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Dr. Gerald Stranzinger
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Reichertshausen (Bundesrepublik Deutschland) und Johann Wintersteiger,
Ried/Innkreis (Österreich) Einrichtung zur Aufarbeitung biologischer Kulturen, insbesondere
zur Darstellung von Chromosomen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufarbeitung
biologischer Kulturen, insbesondere zur Darstellung von Chromosomen, mit einer Zentrifuge
mit einem mehrere am oberen Ende offene Zentrifugengläser od. dgl. aufnehmenden,
um eine stehende Achse drehbaren Rotor, der in einer eine Kühleinrichtung aufnehmenden
Trommel od. dgl. untergebracht ist.
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Bei der Aufarbeitung vieler biologischer Kulturen zu entsprechenden
Präparaten, unter anderem auch bei der Darstellung von Chromosomen, kommt dem Zentrifugieren
eine entscheidende Rolle zu. Bisher handelt es sich bei dem Zentrifugieren überdies
im wesentlichen um den einzigen Arbeitsvorgang, der bei dieser Aufarbeitung voll
mechanisiert ist. Während des Zentrifugierens und auch während
der
Durchführung anderer Behandlungen der zu verarbeitenden Kulturen kommt der Einhaltung
bestimmter Temperaturen ebenfalls entscheidende Bedeutung zu. Schließlich müssen
die verschiedenen Vorgänge bei der Aufarbeitung biologischer Kulturen sowohl in
der richtigen Aufeinanderfolge als auch in der Einwirkungsdauer der verschiedenen
Behandlungen genau aufeinander abgestimmt sein, wenn im Endeffekt vergleichbare
Resultate erzielbar sein sollen, Mit Ausnahme der wählbaren Umfangsgeschwindigkeiten
beim Zentrifugieren bleibt es bisher der Genauigkeit des Laboranten sowie der Güte
der ihm zur Verfügung stehenden Hilfseinrichtungen überlassen, ob und in welchem
Ausmaß die genannten Bedingungen eingehalten werden. Selbst ein genau arbeitender
Laborant ist aber nicht in der Lage, mehrere Proben absolut gleichzeitig zu behandeln
und benötigt in der Praxis auch für gleiche Arbeitsvorgänge bei verschiedenen Proben
verschiedene Zeiten, so daß die erwünschte absolut gleichmäßige Behandlung praktisch
unmöglich wird. Als Beispiel sei angeführt, daß vielfach nach dem Zentrifugieren
Rückstände auf den Zentrifugengläsern bis auf ein bestimmtes Maß entfernt werden
müssen, wonach wieder Reagenz- oder Fixierflüssigkeiten in vorbestimmten Mengen
in die Gläser eingefüllt und mit den darin enthaltenden Medien vermischt werden
müssen, wonach häufig wieder zentrifugiert wird. Diese Vorgänge können sich bei
der Aufarbeitung von Kulturen mehrfach wiederholen, wobei sich aber überdies die
zuzugebenden bzw. auszutragenden Flüssigkeitsmengen, die Art der zuzugebenden Flüssigkeit
und die erforderlichen Einwirkungs- bzw. Mischungszeiten vor dem nächsten Zentrifugiervorgang
ändern können. Da ein Laborant nur in der Lage ist, die einzelnen Arbeitsschritte
nacheinander durchzuführen, ergeben sich bei den einzelnen Proben unter anderem
unterschiedliche Zeiten
für die Einwirkung der abzuscheidenden Flüssigkeit
auf den im Zentrifugenglas verbleibenden Rückstand, unterschiedliche Einwirkungszeiten
der zugeführten Flüssigkeit auf die erwähnten Rückstände vor dem Beginn des nächsten
Zentrifugiervorganges und unterschiedliche Mischungszeiten bei der Zugabe solcher
Flüssigkeiten, wobei überdies der Durchmischungsgrad von der Genauigkeit des Laboranten
abhängt und auch bei einem genau arbeitenden Laboranten nicht exakt eingehalten
werden kann. Gleiche Schwierigkeiten ergeben sich hinsichtlich einer exakten Mengenbestimmung
der abzuziehenden bzw. zuzufiigenden Flüssigkeiten.
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Um die in der Praxis auftretenden Schwierigkeiten noch genauer zu
erläutern, sei als Beispiel die bisherige Art der Aufbereitung einer Leukozytenkultur
für die Chromosomendarstellung beschrieben.
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Die Kulturen werden nacheinander, sobald sie ein bestimmtes Stadium
der Zellteilung aufweisen, welcher Zustand mit Hilfe einer Fixierlösung eingefroren
wird, dem Brutschrank entnommen und in Zentrifugengläser gefüllt, wobei jedes Zentrifugenglas
gleiche Kulturmengen erhalten soll, damit dort im Endeffekt die gleiche zu untersuchende
Zellmasse vorliegt. Die Zentrifugengläser werden nun in eine Zentrifuge eingesetzt,
wobei auf die Einhaltung bestimmter Verarbeitungstemperaturen Wert zu legen ist.
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Sobald alle zu verarbeitenden Proben des jeweiligen Teilversuches
in die Zentrifuge eingesetzt sind, wird diese für eine bestimmte Zeit eingeschaltet.
Dabei sammelt sich die Zellmasse am Boden der Zentrifugengläser und die Kulturflüssigkeit
verbleibt oberhalb des Bodens. Es ist nun notwendig, die Kulturflüssigkeit nach
vollendetem Zentrifugiervorgang weitgehend abzuscheiden und die verbleibende Zellmasse
zu reinigen, d.h. möglichst alle Teile abzuscheiden, die für die Chramosomendarstellung
uninteressant sind. Zu diesen Teilen gehören unter anderem rote
Blutkörperchen.
Erwähnt sei noch, daß im Normalfall mit Proben von etwa 6 ml Ausgangsmenge gearbeitet
wird. Zur Abscheidung solcher Teile, insbesondere der roten Blutkörperchen, wird
der Zellmasse eine hypotone Flüssigkeit zugefügt. Das vorher notwendige Absaugen
des flüssigen Rückstandes nach dem ersten Zentrifugiervorgang muß so erfolgen, daß
möglichst der Großteil des gesamten flüssigen Rückstandes, aber keine Zellmasse,
entfernt wird, damit für die Weiterbehandlung gleiche Mengenverhältnisse gegeben
sind. Auch die hypotone Flüssigkeit muß den einzelnen Proben in gleichen Mengen
zugefügt und gleichmäßig mit der Zellmasse vermischt werden. Dies geschieht bisher
in der Weise, daß die Flüssigkeit tropfenweise zugefügt und durch Schütteln bzw.
Erschüttern des Zentrifugenglases durch Aufschlagen auf eine Gegenstütze mit der
Zellmasse vermischt wird. Nachdem wieder alle Proben mit gleichen Mengen der hypotonen
Flüssigkeit vermischt wurden und diese eine bestimmte Zeit eingewirkt hat, wobei
die roten Blutkörperchen aufgelöst werden und auch eine Einwirkung auf die übrige
Zellmasse erfolgt ist, wird wieder für eine bestimmte Zeitdauer zentrifugiert, wonach
der flüssige Rückstand abgesaugt wird. Die Behandlung mit hypotoner Flüssigkeit
wird meist einmal durchgeführt, kann aber in Ausnahmefällen, wenn keine Hämolyse
erfolgt, wiederholt werden. Nach Abschluß dieser Behandlung muß die Zellmasse fixiert
werden. Zu diesem Zweck wird der Zellmasse, abermals nach Abscheiden des flüssigen
Rückstandes vom letzten Zentrifugiervorgang, eine Fixierlösung zugesetzt, die wieder
mit dem Zellrückstand vermischt werden muß.
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Als Fixierlösung kommt ein ein bestimmtes Mengenverhältnis der beiden
Komponenten aufweisendes Alkohol-Essigsäuregemisch in Frage. Dieses Gemisch wird
in biologischen Laboratorien täglich frisch angesetzt und bei niedrigen Temperaturen
aufbewahrt,
ändert aber trotzdem, da die beiden Komponenten miteinandetteagieren, seine Zusammensetzung
und damit Wirksamkeit, wodurch ein weiterer Unsicherheitsfaktor gegeben ist.Auch
die Fixierflüssigkeit wird mit Hilfe einer Meßpipette tropfenweise zugesetzt und
mit dem Zellrückstand vermischt. Anschließend wird wieder zentrifugiert Der Fixiervorgang
wird ebenfalls zwei oder mehrere Male wiederholt. Nach dem letzten Zentrifugiervorgang
wird die Zentrifuge entleert, die letzte Flüssigkeit einzeln aus den Zentrifugengläsern
bis auf den ca fünffachen Teil des Zellrückstandes abgezogen und der Zellrückstand
zu Präparaten verarbeitet.
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Zu diesem Zweck wird dieser Rückstand tropfenweise einzeln auf Objektträger
für die Mikroskopierung aufgetragen. Auch dieser Vorgang erfolgt von Hand aus. Anschließend
werden die Präparate getrocknet und eingefärbt. Jedesmal, wenn einem Zentrifugenglas
Flüssigkeit oder Präparat zugesetzt bzw. entnommen wird, ist darauf zu achten, daß
keine Verunreinigung durch Kulturen bzw. Präparate aus Nachbargläsern erfolgt.
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Aus den beschriebenen Schwierakeiten ergibt sich, daß bisher auch
ein gut eingeübter Laborant nur in der Lage ist, gleichzeitig fünf bis höchstens
acht Proben aufzuarbeiten.
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Um vorhandene Zentrifugen mit einer größeren Aufnahmekapazität besser
ausnützen zu können, ist es daher in Großlabors üblich, daß mehrere Laboranten zusammenarbeiten.
Dadurch erhöhen sich natürlich die Individualeinflüsse, und es leidet die Möglichkeit
eines exakten Vergleiches der Proben, da diese zwangsläufig nicht unter gleichen
Bedingungen zustandekommen.
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Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß jede Probe unverwechselbar
gekennzeichnet werden muß, um bei der Weiterbehandlung keine Fehlresultate zu erhalten.
In weiterer Folge müssen auch die aus den Proben angefertigten Präparate genau gekennzeichnet
werden.
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Wie bereits erwähnt wurde, sollen während der Verarbeitung möglichst
gleiche Temperaturen eingehalten werden, die aber in einzelnen Verarbeitungsstufen
verschieden sein können. Es ist nun zwar bekannt, die Trommel od.dgl. der Zentrifugiereinrichtung
als Verdampfer eines Kühlaggregates auszuführen, doch ist damit nur eine Kiihlung
sowie bestenfalls eine grobstufige Temperatureinstellung, keinesfalls aber eine
exakte Temperaturregelung und die Einstellung verschiedener Temperaturen bei verschiedenen
Prozessen bzw.
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Prozeßstufen möglich. Erwähnt sei, daß zur Erleichterung der Gesamtarbeit
bereits eine Zentrifugiereinrichtung bekannt ist, bei der an Stelle der Zentrifugengläser,
die in ihrer Grundform zylindrisch sind und einen halbkugeligen bzw. kegelförmigen
Boden aufweisen, schwenkbare Küvetten Verwendung finden, wobei am Rotor außerhalb
des Schwenkbereiches der Küvetten Objektträger, also im Normalfall Glasplatten befestigbar
sind und zwischen Küvetten und Objektträgern ein Saugpapier angeordnet wird. Nach
der Fixierung wird eine Schwenkverstellung der Küvetten freigegeben, so daß sie
einige Tropfen des Präparates abgeben.
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Dieses Präparat gelangt durch einen Schlitz im Saugpapier auf den
Objektträger. Wird dieser oder die Küvette dabei in Längsrichtung verstellt, so
erhält man auf ihm einen niedergeschlagenen Präparatstreifen. Die Fixierlösung wird
vom Papier aufgenommen.
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Auch für den Einfärbevorgang sind schon Einrichtungen bekannt, in
denen mehrere Objektträger gleichzeitig einer Färbebehandlung unterzogen werden.
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Bei einer Zentrifugiereinrichtung der eingangs genannten Art besteht
die Erfindung im wesentlichen darin, daß für den nur in einer vorbestimmten Relativdrehstellung
auf seiner Welle befestigbaren Rotor eine Stillsetzeinrichtung vorgesehen ist, die
vorzugsweise aus einer Bremseinrichtung bei einem den Antriebsmotor bildenden elektronisch
gesteuerten
Regelmotor und einer zusätzlichen Arretiereinrichtung
besteht und den Motor nach dem Zentrifugenlauf zwangsweise in einer vorbestimmten
Drehstellung festhält, wobei ebenfalls vorzugsweise die Kuhleinrichtung einen die
Trommel umgebenden bzw. in die Trommel eingebauten Wärmetauscher aufweist, der von
einem als Speicher arbeitenden Vorratsbehälter mit einem vorgekühlten bzw. vorgewärmten
Medium beschickbar ist.
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Bei einer erfindungsgemäßen Zentrifugiereinrichtung befindet sich
im Stillstand jedes Zentrifugenglas an einer vorbestimmten Stelle. Es ist daher
dann, wenn die Reihenfolge des Einsetzens der Gläser bzw. des Beschickens der Gläser
bekannt ist bzw. jedesmal eine bestimmte Reihenfolge eingehalten wird, jede Probe
durch ihren Anbringungsort in der Zentrifuge gekennzeichnet, so daß eine Zusatzkennzeichnung
entfallen kann, wodurch von Haus aus die Arbeit wesentlich erleichtert wird. Man
kann auswechselbare Rotoren verwenden, so daß, während ein Teilversuch läuft, der
nächste Rotor für die anschließende Aufarbeitung in der Zentrifuge vorbereitet,
d.h. mit gefüllten Zentrifugengläsern beschickt werden kann. Die bevorzugte Ausführungsform
der Kühlte in richtung ermöglicht rasche Einstellungen bzw. Änderungen der Arbeitstemperaturen
in der Zentrifuge, wobei wegen der verwendeten Speicher mit im Verhältnis kleinen
KUhl- bzw.
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Heizleistungen und entsprechend kleinen Aggregaten im Dauerbetrieb
gearbeitet wird.
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Ein entscheidender Vorteil der erfindungsgemäßen Ausbildung der Zentrifugiereinrichtung
besteht darin, daß es dadurch möglich wird, zusätzlich viele nur von Hand aus durchgeführten
Vorgänge zu automatisieren und dabei für die einzelnen Proben gleichzeitig nicht,
wie bisher, nacheinander durchzuführen, so daß in weiterer Folge alle Proben unter
gleichen Bedingungen behandelt werden können und daher im Endeffekt auch für Reihenuntersuchungen
brauchbare, echt
vergleichbare Resultate erhalten werden, für deren
Zustandekommen überdies mit einem Minimum an Laborantenarbeit das Auslangen gefunden
wird.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Beschickungseinrichtung
für die Zugabe von Flüssigkeiten, z.B. hypotonen Flüssigkeiten bzw. Fixierlösungen,
zu in den Zentrifugengläsern enthaltenen Kulturen bzw. Zellpräparaten od. dgl. und
eine Entnahmevorrichtung für die Entnahme von Flüssigkeit bzw. Präparat aus den
Zentrifugengläsern vorgesehen, denen jeweils für jedes Zentrifugenglas in einer
diesen Gläsern bei Rotorstillstand entsprechenden Anordnung eine Kanüle zugeordnet
ist, welche Kanülen an einem gemeinsamen Tragkopf gehalten und mit diesem bis in
eine Stellung absenkbar sind, in der sie in die Gläser eintauchen.
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Vorzugsweise ist sowohl mit der Beschickungs- als auch mit der Entnahmeeinrichtung
je eine Kanüle pro Zentrifugenglas verbunden. Weiterhin sind nach einer vorteilhaften
Ausführung die Beschickungs- und Entnahmeeinrichtung mit Dosiereinrichtungen zur
Mengenbestimmung der zugesetzten bzw0 entnommenen Flüssigkeit und bzw. oder Nivelliereinrichtungen
zur Einstellung bestimmter Füllstandshöhen in den Zentrifugengläsern versehen.
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Durch diese Ausbildungen wird es möglich, zumindest die Entnahme
von flüssigen Rückständen nach dem jeweiligen Zentrifugieren und die Zugabe von
Reaktions- bzw. Fixierflüssigkeiten zu automatisieren und vor allem gleichzeitig
unter gleichen Bedingungen und in gleichen Mengen durchzuführen, so daß alle Proben,
mit denen die Zentrifuge beschickt wird, echt untereinander und mit vorher oder
nachher unter gleichen Bedingungen erzielten Präparaten vergleichbar sind. Neben
der bereits angedeuteten Möglichkeit, auswechselbare Rotoren zu verwenden, kann
man die Proben bereits im Brutschrank in Gestellträgern halten, die entweder selbst
später den auswechselbaren Rotor bilden oder zumindest die
Kulturgläser
in einer Anordnung halten, die voll der Anordnung der Zentrifugengläser am Rotor
entspricht.
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Man kann dann ein derartiges Gestell unter die Kanülen einfahren,
mit Hilfe der Kanülen im Bedarfsfall eine Durchmischung der Proben vornehmen und
von jeder Kultur die für die Untersuchung benötigte Probemenge absaugen.
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Diese abgesaugte Menge kann man anschließend bei eingefahrenen Kanülen
in die im Rotor gehaltenen Gläser ausfließen lassen. Bei dieser Ausführung bleibt
die Probenlage bereits im Brutschrank relativ zu den anderen Proben fixiert, und
s ist jede Probe in der Zentrifuge durch die vorherige Anordnung im Brutschrank
bestimmt. Bei der erwähnten Möglichkeit kann man über die Dosiereinrichtung exakt
gleiche Probenmengen entnehmen. Werden die Zentrifugengläser von Hand gefüllt, kann
man nachträglich mit Hilfe einer Nivelliereinrichtung auf gleiche Füllstandshöhen
einstellen. Da allen Zentrifugengläsern an deren Stelle im Bedarfsfall auch andere
Kleinbehälter Verwendung finden, in denen eine Zentrifugierung vornehmbar ist, eigene
Kanülen zugeordnet sind, ist die Gefahr einer Verfälschung bzw. Verunreinigung von
Präparaten durch in benachbarten Gläsern befindliche Präparate weitgehend ausgeschlossen.
Wie erwähnt, kann die Dosierung entweder durch Mengenbestimmung in einem Meßgefäß
oder durch Nivellierung auf gleiche Füllstandshöhen in den einzelnen Zentrifugengläsern
vorgenommen werden.
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Nach einer möglichen Ausbildung weist die Dosiereinrichtung für die
Flüssigkeit für jede Kanüle einen eigenen Meßbehälter, vorzugsweise einen Meßzylinder
mit Kolben auf, dessen zur Erzielung verschiedener Dosierungen vorzugsweise verstellbarer
Meßraum über einen Schieber, ein Ventil od. dgl.
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wechselweise mit einem Flüssigkeitsovrrat und der Kanüle verbindbar
ist, wobei die Meßbehälter vorzugsweise gemeinsam entleerbar sind. Die Beschickungskanülen
können über in Zuführungsleitungen liegende Umsteuerschieber odOdgl.
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von verschiedenen Flüssigkeitsvorräten her beschickbar sein. Es ist
dabei sogar möglich, der Beschickungseinrichtung eine Mischeinrichtung für Reagenzflüssigkeiten
vorzuordnen. Bei der eingangs erwähnten Verwendung eines Alkohol-Eisessiggemisches
als Fixierlösung wird es möglich, diese Fixierlösung erst unmittelbar vor ihrer
Hinzufügung zu den Proben aus den beiden Komponenten herzustellen, so daß auch im
Wiederholungsfall jede Probe mit einer exakt konstante Eigenschaften aufweisenden
Fixierlösung behandelt wird. Für die Durchführung verschiedener Arbqtsvorgänge,
z.B. die Nivellierung, ist es zweckmäßig, wenn der Tragkopf der Kanülen durch einen
Höhenregler auf verschiedene vorwählbare Eintauchtiefen der Kanülen in die Gläser
einstellbar ist. Damit auch die Durchmischung der Proben in sich bzw. mit Reagenz-
bzw. Fixierflüssigkeiten unter exakt gleichen Bedingungen erfolgt, können nach einer
Weiterbildung die Kanülen, vorzugsweise die Kanülen der Entnahmeeinrichtung, pulsierend
mit Hilfe von Kolbenpumpen von Saug- auf Druckbetrieb umsteuerbar sein, so daß sie
die in den Zentrifugengläsern enthaltene Flüssigkeit zumindest zum Teil ansaugen
und wieder ausstoßen und dabei durchmischen.
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Die gesamte Weiterbehandlung der bearbeiteten Proben wird durch ein
Objektträger od.dgl. in einer den Kanülen bzw. Zentrifugengläsern entsprechenden
Anordnung aufnehmende, vorzugsweise mit Markierungen, Halterungen, z.B. Vertiefungen
u.dgl., für die Objektträger versehenes Tablett erleichtert, das bei aus den Zentrifugengläsern
ausgefahrenen Kanälen unter diese einfahrbar, vorzugsweise einschwenkbar und vorzugsweise
aus vorgewählten bzw. einstellbaren Fallhöhe mit einem vorher aus den Zentrifugengläsern
angesaugten Präparat beschickbar ist. Bei dieser Ausführung werden die Proben gleichzeitig
und unter gleichen Bedingungen auf ihnen
hinsichtlich der Lage
zugeordnete Objektträger unter gleichen Bedingungen aufgebracht. Auch diese Auftragsbedingungen
lassen sich bei folgenden Chargen exakt wiederholen. Nach dem Auftragen können die
Objektträger in eine z.B. mit einem Warmluftgebläse ausgestattete Trockenstation
eingefahren werden, wo die Präparate getrocknet werden. Anschließend erfolgt in
einer Färbestation das Einfärben der Präparaten Während all dieser Vorgänge können
die Objektträger am Tablett verbleiben, so daß weiterhin jedes Präparat seiner Ausgangskultur
eindeutig zugeordnet bleibt. Man kann sogar das Tablett als Einschiebefach in einem
Ordnerkasten verwenden.
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Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird somit auch die Gesamtorganisation
des Laborbetriebes vereinfacht, wobei nicht nur für die Behandlung der einzelnen
Proben exakt vorherbestimmbare Bedingungen eingehalten werden können, sondern auch
die Organisation vereinfacht wird, so daß viele biSher notwendige Kontrollen über
die eindeutige Zuordnung eines Präparates zu einer Ausgangskultur wegfallen können,
trotzdem aber Verwechslungen ausgeschlossen sind.
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Für den Betrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung wird ein vorzugsweise
elektronisches Programmsteuerwerk verwendet, mit dem die Arbeitszeiten und die Aufeinanderfolge
der Betriebszeiten der Zentrifuge und ihrer Stillsetzeinrichtung, der Beschickungs-
und Entnahmeeinrichtung, der Hubhöhen des Tragkopfes, eines das Tablett unter die
Kanülen und zu einer Trocknungs- bzw. Färbe station fördernden Transporteurs usw.
bestimmt sowie in den entsprechenden Arbeitsstationen die notwendigen Zubringer
für die Reaktionsflüssigkeiten, Mischungsverhältnisse von aus verschiedenen Komponenten
zusammengesetzten Reaktionsflüssigkeiten usw. sowie auch Temperaturen der Zentrifuge
und der Reaktionsflüssigkeiten vorprogrammiert werden.
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Entsprechende Programme können gespeichert und bei analoger Wiederholung
eines Arbeitsvorganges abgerufen werden. Man wird z.B. bei der Chromosomendarstellung
für Menschen und verschiedene Tierrassen jeweils das am besten geeignete Programm
auswählen und speichern, so daß es bei Reihenuntersuchungen jederzeit wiederholbar
ist.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes gehen
aus der nachfolgenden Zeichnungsbeschreibung hervor. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand
beispielsweise veranschaulicht. Es zeigen: Fig. 1, 2 und 3 in schematisch- vereinfachter
Darstellung eine erfindungsgemäße Einrichtung in Vorderansicht, im Längsschnitt
durch den Zentrifugenteil und in Draufsicht auf ein Objektträger aufnehmendes Tablett,
Fig. 4 eine Dosiereinrichtung mit zugeordneter Steuereinrichtung im Längsschnitt
und Fig. 5 ein Steuerschema der wesentlichen Teile der gesamten Anordnung.
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Nach den Fig. 1 und 2 besitzt die Zentrifugiereinrichtung den Grundaufbau
eines Schranktisches 1, in dem hinter Schiebetüren 2, 3 Antriebsaggregate, Pumpen,
Leitungen, Kühl- und Wärmeaggregate sowie Vorratsbehälter für Kühl-und Heizmedien,
Reaktionsflüssigkeiten usw. untergebracht sind, in einer entsprechenden Öffnung
der Tischplatte 4 versenkt und nach oben durch einen Glasschieber 5, der beim Betrieb
automatisch geschlossen bzw. geöffnet wird, abdeckbar, ist eine Zentrifugentrommel
6 vorgesehen, die doppelwandig ausgeführt ist, in Schlangenlinienform Rohre oder
Durchströmkanäle enthält und so einen Wärmetauscher bildet, der über ein noch zu
erwähnendes Programmsteuerwerk mit über Pumpen jeweils von einem Speicher zugebrachtem,vorgekühltem
oder vorgewärmtem Medium beschickbar ist, wobei Temperaturfühler an der Trommel
bzw. im Trommelraum die
Zentrifugentemperatur überwachen und an
das Programmsteuerwerk rückmelden.
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Unterhalb der Mulde 6 ist ein elektronisch gesteuerter Regelmotor
7 angeordnet, dessen stehende Welle 8 durch eine Trommelöffnung nach oben ragt.
In der Trommel kann mit Hilfe einer Schnellkupplung od.dgl. ein Zentrifugenrotor
9 in einer vorbestimmten Relativdrehstellung auf der Welle 8 befestigt werden. Ein
noch näher zu beschreibendes Programmsteuerwerk schaltet zeitabhängig den Motor
7 ein und aus und regelt auch dessen Drehzahl auf einen vorprogrammierten Wert.
Für die Stillsetzung wird der Motor 7 auf eine ganz niedrige Drehzahl herabgeregelt,
so daß nach Ausschalten des Motors in ihn eingebaute Dauermagnete gegenüber von
Ankern zu stehen kommen und die Welle 8 in einer vorbestimmten Drehstellung aufgefangen
wird. Zur exakten Bestimmung der Enddrehstellung dient ein Stillsetzmagnet 12, der
bei seinem Einschalten einen Keil 10 in einer Kerbe einer auf der Welle 8 sitzenden
Scheibe 11 einführt. Auch der Magnet 12 wird vom Programmsteuerwerk aus- und eingeschaltet.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Rotor 9 die Grundform
eines Kreuzes, wobei an den Balkenenden dieses Kreuzes Halterungen für jeweils eine
Sechsergruppe von Zentrifugengläsern 13 um Querachsen schwenkbar lagern, so daß
sich die Zentrifugengläser, die nahe ihrem oberen Endbereich um die Querachsen aufgehängt
sind, beim Zentrifugietetrieb mit ihren unteren, geschlossenen Enden nach außen
stellen. Anschläge bestimmen die dargestellte Ruhelage der Gläser 13. Ferner sind
Federn vorgesehen, welche die Zentrifugengläser beim Stillstand des Rotors zwangsweise
in die Ruhelage stellen. Die jeweils eingestellte Zentrifugendrehzahl kann auf einem
gegebenenfalls gleich in der Umfangsgeschwindigkeit geeichten Drehzahlmesser 14
abgelesen werden.
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Oberhalb des Tisches 8 ist ein Gerätekopf 15 angeordnet, der noch
zu beschreibende Dosiereinrichtungen sowie Leitungen aufnimmt und in einer den Zentrifugengläsern
13 bei stillstehendem Rotor 9 entsprechenden Anordnung für jedes Zentrifugenglas
zwei Kanülen 16, 17 trägt, von denen die eine mit einer Dosiereinrichtung für die
Zufuhr von Flüssigkeit und die andere mit einer Absaugeinrichtung verbindbar ist,
wie dies näher noch beschrieben wird.
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Der Gerätekopf könnte an sich über die Trommel 6 einschwenkbar bzw.
bei Anordnung mehrererTrommeln in einem Tisch von Trommel zu Trommel verschwenkbar
sein, ist aber beim Ausführungsbeispiel mit einer viereckigen Tragsäule 18 starr
verbunden, die in nur schematisch angedeuteten Führungen 19 verschiebbar lagert.
In der Praxis werden Führungen mit Laufrollen verwendet, und der Kopf 15 ist durch
Gegengewichte, die über Seilzüge od. dgl. auf ihn wirken, in seinem Gewicht mehr
als abgeglichen, so daß er durch die Gegengewichte zwangsweise in der dargestellten,
angehobenen Stellung gehalten wird, aus der er mit Hilfe eines pneumatischen bzw.
hydraulischen Kolbentriebes, Kettentriebes od.dgl. nach unten verstellt werden kann.
Vor jeder Verstellung des Kopfes 15 öffnet das Programmsteuerwerk den Glasschieber
5. Die Säule 18 trägt einen Anschlag 20, der auch ein Anschlagschalter für den Antrieb
sein kann, und mit einem abgestuften Gegenanschlag 21 (es könnte auch ein Keil vorgesehen
sein) zusammenwirkt, welche über eine Antriebseinrichtung 22 in eine vom Programmsteuerwerk
vorbestimmte Lage verstellt wird, so daß die Eintauchtiefen der Kanülen 16, 17 in
die Zentrifugengläser 13 bei jedem Arbeitsschritt exakt vorherbestimmbar sind. Beim
Ausführungsbeispiel wurden die Kanülen 16, 17 gleich lang dargestellt. Es könnte
auch eine Kanüle länger sein als die andere, Jede Kanüle ist über eine eigene Leitung
23 bzw. z
mit einem nur ihr zugeordneten Zylinderraum 25 bzw. 26
verbindbar, der einen Teil einer im Kopf 15 untergebrachten Dosier- bzw. Pulsiereinrichtung
bildet.
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In Fig. 4 wurde ein Schnitt durch eine Dosiereinrichtung dargestellt.
Die die Zylinderräume 25 enthaltenden Zylinder bestehen aus genormten Glasröhren
27, in denen Kolben 28 über Kolbenstangen 29 verstellbar sind. Die Zylinder 27 sind
im Kreis um einen größeren Zylinder 30 angeordnet, in dem ein Kolben 31 geführt
ist, welche über seine Kolbenstange 32 und eine Platte 33 mit allen Kolbenstangen
29 in Verbindung steht. Der Kolben 31 ist über Leitungen 34, 35 von beiden Seiten
beaufschlagbar, wobei sich bei der Verstellung nach rechts die Zylinderräume 25
vergrößern und bei der Verstellung nach links verkleinern.
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Die genaue Hubhöhe der Kolben 28 wird durch einen Stufenschieber 36
bestimmt, der wieder über eine vom Programmsteuerwerk. betätigte Antriebseinrichtung
37 verstellbar ist und je nach seiner Stellung einen mehr oder weniger weiten Hub
des Kolbens 31 nach rechts zuläßt.
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Die Zylinderräume 25 stehen mit Einlaßbohrungen 38 in einem Ring
39 in Verbindung, der dicht an die Enden der die Zylinder 27 bildenden Glasrohreanschließt.
Dieser Ring 39 bildet die eine Wandung des Gehäuses 40 eines Ringschiebers, dessen
Ring 41 über eine Antriebseinrichtung 53 in zwei verschiedene Stellungen verdrehbar
ist. Die von den Kanülen 16 kommenden Leitungen sind an Einzelöffnungen 42 des Gehäuses
40 angeschlossen. Eine Zubringerleitung 43 steht über eine Gehäuse Öffnung 44 mit
einem Ringraum 45 in Verbindung. In der dargestellten Lage, d.h. Drehstellung, verbindet
der Ring 41 über die in ihn vorgesehenen Kanäle 46 die Bohrungen 42 mit den Zylinderräumen
25. In der anderen Drehstellung werden die Zylinderräume 25 mit dem Ringraum 45
und damit gemeinsam mit einer Speiseleitung 43 verbunden.
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Die Speiseleitung 23 gabelt sich in zwei Äste 43a, 43b, in denen
je ein Absperrorgan 47 bzw. 48 liegt, das vom Programmsteuerwerk betätigt wird.
Nach Fig. 5 ist soeben das Absperrorgan 47 geöffnet, so daß die Leitung 43 über
den Zweig 43a mit einem Tauchrohr 49 in einen Behälter 50 in Verbindung steht, der
bei der Behandlung von zur Chromosomendarstellung dienenden Proben mit einer hypotonen
Flüssigkeit gefüllt sein kann, die von einer Druckluftleitung 51 über ein Filter
52 unter Druck gesetzt ist. Bei geöffnetem Absperrorgan 47 und mit dem Ringraum
45 verbundenen Zylinderräumen 25 werden somit diese Zylinderräume 25 dann, wenn
die Kolben 28 nach rechts verstellt werden, mit der hypotonen Flüssigkeit gefüllt.
Sobald die Kolben die durch den Schieber 36 bestimmte Endanschlagstellung erreicht
haben, also die vorbestimmte Flüssigkeitsmenge aufgenommen haben, wird die Antriebseinrichtung
53 für den Ringschieber 41 betätigt, so daß nun die Öffnungen 42 und damit die Kanülen
16 mit den Zylinderräumen 25 in Verbindung stehen. Bei in die Gläser 13 eintauchenden
Kanülen 16 kann nun die hypotone Flüssigkeit durch Beaufschlagung des Kolbens 31
von seiner Rückseite (Leitung 35) in die Zentrifugengläser 13 eingebracht werden.
Wenn dabei eine Durchmischung bzw. eine langsame Zugabe erwünscht ist, dann wird
der Kolben 31 jeweils nur für eine kurze Zeit beaufschlagt, so daß aus den einzelnen
Zylinderräumen 25 nur kleine Mengen der Flüssigkeit abgegeben werden. Zur Erzielung
einer Durchmischung wird an einer der Dosiereinrichtung ähnlichen Pulsiereinrichtung,
die ebenfalls einen Arbeitszylinder 54 mit Kolben 55, Kolbenstange 56, Stufenschieber
57, Antriebseinrichtung für den Stufenschieber 58, einen Ringschieber 59 mit Antriebseinrichtung
60 und für jede Kanüle 17 einen Zylinderraum 26 in einem Zylinder 61 mit Kolben
62 aufweist, der Ringschieber 59 so verstellt,
daß er die Zylinderräume
26 mit den Kanülen 17 verbindet.
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Der Kolben 55 wird hin- und hergehend angetrieben. Dadurch wird Flüssigkeit
aus den Zentrifugengläsern 13 angesaugt und wieder in die Gläser eingespritzt, so
daß sich die Gesamtmasse durchmischt. Dieses pulsierende Durchmischen kann gleichzeitig
oder alternierend mit der Flüssigkeitszugabe über die Kanülen 16 erfolgen.
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Nach einem erfolgten Zentrifugiervorgang muß der flüssige Riickstand
abgesaugt werden. Man kann nun entweder umgekehrt wie bei der Beschickung vorgehen
und über die Zylinderräume 26 aus den Leitungen 24 ansaugen, dann den Ringschieber
umstellen und die Zylinderräume 26 mit einer gemeinsamen Ablaufleitung 63 verbinden
oder, wie beim Ausführungsbeispiel, die Durchlässe des Ringschiebers 69 so ausbilden,
daß er in seiner zweiten Schaltstellung die Leitungen 24 unmittelbar mit der Leitung
63 verbindet.
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In der Leitung 63 liegt ein umsteuerbarer Schieber 64, der in seiner
Öffnungsstellung die Leitung 63 mit einem luftdicht geschlossenen Gefäß 65 verbindet.
An dieses Gefäß schließen oben eine Luftabsaugleitung 66 und über einen Filter 68
eine Druckleitung 67 an. Ferner mündet im Behälter 65 eine Leitung 69 mit Tauchrohr
70, über die Flüssigkeit aus dem Behälter 65 abgesaugt werden kann. In den Leitungen
66, 67, 69 liegen vom Programmsteuerwerk gesteuerte Schieber od.dgl.. Wird der Schieber
64 geöffnet und die Saugleitung 66 bei verbundenen Leitungen 24, 63 eingeschaltet,
dann werden über die Kanülen 17 jeweils maximal so viel von den Inhalten der Gläser
13 abgesaugt, bis die Kanülenöffnungen frei sind. Die Enden der Kanülen 17 liegen
auf gleicher Höhe, und es werden also bei diesem Vorgang gleiche Füllstandshöhen
in den Zentrifugengläsern 13 eingestellt. Die Entfernung der Flüssigkeit aus der
Flasche od.dgl. 65 kann bei geschlossenem Schieber 64 durch
Einschalten
der Druckleitung 67 oder durch Anschließen der Leitung 69 an eine Saugleitung erfolgen.
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Man kann den Behälter 65 auch auswechselbar anbringen und nach Beendigung
eines vollen Arbeitszylklus gegen einen Behälter mit Waschflüssigkeit ersetzen,
die dann durch Druckluftzufuhr bei geöffnetem Schieber 64 zum Spülen der Leitungen
und Kanülen in diesem Zweig der Flüssigkeitsleitung Verwendung finden kann. Durch
nachträgliches Durchblasen mit Luft werden die Leitungen gereinigt.
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Gleichzeitig kann mit Hilfe der Kolben 62 pulsiert werden.
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Eine gleiche Vorgangsweise ist in den Leitungen und Zylindern der
Dosiereinrichtung möglich.
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Wie bereits in der Einleitung erwähnt wurde, werden in die Zentrifugengläser
13 zunächst vorbestimmte Mengen an Proben aus dem Brutschrank eingebracht, abzentrifugiert
und durch Absaugen über die Kanülen 17 zunächst von einem Großteil der Flüssigkeit
befreit. Dann wird einmal, im Sonderfall mehrmals, jeder Probe eine vorbestimmte
Menge der hypotonen Flüssigkeit aus dem Behälter 50 zugesetzt, durchmischt und abzentrifugiert
sowie anschließend der flüssige Rückstand abgesaugt. Es ist dabei mit Hilfe des
Stufenschiebers 36 möglich, die zugegebenen Flüssigkeitsmengen zu variieren. Die
Absaughöhe wird mit Hilfe des Schiebers 21 eingeregelt.
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Die Kolben 31, 56 werden über in den Leitungen 34, 35 bzw. 71, 72
liegende Steuerschieber 73, 74 von einer Druckluft-Sammelleitung 75 versorgt bzw.
gesteuert. Ein weiterer Schieber 76 steuert über Leitungen 77, 78 den Ringschieber
530 Auch für den Ringschieber 60 sind von einem Schieber (nicht dargestellt) gesteuerte
Versorgungsleitungen 79, 80 vorgesehen.
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Die Stellung der Stufenschieber 21, 36, 57 wird von ihrer Antriebseinrichtung
22, 37, 58 bestimmt, die aus einem
Zylinder mit Kolben 81, 82 besteht,
wobei der Kolben beidseits beaufschlagt ist, zu welchem Zweck für den Kolben 81
ein Steuerschieber 83 vorgesehen ist0 Ein ähnlicher Schieber ist auch für den Zylinder
58 vorhanden. Bei geöffnetem Schieber 83 und der analogen Schieber bei den Antrieben
22, 58 wird der Kolben jeweils in Richtung seiner Kolbenstange bis zum Zylinderende
verstellt.
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Im Zvlindermantel sind in Abständen Auslässe 84, 85, 86, 87 bzw.)t1
vorgesehen, an die je ein Steuerschieber 92 bis 95 (nur für den Zylinder 37 dargestellt)
anschließt, Wird einer dieser Schieber geöffnet, so sinkt der Druck an der von der
Stange abweisenden Seite des Kolbens ab, und der Kolben wird sich daher so weit
verstellen, bis er den mit dem geöffneten Schieber in Verbindung stehenden Auslaß
abschließt.
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Wie erwähnt wurde, wurde den Proben in den Gläsern 13 hypotone Flüssigkeit
zugesetzt, durchmischt, bestimmte Zeiten zentrifugiert und abgesaugt. Nun ist eine
Fixierung der Proben notwendig. Zu diesem Zweck wird der Schieber 47 geschlossen
und der im Leitungszweig liegende Schieber 48 geöffnet. Gleichzeitig wird auch der
Kolben 31 im Ansaugsinn der Zylinderräume 25 betätigt. Die über ein Filter 96 zugeführte
Druckluft drückt nun aus Vorratsbehältern 97, 98 Eisessig und Alkohol in einem durch
Regelventile 99, 100 bestimmten Mischungsverhältnis in die Leitung 43 und von darüber
den Ringschieber 44 in die Zylinderräume 25. Nach Umschalten des Ringschiebers 41
wird diese Fixierlösung in der bereits beschriebenen Weise unter Pulsation den in
den Gläsern 13 enthaltenen Proben zugesetzt. Auch dieser Vorgang wird mehrere Male
wiederholt, wobei jeweils in der Zwischenzeit zentrifugiert wird.
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Nach dem letzten Zentrifugiervorgang und Absaugen des flüssigen Rückstandes
werden die Kanülen 17 mittels des
Kopfes 15 tiefer in die Gläser
13 eingefahren, allenfalls durch Pulsation eine Mischung des Rückstandes vorgenommen
und schließlich jeder Probe über die nun als Dosiereinrichtung wirkende Pulsiereinrichtung
bei mit den Zylinderräumen 26 verbundenen Leitungen 24 geringe Mengen des Präparates
entnommen. Anschließend wird der Kopf 25 auf eine vorbestimmte Höhe angehoben, so
daß er sich im Abstand oberhalb des Glasschiebers 5 befindet, und es wird unter
die Kanülen ein Tablett 101 eingebracht, das in einer den Gläsern 13 entsprechenden
Anordnung, z.B. in Vertiefungen, Objektträger 102, im Normalfall also rechteckige
Giasplatten> tragt, auf die aus einer vorbestimmten Höhe des Präparat aus den
Kanülen 17 aufgetropft wird. Das Tablett 101 kann am Tisch an einem nicht dargestellten
Schwenkarm gehalten sein, mit dessen Hilfe es nach dem erwähnten Auftropfvorgang
unter eine Trockenhaube 103 eingeschwenkt und dort mit Warmluft behandelt wird.Es
ist auch möglich, die Objektträger bereits vor dem Auftropfen des Präparates vorzuwärmen.
Der erwähnte Schwenkarm ist um eine vertikale Achse schwenkbar gelagert, die zum
Zentrum der Haube 103 und des Kopfes 15 bzw. der Drehachse des Rotors gleiche Abstände
aufweist. Man könnte das Tablett 101 auch auf einem Schlitten anbringen und oberhalb
des Schiebers 5 verfahren.
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Das vorgesehene Programmsteuerwerk besteht im wesentlichen aus einer
Kombination eines mechanischen oder elektronischen Zeitlaufwerkes mit entsprechenden
Steuerabgängen für die einzelnen Antriebe. Ferner können Rückmelder vorgesehen sein,
die jeweils die Einhaltung vorbestimmter Betriebsbedingungen überwachen bzw. den
Abschluß eines Arbeitsschrittes melden.
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Die Programmierung kann sowohl durch Knopfdruck an Steuerknöpfen
104 als auch durch Abtasten eines Speichers, z.B. einer Programmsteuerkarte, vorgenommen
werden. Nach
vollendeter Trocknung wird das Tablett 101 der Trockenhaube
entnommen und die Präparate auf den Objektträgern 102 werden eingefärbt. Das Tablett
dient als Ordner und Halterung für die Objektträger.
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Die Erfindung wurde im Zusammenhang mit der Darstellung von Chromosomen
aus Leukozytenkulturen beschrieben, kann aber in entsprechend modifizierter Form
für eine Vielzahl anderer biologischer Untersuchungen, bei denen eine Zentrifugierung
notwendig ist, eingesetzt werden.
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Als Beispiel seien hier zytologische Untersuchungen, bei welchen die
Zellen selbst präpariert werden, und die Chromosomendarstellung aus Blastozyten
(6-tägigen Embryos) erwähnt.
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