Seite des Körpers offen sind, während eine Kreisanordnung von zylindrischen Mischkammern radial außerhalb, aber konzentrisch mit der Kreisanordnung der Hohlräume vorgesehen ist, und wobei schließlich der scheibenförmige Körper eine Vielzahl erster Kanäle (28) bildet, die zwischen den Hohlräumen in der Kreisanordnung von Hohlräumen und den Mischkammern verlaufen und Paare dieser Hohlräume parallel mit einzelnen Mischkammern verbinden, und zwar derart, daß Paare der ersten Durchlässe die Mischkammern an deren entgegengesetzt liegenden Seiten schneiden, wobei ferner der scheibenförmige Körper eine Vielzahl zweiter Durchlässe (29) bildet, welche die Mischkammern mit den entsprechenden Probenanalyseküvetten im Kuvettenrotor verbinden, und daß schließlich eine ringförmige Abdeckplatte an dem scheibenförmigen Körper befestigt ist, so daß die Kreisanordnung der Hohlräume teilweise überdeckt wird.

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