DE2260153A1

DE2260153A1 - Verfahren und vorrichtung zur durchmischung eines aus mehreren fluessigkeiten zusammengebrachten fluessigkeitsvolumens

Info

Publication number: DE2260153A1
Application number: DE2260153A
Authority: DE
Inventors: Bernard Lichtenstein
Original assignee: Technicon Instruments Corp
Current assignee: Bayer Corp
Priority date: 1971-12-13
Filing date: 1972-12-08
Publication date: 1973-07-05
Also published as: IT969622B; DE2260153C3; FR2163483B1; DE2260153B2; BE792113A; JPS4866895A; CH546094A; FR2163483A1; US3752443A; AU4798172A; AU460038B2; CA956303A; NL7214185A; GB1389092A

Description

Fcienionwälie

Dr-Ing. Wilhelm Roicliel
Dipl-Ing. Wolfgang ßöichel

6 Frankfurt a. M. 1
Parksöaße 13

723Q

TECHNICON INSTRUMENTS CORPORATION, Tarrytown, N.Y. VStA

Verfahren und Vorrichtung zur Durchmischung eines aus mehreren Flüssigkeiten zusammengebrachten Flüssigkeitsvolumens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Durchmischung eines aus mehreren Flüssigkeiten zusammengebrachten Flüssigkeitsvolumens durch Aktivierung von in dem Flüssigkeitsvolumen suspendierten magnetischen Teilchen, die einem sich drehenden Magnetfeld ausgesetzt werden. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem drehbaren Magneten, dessen Drehachse in der Mitte zwischen den beiden Polen stets senkrecht auf der die Magnetpole verbindenden Magnetpolachse steht, und mit einem Stützkörper, der das Flüssigkeitsvolumen mit den suspendierten magnetischen Teilchen auf der Drehachse des Magneten unterstützt. 309827/073 4

Ein Verfahren und eine Vorrichtung der beschriebenen Art sind aus der DT-OS 2 058 973 grundsätzlich bekannt. Diese bekannte Anordnung findet vor allem in klinischen Laboratorien Anwendung. Die aktivierten magnetischen Teilchen werden dabei zum einen zur gleichmäßigen und vollständigen Durchmischung von zwei zusammengebrachten Flüssigkeiten, beispielsweise einer Probe und eines Reagenzmittels, und zum anderen als Reaktionsintensivierungsmittel benutzt. Diese beiden Anwendungsmöglichkeiten der aktivierten magnetischen Teilchen können beispielsweise bei Gerinnungsversuchen an menschlichem Blut zur Bestimmung der Prothrombinzeit oder Teilthromboplastinzeit zusammenfallen, wie es in der obengenannten DT-OS beschrieben ist.

Bei der erwähnten bekannten Vorrichtung wird ein verschiebbares Band benutzt, auf dem an vorgegebenen Stellen Flecken aus Eisenoxid in Form von undurchsichtigen magnetisierten Teilchen aufgebracht sind. Diese Flecken können sich in auf dem Band durch ein Thermoverfahren ausgebildeten Behältern oder aber auch auf der ebenen Bandoberfläche befinden. Die Jetzt.auf dem Band befindlichen, getrockneten Eisenoxidteilchen waren ursprünglich in einem wasserlöslichen Mittel suspendiert. Die Untersuchung der Blutplasmaproben wird in den Behältern auf dem durchsichtigen Band vorgenommen. Zu diesem Zweck werden an vorgegebenen Stellen das Blutplasma und das Reaktionsmittel in den Behälter gegeben. Das Band befördert dieses Gemisch zu einer optischen Nachweiseinrichtung. Die magnetischen Teilchen werden in der jetzt in dem Behälter befindlichen Lösung erneut suspendiert, und das Gemisch wird bei einer Temperatur von etwa 37 _t 5 ⁰C für etwa eine Minute inkubiert. Durch Aktivierung der magnetischen Teilchen mit einem sich drehenden Dauermagneten wird das Plasma mit den magnetischen Teilchen durchmischt. Bei der Zugabe des endgültigen Reaktionsmittels werden die optische Nachweiseinrichtung und ein Taktgeber eingeschaltet1 Durch

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die Aufrechterhaltung des magnetischen Drehfelds wird eine ständige Durchmischung erreicht. Die sich bildende Suspension soll sich der optischen Nächweiseinrichtung als undurchsichtig mit einer gleichförmigen Trübung darstellen. Diese Trübung hängt von der Verteilung der Eisenoxidteilchen abi Bei der Bildung von Fibrin aus dem in dem Plasma vorhandenen Fibrinogen wird die zuvor trübe Suspension schlagartig durchsichtig, da die sich bildenden Fibrinfasern die magnetischen Eisenoxidteilchen einfangen und zu einem kleinen Klümpchen zusammenballen. Das bedeutet, daß sich das Fibrin und alle Teilchen zu einer kleinen Masse vereinigen, so daß die zuvor trübe und undurchsichtige Suspension Jetzt durchsichtig wird. Die optische Nachweiseinrichtung stellt diese Änderung in der optischen Eigenschaft der beobachteten Suspension fest und hält den Taktgeber an. Daraufhin wird die vom Einschalten bis zum Abschalten des Taktgebers vergangene Zeit ausgedruckt.

Die erfolgreiche Durchführung des beschriebenen Verfahrens hängt u.a. von der Genauigkeit ab, mit der die optische Nachweiseinrichtung das Ende der Reaktion, also die Bildung von Fibrin feststellt. Falls vor der Bildung von Fibrin während des Durchmischens die magnetischen Teilchen in der Probe nicht gleichförmig verteilt sind, wird dadurch nicht nur die vollständige Durchmischung der Probe nachteilig beeinflußt, sondern gleichzeitig keine gleichförmige ■ Trübung erzielt. Eine ungleichförmige Trübung kann zur Folge haben, daß die optische Nachweiseinrichtung den Taktgeber zu einem falschen Zeitpunkt, im allgemeinen zu früh abschaltet.

Dieses Problem tritt im allgemeinen nicht auf, wenn man die Konzentration der Eisenoxidteilchen in der Probe verhältnismäßig hoch wählt, wie es beispielsweise bei der bekannten Vorrichtung nach der DT-OS 2 058 973 der Fall ist. Es hat sich Jedoch gezeigt, daß verhältnismäßig hohe Konzentratio-

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hen der Eisenoxidteilchen bei der Bestimmung der Prothrombihzeit eine nachteilige Wirkung ausüben. Wenn man nun die Konzentration der Eisenoxidteilchen in der Probe herabsetzt, um irgendwelche Störungen bei der Bestimmung der Prothrömbinzeit zu vermeiden» bewirkt das sich drehende Magnetfeld bei der Wiedersuspensiön der magnetischen Teilchen in der Lösung, daß sich die Teilchen unter der Einwirkung der Zentrifugalkraft und sonstiger Strömungskräfte in der Flüssigkeit ungleichmäßig verteilen* so daß zum einen keine vollständige Durchmischung dei* Flüssigkeit erzielt und zum anderen bereits vor dem Endzeitpunkt der Reaktion der Taktgeber durch die optische Nachweiseinrichtung abgeschaltet wird, da infolge einer ungleichmäßigen Verteilung der magnetischen Teilchen die Suspension keine gleichförmige Trübung zeigt«

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einem sich aus mehreren Flüssigkeiten zusammensetzenden Flüssigkeitsvolumen magnetische Teilchen vollkommen gleichmäßig zu verteilen, um eine vollständige Durchmischung des Flüssigkeitsvolumens zu erzielen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das eingangs beschriebene Verfahren nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß praktisch rechtwinklig und zentrisch zu dem genannten ersten Magnetfeld ein zweites Magnetfeld derart erzeugt wird, daß sich ein Teil des zweiten Magnetfelds in das erste Magnetfeld erstreckt und sich diesem überlagert, und daß das Flüssigkeitsvolumen in den Uberlagerungsbereich der beiden Magnetfelder gebracht wird.

Das zweite Magnetfeld wirkt den durch das sich drehende erste Magnetfeld auf die magnetischen Teilchen ausgeübten Zentrifugal- und Strömungskräften entgegen, so daß sich in dem FlUssigkeitsvolumen eine vollkommen gleichmäßige Verteilung der magnetischen Teilchen einstellt. Dadurch 1st es auch mög-

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lieh, mit einer verhältnismäßig geringen Konzentration von Eisenoxidteilchen eine vollkommen gleichförmige Trübung des Flüssigkeitsvolumens zu erreichen.

Die eingangs beschriebene Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Magnet vorgesehen ist, dessen Magnetpolachse mit der Drehachse des genannten ersten Magneten zusammenfällt und dessen einer Magnetpol näher bei dem Flüssigkeitsvolumen als dessen anderer Magnetpol angeordnet ist, und daß der Stützkörper derart angebracht ist, daß das Flüssigkeit svolumen sowohl von dem Magnetfeld des ersten als auch des zweiten Magneten durchsetzt wird.

Die durch den ersten drehbaren Magneten auf die magnetischen Teilchen ausgeübte Wirkung, nämlich eine Wanderung der magnetischen Teilchen von der Mitte des Flüssigkeitsvolumens zu dessen Rand infolge der auftretenden Zentrifugalkraft, wird durch das Feld des zweiten Magneten kompensiert, so daß sich in dem gesamten Flüssigkeitsvolumen eine vollkom- ■ men gleichmäßige Verteilung der magnetischen Teilchen einstellt. Dadurch ist eine vollständige Durchmischung des Flüssigkeitsvolumens und ggf. auch eine vollständige Reaktion zwischen einzelnen Flüssigkeitsanteilen des Flüssigkeitsvolumens gewährleistet. Darüberhinaus zeigt das Flüssigkeitsvolumen infolge der gleichmäßigen Verteilung der magnetischen Teilchen eine gleichmäßige Trübung, was bei den oben erwähnten Gerinnungsversuchen von großer Bedeutung ist, da dadurch eine genaue Bestimmung des Endzeitpunkts der Reaktion durch die optische Nachweiseinrichtung ermöglicht wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand von Figuren beschrieben. Es zeigen:

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Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer nach der Erfindung ausgebildeten Mischvorrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf ein durch ein Band unterstütztes Flüssigkeitsvolumen, in dem durch Verwendung eines in herkömmlicher Weise mit einem einzigen, nichtdargestellten Magneten erzeugten magnetischen Drehfeldseine ungleichmäßige Verteilung der magnetischen Teilchen auftritt , und zwar entsprechend einem ersten typischen Muster,

Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Draufsicht,bei der unter Anwendung des Standes der Technik die magnetischen Teilchen entsprechend einem zweiten typischen Muster ungleichmäßig verteilt sind,

. Fig. 4 eine der Fig. 2 ähnliche Draufsicht, bei der unter Anwendung des Standes der Technik die magnetischen Teilchen entsprechend einem dritten typischen Muster ungleichmäßig verteilt sind,

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein Flüssigkeitsvolumen, das infolge einer gleichförmigen Verteilung der magnetischen Teilchen undurchsichtig ist, und

Fig. 6 eine der Fig. 2 ähnliche Draufsicht, die eine nach der Erfindung erzielte gleichförmige Verteilung der magnetischen Teilchen darstellt, wie es bei dem in der Fig. 5 gezeigten undurchsichtigen Flüssigkeitsvolumen der Fall ist.

Eine in der Fig. 1 dargestellte magnetische Mischvorrichtung weist als eines der grundsätzlichen Bauelemente einen Magneten 10 auf, bei dem es sich beispielsweise um einen stabförmigen Dauermagneten handeln kann. Als magnetischer Werkstoff kommt beispielsweise Alnico 5 in Frage, und der Ma-

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ghest 10 kann einen Durchmesser von etwa 12*7 mm und eine Länge von etwa 73 mm haben. Von den Magnetpolien an den Stabenden gehen zahlreiche magnetische Kraftlinien aus-_t von denen zwei typische Linien 12 und 14 dargestellt sind,- Die Längsachse des Magneten 10 ist horizontal ahgeO^dnet» und an dem Magneten ist eine senkrecht ausgerichtetie Welle 16 befestigt» mit der dem Magneten eine Drehbewegung mitgeteilt werden kann und die möglichst genau in der Mitte zwischen den Magrietpolen angeordnet isti Der Magnet wird über die Welle 16 mit irgendeiner herkömmlichen Antriebseinrichtung angetrieben, beispielsweise mit einem Elektromotor 18-, um ein magnetisches Drehfeld zu erzeugen.

In einem kurzen Abstand über dem Magneten 10 ist ein ortsfester Stützkörper 20 angeordnet, der ein zu mischendes Flüssigkeitsvolumeh trägt. Der Stützkörper 20 kann zum Unterstützen des zu mischenden Flüssigkeitsvolümens irgendeine passende Gestalt haben. Bei dem gezeigten Ausführürigsbeispiel weist der Stützkörper 20 eine ebene obere Oberfläche auf, auf der das Flüssigkeitsvolumen in Form eines Tröpfchens 22 ruht. Das Tröpfchen 22 enthält mehrere zu mischende Flüssigkeiten und zahlreiche suspendierte magnetische Teilchen. Die Teilchen sind magnetisierbar und können beispielsweise aus Eisenoxid bestehen. Die Teilchen haben im allgemeinen eine unrunde Gestalt mit einer Hauptabmessung in der Größenordnung von beispielsweise 0,40 bis 0,60 /um. Die magnetischen Teilchen können beispielsweise auch aus Kobalt oder Nickel bestehen.

Der Mittelpunkt des dargestellten Tröpfchens 22 fällt mit der Drehachse des Magneten 10 zusammen. Es sei erwähnt, daß die dargestellte magnetische Kraftlinie 14 im Durchschneidungsbereich des Tröpfchens 22 im wesentlichen flach verläuft. Im Bereich des Tröpfchens ist dieser ebene flache Verlauf auch erwünscht, um zu vermeiden, daß das Magnetfeld

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in dem Tröpfchen 22 senkrechte komponenten aufweist.

Der bisjetzt beschriebene Aufbau der MischVörrichiung ist seiher grundsätzlichen Art nach aus der DT-OS 2 058 973 bekannt. Wie die bekannte Mischvorrichtung so Wird auch die hier beschriebene Vorrichtung vorzugsweise z'iM fiöstimmen der Koagulationsgeschwindigkeit von menschlichen Blutproben eingesetzt. Die Bestimmung dieser besonderen Koagulationsgeschwindigkeit umfaßt auch die Bestimmung der Prothrbmbinzeit.

Bei diesem als Beispiel gedachten Anwendungsbereich Weist der das zu analysierende FlUssigkeitströpfchen 22 tragende Stützkörper 20 einen starren, in horizontaler Richtung langgestreckten Streifen 24 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff auf. Der Streifen 24 ist von hinreichender Masse, so daß er die Funktion eines Wärmeleitkörpers übernehmen kann. Dicht bei der unteren Oberfläche des Streifens 24 ist eine elektrische Heizwicklung angeordnet, die dem als Wärmeleitkörper dienenden Streifen 24 Wärme zuführt. Vorzugsweise wird der Streifen 24 auf einer konstanten Temperatur von etwa 37,5 ⁰C gehalten. Der Streifen 24 weist eine ebene obere Oberfläche auf, in deren mittleren Bereich ein Spiegelelement 26 eingesetzt ist, das bündig mit der Oberfläche des Streifens abschließt. Das Spiegelelement 26 erstreckt sich über den Rand des Tröpfchens 22 hinaus.

Auf dem Stützkörper 20 befindet sich ein Band aus einem durchsichtigen und flexiblen Werkstoff, bei dem es sich beispielsweise um Mylar handeln kann. Das Band 28 unterstützt das Tröpfchen 22 direkt über dem als Wärmeleitkörper dienenden Streifen 24 und dem Spiegelelement 26. Die untere Oberfläche des Bandes liegt somit direkt auf dem Streifen und im Bereich des Tröpfchens 22 direkt auf dem Spiegelelement 26. Das Band 28 weist in Längsrichtung des Bandes ver-

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setzte Behälter 30 auf,.die unter Anwendung von Wärme in dem Band ausgebildet sein können. Jeder der Behälter 30 enthält mehrere zu vermischende Flüssigkeiten. Die Behälter 30 können aber auch weggelassen werden, um die Wärmeübertragung zwischen dem Streifen 24 und den von dem Band getragenen Flüssigkeitsvolumen zu verbessern. Das bedeutet, daß die obere Oberfläche des Bandes 28 vollkommen eben sein kann und dennoch für die Flüssigkeitsvolumen ein geeignetes Trägermittel darstellt.

In jedem der Behälter 30 befindet sich ein nicht dargestellter Flecken aus Eisenoxid oder einem ähnlichen Werkstoff, der während der Herstellung des Bandes darin eingebracht und getrocknet wurde. Dies ist bereits aus der DT-OS 2 058 973 bekannt. Im Gegensatz zu dieser bekannten Anordnung ist jedoch die Menge der Eisenoxidteilchen in jedem Behälter 30 wesentlich geringer. Bei der Herstellung des Bandes für die bekannte Vorrichtung kann das auf dem Band aufgebrachte Reaktionsintensivierungsmittel aus einer Suspension von etwa 50 g magnetischer Eisenoxidteilchen auf 100 ml einer Trägerlösung bestehen. Wenn die hier beschriebene Vorrichtung zur Blutuntersuchung eingesetzt wird, besteht das in ähnlicher Weise auf das Band aufgebrachte Reaktionsintensivierungsmittel aus einer Suspension, die weniger als 40 g magnetischer Eisenoxidteilchen auf 100 ml der Trägerlösung enthält.

Wie die zur Blutuntersuchung dienende, bekannte Vorrichtung nach der DT-OS 2 058 973 kann die hier beschriebene Anordnung mit der magnetischen Mischeinrichtung zur Bestimmung der Prothrombinzeit eine schrittweise betätigte Antriebseinrichtung zum Antrieb des Bandes 28 in Richtung der in der Fig. 1 dargestellten Pfeile, eine Probenabgabesonde 32 an einer ersten Abgabestation über der dargestellten Bahn des Bandes und eine Reaktionsmittelabgabesonde 34 an einer zweiten Abgabestation über der Bahn des Bandes 28 enthalten.

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Ferner ist über dem Band eine Lichtquelle in Form einer Lampe 36 vorgesehen, deren Lichtstrahlen an einer dritten Station über dem Spiegelelement 26 auf das Tröpfchen 22 treffen. Eine fotoelektrische Einrichtung in Form einer Fotozelle 38 arbeitet mit der Lampe, dem Tröpfchen 22 und dem Spiegelelement 26 unter dem Tröpfchen zusammen.

Die bisjetzt geschilderte Betriebsweise der Vorrichtung entspricht der Betriebsweise nach der DT-OS 2 058 973. Dabei sind allerdings die zuvor auf dem Band aufgebrachten Mengen des Reaktionsinterisivierungsmittels verschieden. Dies braucht hier jedoch nicht im einzelnen dargelegt zu werden. Es genügt die Feststellung, daß das Band 28 in einer solchen Weise vorgeschoben wird, daß zunächst einer der Behälter auf dem Band unter die erste Station gelangt, also genau mit der Probenabgabesonde 32 ausgerichtet ist, die eine genau vorgegebene Menge einer Blutplasmaprobe dem bereits in dem Behälter 30 befindlichen Reaktionsintensivierungsmittel zugibt. Dadurch findet eine schnelle Wiedersuspension des Reaktionsintensivierungsmittels statt, und zwar mit Hilfe des vorn erwähnten magnetischen Drehfelds, das die Durchmischung der Blutplasmaprobe mit dem Reaktionsintensivierungsmittel fördert, wobei ein undurchsichtiges trübes Gemisch entsteht. Es sei erwähnt, daß an dieser Stelle das Gemisch unter dem Einfluß des als Wärmeleitkörper dienenden Streifens 24 steht.

Nach Ablauf einer der Probeninkubation dienenden, vorbestimmten Zeitspanne wird das Band 28 derart weitergeschoben, daß der Behälter 30 von der ersten zur zweiten Station gelangt, bei der er mit der Abgabesonde 34 vollkommen ausgerichtet ist. Die Abgabesonde 34 gibt eine genau vorgegebene Menge eines Thromboplastinreaktionsmittels an das in dem Behälter befindliche trübe Gemisch ab, um mit der Koagulationsreaktion zu beginnen. Dabei kommt dem magnetischen Dreh-

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feld die Wirkung zu, mit Hilfe der magnetischen Eisenoxidteilchen die Durchmischung der Probe mit dem Thrömböplästinreäktiönsmittel zu fördern. Das Von der Abgäbesbride 34 abgegebene Thrömböplastinreaktionsmittel kann an der zweiten Station durch Zugabe von Calciumchlorid verdünnt Werden. Mail kann aber auch das Calciumchlorid dem Gemisch an einer hachfolgertden, nichtdärgestellten Station zugeben. Nach der Zugabe des Reaktiohsmittels wird das Band derart weiterbewegt, daß der betrachtete Behälter zu der dritten Station gelangt und dort angehalten wird. Das in Form des Tröpfchens 22 vorliegende Gemisch befindet sich dann in der in der Fig. 1 dargestellten Lage. Jetzt werden die Fotozelle 38 und ein Taktgeber eingeschaltet.

In der jetzt eingenommenen Stellung fällt der Mittelpunkt des Probengemischs, also des Tröpfchens 22, mit dem Mittelpunkt des magnetischen Drehfelds praktisch zusammen. Sobald der Endzeitpunkt der Prothrombinzeit bzw. der Koagulationsreaktion erreicht ist, tritt in dem bis dahin trüben Tröpfchen eine schlagartige Veränderung einer optischen Eigenschaft des Probengemischs auf. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die sich drehenden magnetischen Eisenoxidteilchen die entstehenden Fibrinfasern sehr schnell praktisch "in der Mitte des Gemische sammeln. Dadurch wird das zuvor undurchsichtige trübe Gemisch praktisch schlagartig durchsichtig, so daß jetzt das von der Lampe 36 ausgestrahlte Licht durch das Tröpfchen 22 und über das Spiegelelement 26 zur Fotozelle 38 gelangen kann. Das dabei von der Fotozelle 38 abgegebene Signal bewirkt, daß die Prothrombinzeit der interessierenden Blutplasmaprobe ausgedruckt wird. Die beschriebene Arbeitsweise der Vorrichtung wird kontinuierlich fortgeführt, bis alle einer Reihe von Blutproben von verschiedenen Patienten analysiert sind.

Während jeder dieser Versuche und vor der Erzeugung des Fibrins in der behandelten Probe "bewegt das magnetische Feld

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des sich drehenden Magneten 10 die magnetischen Teilchen in der behandelten Probe praktisch um die Drehachse des Magneten 10, so daß auf die magnetischen Teilchen eine Zentrifugalkraft einwirkt, die diese Teilchen vom Mittelpunkt des Gemischs nach außen zu treiben versucht. Wenn man nun die Anzahl der magnetischen Teilchen in den behandelten Proben aus den vorn angeführten Gründen vermindert, hat dies zur Folge, daß unter den vorn beschriebenen Bedingungen die Konzentration der Teilchen in der behandelten Probe nicht mehr gleichförmig ist, so daß die behandelte Probe an einer oder mehreren Stellen durchsichtig wird. Diese Durchsichtigkeit der behandelten Probe aufgrund einer ungleichmäßigen Trübung hat die Wirkung, daß die Fotozelle 38 bereits zu Beginn der Koagulationsreaktion hinreichend viel Licht empfängt, um daraufhin ein Signal abzugeben, das dann den Taktgeber zu früh abschaltet und zu einem falschen Testergebnis führt.

Eine solche mangelhafte Verteilung der magnetischen Teilchen in der behandelten Probe ist beispielsweise in der Fig. 2 dargestellt. Bei diesem typischen gezeigten Muster ist ein durch die Mitte der behandelten Probe führender Streifen in Form einer Strömung 40 vorhanden, die aus durchsichtigen Flüssigkeitsanteilen besteht. Eine solche Umverteilung stellt sich unter der Einwirkung des magnetischen Drehfelds infolge einer Pumpwirkung auf gewisse magnetische Teilchen ein, die sich in dem Gemisch zusammengeballt haben. Ein weiteres Muster einer ungleichmäßigen Wiederverteilung der magnetischen Teilchen ist in der Fig. 3 dargestellt. Bei diesem Beispiel haben sich die magnetischen Teilchen unter der Wirkung des magnetischen Drehfelds vom Mittelpunkt der behandelten Probe nach außen bewegt, so daß der gesamte mittlere Bereich der Probe, wie es an der Stelle 42 gezeigt ist, durchsichtig ist. Ein weiteres übliches Muster einer ungleichförmigen Verteilung der magnetischen Teilchen ist in der Fig. 4 gezeigt. Diese Verteilung wird ebenfalls unter der Einwirkung eines

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magnetischen Drehfelds in einer' behandelten Probe hervorgerufen. Bei diesem Beispiel bildet der durchsichtige Bereich einen Ring 44 um den Mittelpunkt der behandelten Probe, so daß der Eindruck eines Zielscheibenpunktes erweckt wird.

Die in den Figuren 2, 3 und 4 dargestellten Wiederverteilungen der magnetischen Teilchen sind mit dem Mangel behaftet, daß die behandelte Probe bereits vor dem Endzeitpunkt der durch die fotoelektrische Einrichtung zu überwachenden Reaktion keine gleichförmige Trübung zeigt. Eine erwünschte gleichmäßige Trübung der behandelten Probe infolge einer gleichförmigen Verteilung der magnetischen Teilchen ist an der Stelle 46 in der Fig. 5 dargestellt. Diese gleichmäßige Trübung wird durch eine gleichförmige Verteilung der magnetischen Teilchen hervorgerufen, wie es schematisch in der Fig. ,6 gezeigt ist. '

Um die gewünschte gleichmäßige Trübung der behandelten Probe vor dem Endzeitpunkt der Reaktion sicherzustellen, also eine gleichförmige Verteilung der magnetischen Teilchen entspre-^ chend der Fig. 6 zu erzielen, weist die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung einen weiteren Magneten 48 auf, bei dem es sich ebenfalls um einen stabförmigen Dauermagneten handeln kann. Die Achse des Magneten 48 ist senkrecht angeordnet, und seine Pole sind in senkrechter Richtung gegeneinander versetzt, wie es dargestellt ist. Das von dem Magneten 48 ausgehende magnetische Feld ist in senkrechter Richtung ausgerichtet. In der Fig. 1 sind zwei typische Kraftlinien 50 und 52 eingezeichnet.

Der Magnet 48 kann beispielsweise aus Alnico 5 hergestellt sein und einen Durchmesser von 6,5 mm und eine Länge von 32 mm haben. Die Achse des Magneten 48 soll mit der Drehachse des Magneten 10 zusammenfallen, und der Abstand des unteren Pols des Magneten 48 von der oberen Oberfläche des

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Bandes 28 soll etwa dem Abstand der oberen Oberfläche des Magneten 10 von der oberen Oberfläche des Bandes entsprechen. Bei einer praktischen Ausführungsform beträgt dieser Abstand etwa 10 mm. Wie es aus der Zeichnung deutlich hervorgeht, erstreckt sich das Magnetfeld des Magneten 48 in das behandelte Probentröpfchen 22 auf dem Stutzkörper 20 und durchschneidet auch das magnetische Feld des Magneten 10, um sich diesem Magnetfeld zu überlagern.

Die Enden des Magneten 48 ragen aus den entsprechenden Enden einer Stützhülse 54 aus einem nichtmagnetischen Werkstoff hervor. Der Magnet 48 ist in der Hülse 54 in üblicher Weise befestigt. Wie es aus der Fig. 1 hervorgeht, weist die Hülse 54 ein Außengewinde auf. Weiterhin ist die Hülse 54 mit einem gerändelten radialen Flansch 56 versehen, der zusammen mit der übrigen Hülse einstückig hergestellt sein kann. Die den Magneten 48 tragende Hülse 54 ist mit ihrem Außengewinde in eine öse 58 eingeschraubt, die sich in waagrechter Richtung von einem ortsfesten Befestigungsarm 60 erstreckt, der zu seiner Befestigung mit geeigneten Befestigungsmitteln 62 entsprechende Ansätze aufweist.

Der Magnet 48 kann somit in senkrechter Richtung verstellt werden, um den magnetischen Gradienten seines Magnetfelds im Bereich des von dem Stützkörper 20 getragenen Flüssigkeitsvolumens zu erhöhen oder zu vermindern. Der Magnet kann somit auf den Stützkörper und das Flüssigkeitsvolumen zubewegt oder von diesen Teilen wegbewegt werden. Diese Einstellung geschieht durch manuelles Drehen des gerändelten Flansches 56 der Hülse 54 in der einen oder anderen Richtung. Der Magnet 48 wird vorzugsweise in senkrechter Richtung in eine solche Lage gebracht, daß der magnetische Gradient seines Magnetfelds in dem Bereich der zu mischenden Flüssigkeiten von einer solchen Stärke ist, daß die erzeugten magnetischen Zentrierkräfte groß genug sind, um der Nei-

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gung der magnetischen Teilchen, unter dem Einfluß des magnetischen Drehfeldes des Magneten 10 in der Lösung von der Mitte zum Rand des Flüssigkeitsvolumens zu wandern, wirksam zu begegnen. Wenn es in der Praxis aus irgendeinem Grund erwünscht ist, in dem mittleren Bereich des Flüssigkeitsvolumens eine höhere Trübung als im Randbereich zu erzielen, kann man den Magneten 48 derart einstellen, daß die vertikale Komponente seines Magnetfelds im Bereich des Flüssigkeitsvolumens Kräfte hervorruft, die die Neigung des magnetischen Drehfelds, die magnetischen Teilchen nach außen zu drängen, aufhebt, so daß jetzt die magnetischen Teilchen die Neigung haben, in die Mitte des Flüssigkeitsvolumens zu wandern.

Aus dem vorstehenden geht hervor, daß der Aufbau und die Anordnung der Magneten 10 und 48 derart getroffen sind, daß ihre vereinigten magnetischen Felder eine praktisch gleichförmige Verteilung der magnetischen Teilchen in den zu mischenden Flüssigkeiten bewirken. Dabei werden die Flüssigkeiten durch die Wirkung des einen der Magneten durch dessen Drehfeld gemischt, und die vereinigte Wirkung der magnetischen Felder fördert diese Durchmischung und ist der auf die magnetischen Teilchen einwirkenden Zentrifugalkraft entgegengerichtet, so daß diese Teilchen nicht mehr die Neigung haben, vom Mittelpunkt des Flüssigkeitsvolumens nach außen zu wandern. Infolge der Wirkung der beiden vereinigten magnetischen Felder kann man die Konzentration der zum Durchmischen dienenden magnetischen Teilchen herabsetzen, und dennoch in dem Flüssigkeitsvolumen eine vollkommene Trübung erzielen, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist* Diese gleichmäßige Trübung wird auch bei herabgesetzter Konzentration der magnetischen Teilchen durch die vollkommen gleichförmige Verteilung der Teilchen in der Löung erzielt.

Obwohl das beschriebene Ausführungsbeispiel auf die aufeinanderfolgende automatische Bestimmung der Prothrombinzeiten zahlreicher Blutplasmaproben gerichtet ist, kann diese An-

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Ordnung auch für andere Zwecke eingesetzt werden. So kann man beispielsweise auch die Teilthromboplastinzeit von Blutplasmaproben bestimmen, um dann im einzelnen Aufschlüsse darüber zu erhalten, warum die Blutgerinnungszeit eines Patienten unbefriedigend ist. Ferner ist es bei geringer Abwandlung der beschriebenen Vorrichtung möglich, mit ihr die Fibrinolyse von geronnenen Blutplasmaproben zu bestimmen. Durch weitere geringfügige Abwandlungen kann man mit der beschriebenen Vorrichtung in zahlreichen anderen Flüssigkeiten als Blutplasmaproben den Endzeitpunkt einer polymerisa tionsartigen Reaktion bestimmen, der mit einer abrupten Änderung in der Viskosität verbunden ist. So ist es beispielsweise möglich, die beschriebene Vorrichtung zum Bestimmen des Endzeitpunkts der Ausflockungsreaktion zu verwenden, wie sie beispielsweise beim Schwangerschaftstest angewendet wird.. Ferner kann man den Endzeitpunkt einer Agglutinationsreaktion bestimmen, die zum Nachweis der rheumatischen Arthritis verwendet wird.

Schließlich sei noch erwähnt, daß der das Band 28 unterstützende Stutzkörper andersartig ausgestaltet sein kann. So kann der Stützkörper beispielsweise entsprechend einem al-

teren Vorschlag die Form einer Bandkassette mit einer Platte annehmen, auf der das Band entlangläuft. Darüberhinaus ist es nicht erforderlich, daß das zu mischende Flüssigkeitsvolumen, das bei dem beschriebenen Ausfuhrungsbeispiel als FlUssigkeitstropfen dargestellt ist, von einem Band oder dgl. unterstützt wird. Man kann beispielsweise das Band 28 weglassen, so daß das Flüssigkeitsvolumen direkt auf der oberen Oberfläche des Spiegelelements 26 ruht.

Die beschriebene Vorrichtung weist somit einen Stützkörper für ein zu mischendes Flüssigkeitsvolumen auf, in dem zahlreiche magnetische Teilchen suspendiert sind, eine Einrichtung zum Bewirken einer Bewegung der magnetischen Teilchen

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gegenüber dem Flüssigkeitsvolumen, wobei infolge dieser Bewegung die magnetischen Teilchen die Neigung haben, sich an einer oder mehreren Stellen in dem Flüssigkeitsvolumen zu sammeln, und eine außerhalb des Flüssigkeitsvolumens angeordnete Einrichtung, die einen auf die magnetischen Teilchen einwirkenden magnetischen Feldgradienten erzeugt, der der oben angegebenen Sammeineigung der magnetischen Teilchen entgegenwirkt und damit für eine gleichförmige Verteilung der Teilchen in dem Flüssigkeitsvolumen sorgt. Die Einrichtung zum Bewirken der Bewegung der magnetischen Teilchen in dem Flüssigkeitsvolumen löst eine Drehbewegung der Teilchen um eine Drehachse aus. Durch diese Drehbewegung wird eine Zentrifugalkraft auf die magnetischen Teilchen ausgeübt. Die Einrichtung zum Erzeugen des magnetischen Feldgradienten gleicht die auf die Teilchen einwirkende Zentrifugalkraft aus. Die Einrichtung zum Bewirken der Drehbewegung der magnetischen Teilchen in dem Flüssigkeitsvolumen weist einen sich drehenden Magnetfeldgradienten auf, der von einem Magneten erzeugt wird, dessen Drehachse in der Mitte zwischen den beiden Polen durch den Magneten geht.

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Claims

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Patentansprüche

rl J Verfahren zur Durchmischung eines aus mehreren Flüssigkeiten zusammengebrachten Flüssigkeitsvolumens durch Aktivierung von in dem Flüssigkeitsvolumen suspendierten magnetischen Teilchen, die zu diesem Zweck einem sich drehenden Magnetfeld ausgesetzt werden, dadurch gekennzeichnet, daß praktisch rechtwinklig und zentrisch zu dem genannten ersten Magnetfeld ein zweites Magnetfeld derart erzeugt wird, daß sich ein Teil des zweiten Magnetfelds in das erate Magnetfeld erstreckt und sich diesem überlagert, und daß das Flüssigkeitsvolumen in den Überlagerungsbereich der beiden Magnetfelder gebracht wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einem drehbaren Magneten, dessen Drehachse in der Mitte zwischen den beiden Polen stets senkrecht auf der die Magnetpole verbindenden Magnetpolachse steht und mit einem Stutzkörper, der das Flüssigkeitsvolumen mit den suspendierten magnetischen Teilchen auf der Drehachse des Magneten unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Magnet (48) vorgesehen ist, dessen Magnetpolachse mit der Drehachse des genannten ersten Magneten (10) zusammenfällt und dessen einer Magnetpol näher bei dem Flüssigkeitβvolumen als dessen anderer Magnetpol angeordnet ist, und daß der Stutzkörper (20) derart angebracht- ist, daß das Flüssigkeitsvolumen sowohl von dem Feld des ersten als auch des zweiten Magneten durchsetzt wird. „

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3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnet (48) ein Dauermagnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet» daß der erste und der zweite Magnet (10 und 48) Dauermagneten sind.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einstelleinrichtung (54, 56, 58) vorgesehen ist, mit der der zweite Magnet (48) und der Stützkörper (20) gegeneinander einstellbar verschiebbar sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein auf dem Stützkörper (20) in Querrichtung des Magnetfelds des zweiten Magneten (48) schrittweise verschiebbares Band (28) vorgesehen ist, das auf seiner Oberfläche das Flüssigkeitsvolumen in Form eines Tröpfchens (22) trägt.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine fotoelektrische Einrichtung (Fotozelle 38) vorgesehen ist, die zum Anzeigen einer Änderung in einer optischen Eigenschaft des Flüssigkeitsvolumens während des Durchmischens dient.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld des ersten Magneten (10) horizontal und das Magnetfeld des zweiten Magneten (48) vertikal ausgerichtet ist.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Magnet (48) in einem Abstand über dem ersten Magneten (10) angeordnet ist.

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