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Mchrkanal-Analysengerät
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Die Erfindung betrifft ein Gerät für die Verteilung von flüssigen
Proben, z.B. Patientenseren oder chemischen Reagenzien sowie zur Vorbereitung und
Durchführung von Analysen damit.
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Geräte, mit welchen Proben aus sog. Primärgefäßen in Sekundärgefäße
verteilt und zur Analyse vorbereitet werden, sind bereits bekannt (s. die DE-PS
2 841 086 und 3 035 340). Ausführliche Informationen über die bei der Probenverteilung
und Messung auftretenden Probleme sind den Publikationen von H.D. Helb und G. Assmann
in "GIT Laboriedizin" 4/79 S. 295-303 und 6/80, S. 465-475 zu entnehmen.
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Die in den obenbezeichneten Patentschriften beschriebenen Geräte weisen
eine sog. X/Y-Steuerung des Transportwagens auf, welcher die zur Beschickung der
Sekundärproben dienende Pipette fUhrt.
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Bisher arbeiten Geräte für die Vorbereitung und Durchführung von Analysen
(sog. Analysengeräte) durchweg in einem festen Takt (Zeitraster). Dies gilt für
alle drei Grundtypen von Geräten: 1. Continuous flow Systeme 2. Diskontinuierliche
Systeme 3. Zentrifugal-Analysensysteme Beim Continuous flow-System wird der Takt
durch die periodisch arbeitende Probennahme, die gleichmäßig laufenden Pumpen und
die festen Transportwege in den Schlauchverbindungen von Aktionsmodul (Probennehmer,
Reagenziengeber, Mischeinheit, Meßzelle usw.) zu Aktionsmodul vorgegeben.
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Bei den diskontinuierlichen Systemen ist die technische Realisierung
derzeit durchweg so vorgenommen, daß ein Schaltwerk den Transport der Probengefäße
auf einen vorgegebenen Weg an festen Aktiodslaodulen vorbei so steuert, daß sich
ein Probengeflß innerhalb einer Transportbahn pro Zeiteinheit vom Platz N auf den
Platz N+1 fortbewegt, d.h. zu test vorgegebenen Zeitpunkten bewegt sich eine ganze
Reihe von Proben innerhalb einer Transportbahn genau um eine Position weiter.
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Bei den Zentrifugal-Analysensystemen ist vom Prinzip her (Mischen
von Probe und Reagenz mit Beginn der Zentrifugation, Messen im festen Takt der UmdrehuFgsfrequenz(
nur ein sehr eingeschränkter Reaktionstyp möglich. Eine gewisse Variabilität ist
hier allerdings bei der Meßwertübernahme dadurch möglich, daß sich die Meßzelle
einer Probe wegen der hohen Umdrehungageschwindigkeit praktisch ständig vor der
Meßzelle befindet und die Meßwertübernahme praktisch zu beliebigen Zeiten erfolgen
kann.
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Es hat sich 3edoch herausgestellt, daß derartige Geräte wegen des
hohen Anteils mechanischer Bauteile für den Transport störanfällig und bezüglich
des Arbeitsablaufs relativ wenig transparent und flexibel sind, da durch die Mechanik
des Analysengeräts bestimmte Arbeitstakte vorgegeben werden. Auch die Vielseitigkeit
des Geräts leidet, da nur soche Analysenverfahren gewählt werden können, die bezüglich
ihrer Kinetik dem Arbeitsablauf des Geräts einigermaßen angepaßt sind.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Analysengerät zur Verfügung
zu stellen, welches es erlaubt, in einz fach überschaubarer Weise ein großes AnaIysenspektrum
(z.B. Bestimmung mehrerer Enzyme nebeneinander) zu fahren und auch an neu entwickelte
Analysenmethoden problemlos angepaßt zu werden.
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Diese Aufgabe wird durch.ein Gerät gelöst, welches ein oder mehrere
separate (nach dem Baukastenprinzip aneinandergefügte und durch ihnen zugeordnete
Mikroprozessoren gesteuerte) Analysen-Kanäle sowie zusätzlich mindestens eine weiteren
Steuer- und Meßmodul aufweist.
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Unter Kanal soll dabei nur ein abgegrenzter Bereich des Gesamtgeräts,
d.h. ein Modul verstanden werden, welcher zur Vorbereitung und Durchführung eines
Analysenverfahrens bestimmt und geeignet ist.
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Ein Kanal (Modul-Baustein) gemäß der Erfindung weist als wesentlichen
neuen Bestandteil einen (vorzugsweise leicht vor- und rUckwärts) drehbaren Teller
auf, der auf der Achse eines Schrittmotors sitzt. Der Teller kann aus Metall oder
Hart-Kunststoff gefertigt sein und weist Einrichtungen (z.B. Löcher oder becherartige,
mit Fenstern versehene Vertiefungen) auf, in die die Probengefäße für die Sekundär-
bzw. Meßproben eingehängt bzw. in die das Probengut eingebracht werden kann.
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Über den Tellerrand, d.h. über die Öffnungen der Reaktionsgefäße hin,
ragen die Zuführungsteile (z.B.
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Leitungen, Röhren) der jeweils benötigten, an festen Zugabe stationen
angeordneten Reagentien-Dosierer (Pumpen bzw. sog. "iluter"), und die Ausstoßöffnung
eines Probengefäß-Zuführungsgeräts, trend sich unterhalb der Tellerebene - ebenfalls
an vorgegebener Stelle -eine zur Durchstrahlung und Messung des Probengefäßinhalts
geeignete Einrichtungen, z.B. die Lichtleiter eines Photometers, und ggf. ein Aufffhmegefäß
für die verbrauchten Probengefäße befinden.
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Der Teller kann sehr schnell auf der Achse des Motors gedreht werden.
Dadurch wird es möglich, daß Jeder
Einzelvrgang (Proben- bzw. Roagenzien-Zugabe,
Absorptionsmessung) an einer beliebigen Probo zu bliebiger Zeit, jedoch an fester
Stelle, erfelgen kann.
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Die Steuerung des vorstehend beschriebenen, für ein einzelnes Analysenverfahren
bestimmten Hoduls, erfolgt über einen ihm zugeordneten Mikroprezesser, welcher mittels
des in ihm eingegebenen Progranns die Arbeitsvorgänge an den Einzelteilen, die für
die Verbereitung und durchführung der Analytik notsendig sind (z.B.
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Schrittmotor des Tellers, Probengefäßspender, Zugabegerät für die
Reaktionsflüzsigkeiten, Temperiereinheit mit Meßfühler, Mischer, Meßsimbeit bzw.
Lichtleiterstrecker, Ausstoßmodul für verbrauchte Probengefäße usw.) steuert. Bei
jedem Vorgang @@ Probe kann die Uhrzeit gespeichert werden. Dadurch sine die Fi@zel-Vorgänge
nicht starr zeitgebunden und es gibt keine Koordinierungsprobleme bei den Vorgängen
für verschiedens Proben in einem Kanal.
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Module der anmeldungsgemäßen Art kömmen rach dem Baukastenprinzip
je nach Bederf in beliebiger Anzahl un Reihenfolge miteinander @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@n.
Sie können auch gesondet temp@@@ie@@@@@@@@@ suf die @ptimal-Temperatur der jeweiligen
Me@@ung eimgezt@llt @@rden. Sie werden zusätzlich noch mit einem End-Medul kombiniert,
welches die Meßwert-Über@@ah@e und Answertung übernimmt.
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Der End-Modul besteht etw@ auf @@@@em Lichtleiter-Photometer und einer
Meßwert@@rna@me-, Steuer- und Auswerte-Einheit auf der Basi@ er M@@@roprezesser-Technologie.
Die Steuereinneit orfaßt @@is@@elsweise über eine elektromechanische Leseeinheit
(z.B. Beleglogleser, Eingabe-Tastatur, OCR- oder R@@@@@@d@Lesooinbeit) cder über
ein an eine übergeerdn@@@@@@@@@@@@ oitungsanlage angeschlossenes Intterface (@@@@@@@@nische
Seimittstelle) die Probenidentifikation de@ M@tterprebe und die durchzufahrenden
Analysenaufträge.
Sie steuert entsprechend den vorliegenden Untersuchungsaufträgen den Transport der
Mutterprebe und die Probendosierung aus dieser Probe.
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übernimmt die Meßergebnisse von den Kanal-spezifischen Meßeinheiten
sowie vom zentralen Lichtleiterphotemeter, wertet die Ergebnisse aus, speichert
die Ergebnisse 3e Mutterprobe aus den einzelnen Kanälen und steuert den Drucker
für die Ausgabe des Mutterpreben-spezifischen Ergebnis-Sammelberichtes. Als Photometer
dient zweckmäßig ein Dreistrahlphotometer, bei dem ein Strahl stets am Probengefäß
(Küvette) vorbei, einer durch es hindurch und einer durch die Nachbarküvette geht.
Dadurch werden Lampenschwankungen ausgeglichen und es können (in der Nachbarküvette)
parallel Leerwerte ermittelt werden. Nach Einsetzen einer neuen Xeßküvette kann
durch Absorptionsmessung der leeren Küvette zusEtzlich der Küvetten-Leerwert gemessen
und von den weiteren messungen an dieser Küvette automatisch abgezogen werden.
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Der Vorgang der Probenverteilung erfolgt bei dem Gerät nach der Erfindung
nicht mehr mittels einer X/Y-Steuerung sondern mittels einer quer über den Analysen-Modul
angebrachten Transportschiene (X-Steuerung), an welcher die Primärprobe (Mutterprobe)
in einer in X-Richtung verschiebbaren Halterung aufgehängt ist (s. Fig. 1 und 2).
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Das Primäß und seine Halterung sind in an sich bekannter Weise, etwa
wie in der DE-PS 3 035 340 (s. dort Fig. 7) gezeigt, gestaltet, d.h. das Gefäß weist
ein seiner Öffnung angepaßtes, sonst 3edoch ein, heitliches Verschluß stück mit
einem Ausgußrtissel sowie einer in ein Steigrohr mündenden Luftzuführung auf, welche
ihrerseits mit einem Diluter (einer zur genauen Dosierung geeigneten Luftpumpvorri
chtung) verbunden ist.
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Die Probenhalterung ist zweckmäßig mit der Tran8portschiene über eine
Drehachse und eine Dreheinrichtung verbunden, so daß das Probengefäs um ca. 180°
in Ausguß stellung geschwenkt und das Sekundärprobengefäß (Küvette) direkt mit der
vorgegebenen Menge der Primärprobe beschickt werden kann. Diese Menge wird in den
den 3eweiligen Kanal steuernden Mikroprozessor einprogrammiert, der seinerseits
den Befehl. zum Ausstoß dieser Menge an den obengenannten Diluter übermittelt.
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Der Ausstoß der Flüssigkeit erfolgt ferner in dem Augenblick, in welchem
die vorgesehene Küvette in den geseinsamen Schnittpunkt von Teller und X-Bewegumg
(Transportschiene) gedreht ist.
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Das neue Mehrkanal-Alalysengerät hat den Vorteil, daß die Arbeitsweise
trotz eines großen Spektrums von Möglichkeiten einfach überschaubar bleibt. Ferner
ist absolute Verachleppungsfrethelt dadurch gegeben, daß nirgends Probenmaterial
mit dein Material anderer Proben in Berührung kommen kann. Auch die Verwechslung
von Proben wird verhindert, da die Identifikation Jeder einzelnen Mutterprobe (d.h.
der unmittelbar am Uraprungsort gewonnene und identifiz (@@@@@@@@be) direkt vor
Beginn der Verrarbeitung der Probe maschinell gelesen und weiterverarbeitet werden
kann und die Dosierung und anschließende maschinelle Aufarbeitung direkt aus der
Mutterprobe erfolgt. Ein weiterer Vorteil ist die einfache und damit kostengünstige
Bauweise unter Verwendung bewährter Bauteile und Module für osierung und Messung.
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Dadurch daß der Teller beliebig tor und zurück gedreht werden kann,
sind kinetikmessungen in bliebigen Zeitabständen möglich; z.B. auch sofort nach
Zugabe des Startreagens.
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Die Erfindung wird im iolgenden durch die beigefügten Zeichnungen
beispielsweiser Ausfuhrungen näher erläutert.
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Figur 1 zeigt in Draufsicht ein aus dr.ei Kanälen und einem Steuer-
und Meß-Modul bestehendes Gerät.
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Figur 2 zeigt in Seitenansicht ein in seiner Halterung hingendes Primärprobengefäß
sowie die Verbindung der Halterung mit einer Transportschiene, welche die Bewegung
von Probe und Halterung in X-Richtung ermöglicht.
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Figur 3 zeigt in Seitenansicht die oberhalb bzw. unterhalb der Tellerebene
angebrachten Vorrichtungen für die Zufuhr bzw. Abfuhr der Sekundärprrobengefäße
(Meß-Küvetten).
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Figur 4 zeigt in Draufsicht einen einzelnen Drehteller samt der Anordnung
der zugehörigen Einzelvorrichtungen.
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In Figur 4a ist der Teller selbst nochmals dargestellt, während Figur
4b das Verschlußstück eines Primärprobengefäßes nach der Erfindung zeigt.
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Figur 5 zeigt nochmals eine schematisierte Seitenansicht des Drehtellers
mit zwei einander gegenüber eingehängten Küvetten, von denen eine gerade im Photometer
gemessen wird.
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Zu Figur 1: Die Modulen 1, 2 und 3 mit 3e einem Drehteller für drei
verschiedene Analytiken (Meßvorgänge) sind wie gezeigt mit ihren Längsseiten nebeneinander
gelegt; der ein Lichtleiter-Photometer enthaltende Steuer-, Meß und Auswertemodul
4 schließt sich in gleicher Weise an den letzten Analysenmodul 3 an. In Modul 1
ist die Eingabe-Pesition 5 für das Probengut im Schnittpunkt von X-BeweguAg der
Transportschiene und Drehbewegung des Tellers gezeigt. 6 bedeutet die quer über
die Modulen gespannte Transportschiene für die Primärprobe; in 7 ist eine Einsatzstelle
für die in ihrer Halterung befindliche Primärprobe gezeigt.
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Zu Figur 2: Das Primärprobengefäß 8 ist in der gezeigten Art in der
Halterung 9 aufgehängt. Diese wiederum ist über eine Drehacbse 10 und eine Dreheinrichtung
11 mit dem Transportwagen 6 verbunden. In 12 ist die Führung (mit Stabilisierungsrollen
13) des Transportwagens dargestellt, der in einem Führungsprofil 13a läuft.
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Zu Figur 3: 14 stellt den Drehteller eines der Analysenmodulen dar.
Er sitzt auf der Achse 15 eines Schrittmotors auf, welcher seine Drehbewegungen
steuert, 16 ist eine Zufuhrvorrichtung für Küvetten, welche im wesentlichen aus
einem Trum besteht, in dessen Innern die Küvetten auf wendelartig nach unten gerichteten
Bahnen ("Schnecken") 17 nach unten rutschen, bis sie an der Austrittsstelle 18 in
die Öffnung 19 des Drehtellers fallen. 20 ist eine Ausstoß- und Sammelvorrichtung
für gebrauchte Küvetten. 21 ist ein Hebestift, welcher unter der gebrauchten Küvette
nach oben fährt und diese aus ihrer Telleröffnung 22 herausdrückt. Sie
wird
dann durch die oberhalb der Tellerebene angeordnete Ablenkfuhrung 23 in den Sanunelbehälter
24 umgelenkt.
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Zu den Figuren 4, 4a und 4b: In Figur 4 ist ein Drehteller 14 eines
Einzel-Moduls zusammen mit den ihm zugeordneten Versorgungseinrichtungen (Zufuhr-,
Abfuhr- und Meßstationen) gezeigt.
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25 und 26 bedeuten jeweils Einheiten für die Reagenz-Zugabe, welche
das Reagenz A bzw. B über die Zuleitung von oben in das unter ihr in einer Telleröfftung
22 hängende Sekundärpobengefäß (Küvette) ausstößt. Es handelt sich dabei im wesentlichen
um vom Mikroprozessor des Einzelmoduls gesteuerte Diluter. 20 ist wiederum die in
Figur 3 gezeigte Ausstoß- und Sammelvorrichtung für gebrauchte Küvetten.
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27 ist ein Lichtleiter-Photometer, wobei 27a und 27b die Lichtleiterkabel
von der Lichtquelle und zum Photometer, 27c die unterhalb der Tellerebene befildlichen
Durchstrahlungs- und Meßeinrichtungen des Photometers und 27d die gemessene Küvette
bedeutet.
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in 16 ist wiederum wie in Figur 3 eine Zufuhrvorrichtung für Küvetten
gezeigt, wobei die Zuruhr diesmal über einen weiteren Drehteller erfolgt, aus dem
die Küvette in ihre eigentlichen Position im Drehteller 14 fällt, wenn sie vom oberen
Drehteller 16 genau in die Position darüber geführt worden ist.
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Figur 4a zeigt nochmals in Draufsicht einen Drehteller 14 mit den
auf seinem Umfang angeordneten Positionen für die Küvetten 22 sowie der Achse 15
des ihn steuernden Schrittmotors.
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Figur 4b zeigt die Formgebung für ein Verschluß stück eines Primärprobengefäßes,
wobei 28 den Ausgußrüssel und 29 das Steigrohr für die Luftzufuhr bezeichnet.
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Zu Figur 5: Figur 5 zeigt nochmals einen auf der Achse 15 eines Schrittmotors
aufsitzenden Drehteller 14 eines Einzel-Moduls. Es sind zwei eingehingte Küvetten
gezeigt, von denen die rechte Küvette 27d gerade in dem bereits zu Figur 4 erwähnten
Lichtleiter-Photometer 27 gemessen wird. 27a und 27b bedeuten wiederum die Lichtleiterkabel,
27c die eigentliche Durchstrahlungs-und Meßeinrichtung.