DE3619107A1 - Probenkoerper zur diskreten analyse fluessiger analysenansaetze - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Probenträger zur diskreten Analyse flüssiger Analysenansätze.

Er ist vorzugsweise einsetzbar für chemische, enzymatische und immunologische Analysen in der biologischen Forschung, der klinischen Chemie und Laboratoriumsdiagnostik, für analytische Aufgaben, z. B. in der Tier- und Pflanzenzucht, in der Mikrobiologie, der Immunbiologie und der Tropen­ medizin.

Der Probenträger wird vorwiegend dort eingesetzt, wo Proben in größerer Stückzahl mit photometrischen Methoden (kolori­ metrisch, fluorimetrisch, turbidimetrisch, nephelometrisch) untersucht werden sollen.

Mikrotiterplatten, die aus einem Verbund matrixförmig ange­ ordneter Probenaufnahmebehälter bestehen, haben den Vorteil hoher Praktikabilität hinsichtlich der Probenbeschichtung und der innerhalb der Plattenhöhe frei wählbaren, durch das Volumen des Analysenansatzes gegebenen Schichtdicke.

Sie besitzen jedoch folgende Nachteile:

Durch die unterschiedliche optische Wirkung der an Licht grenzenden freien Oberflächen in den verschiedenen Kavi­ täten ist kein konstanter optischer Strahlenverlauf ge­ geben.

Unterschiedliche adhäsive Bindungen des Analysenansatzes an den Gefäßwänden, Volumenfehler und Abweichungen der geometrischen Parameter der Einzelgefäße beeinflussen den Strahlenverlauf des Lichtes im Photometer, die Präzision der Schichtdicke und damit die Qualität der Analysen­ ergebnisse.

Die Anwendungsbreite der Mikrotiterplattee wird so erheblich eingeschränkt.

Probenträger des Mikroküvettentypes, wie sie z. B. in der DD-PS 1 07 783 beschrieben wird, haben demgegenüber den Vorteil der exakt festgelegten Schichtdicke und er­ lauben photometrische Messungen auch zu sehr geringen Probenmengen mit hoher Präzision.

Ein Nachteil dieser Küvetten besteht darin, daß durch das Fehlen der seitlichen Begrenzung bei den einzelnen Probenplätzen das Aufbringen von detergenzhaltigen Lösungen mit niedriger Oberflächenspannung große Sorgfalt erfordert. Außerdem ist die Schichtdicke auf maximal 2-3 mm begrenzt, wodurch für kolorimetrische und turbidimetrische Messungen die Untersuchung von Proben mit geringen Absorptionskoeffi­ zienten eingeschränkt ist.

Beide Küvettenarten haben den gemeinsamen Nachteil, daß sie nur sehr schwer temperierbar und damit für enzymatische Messungen nicht einsetzbar sind.

Ziel der Erfindung ist es, präzise kolorimetrische, fluori­ metrische, nephelometrische und turbidimetrische Messungen zur diskreten Analyse einer Vielzahl in einem Analysenblock angeordneter Analysenansätze zu gewährleisten und den Meß­ methoden eine hohe Anwendungsbreite zu geben.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen zugleich als Meßküvette einsetzbaren Probenträger für die Aufnahme flüssiger Proben zu entwickeln, der bei leichter Handhabbarkeit definierte, für die photometrische Analyse vorteilhafte und für alle im Probenträger befindlichen Proben übereinstimmende Schicht­ dicke gewährleistet, der auch temperierbar und leicht zu reinigen ist.

Die Aufgabe wird durch einen Probenträger zur diskre­ ten Analyse flüssiger Analysenansätze in gleichgestalteten, an einem Ende verschlossenen und in definierter Anordnung vorgesehenen Hohlräumen, die zueinander parallel verlaufende Begrenzungsebenen aufweisen, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein die Hohlräume enthaltender zentraler Körper, dessen Grund- und Deckfläche die Begrenzungsebenen der Hohlräume bilden, an der Grundfläche durch einen unteren und an der Deckfläche durch einen oberen Abschlußkörper begrentzt ist, daß in den oberen Abschlußkörper an der dem zentralen Körper zugewendeten Seite Vertiefungen eingearbeitet sind, die in einer gemeinsamen Ebene liegend, aus optisch durchlässigen Material bestehende Flächenbereiche umgrenzen, deren Zahl und Anordnung der der Hohlräume entspricht und die diese zumindest teilweise überdecken, daß der untere Abschluß­ körper die Hohlräume verschließende, in einer gemeinsamen Ebene liegende Flächenelemente aufweist, und daß sich die gemeinsamen Ebenen parallel zur Grund- und Deckfläche zu­ mindest in der Nähe der ihnen zugeordneten Flächen befinden.

In Abhängigkeit von der Oberflächenspannung der Ana­ lysenansätze sind zwei Ausführungen des oberen Abschluß­ körpers vorgesehen.

Bei der ersten berühren die durch die Vertiefungen um­ grenzten Bereiche durch Abstandshalter zwischen dem zentralen Körper und dem oberen Abschlußkörper die in den Hohlräumen befindlichen Analysenansätze so, daß diese in dem zwischen dem zentralen Körper und dem oberen Abschlußkörper befind­ lichen Teil seitlich nur durch Luft begrenzt sind.

Die andere Ausführung zieht Zapfen aus optisch durch­ lässigem Material als die durch die Vertiefungen umgrenzten Bereiche vor, die mit seitlichem Spiel teilweise in die Hohlräume ragen.

Ist ein Abschlußkörper nach der ersten Variante vor­ gesehen, ist es vorteilhaft, in der Deckfläche des zentralen Körpers Vertiefungen einzuarbeiten, die die Hohlräume mit Abstand umschließen und den Vertiefungen im oberen Abschluß­ körper im wesentlichen gegenüberliegen.

Vorteilhaft für ein leichtes Reinigen ist es, wenn der untere Abschlußkörper aus einem optisch durchlässigen, flexib­ len Material und einer dem im Bereich der Grundfläche des zen­ tralen Körpers vorhandenen Profil angepaßten Andruckplatte besteht.

Das flexible Material kann gleichzeitig mit Reaktions­ partnern für eine Analyse versehen sein.

In einer weiteren Lösung gemäß der Erfindung sind die Hohlräume als in den zentralen Körper eingelassene Rohre gleicher Länge und kalibrierten Innendurchmessern ausgebildet, deren Enden jeweils in gemeinsamen Ebenen liegen, die parallel zur Grund- und Deckfläche sich zumindest in der Nähe der zu­ geordneten Fläche befinden.

Zur Temperierung des erfindungsgemäßen Probenträgers besitzt der aus wärmeleitendem Material bestehende zentrale Körper weitere miteinander verbundene Hohlräume, die die Hohlzylinder zumindest teilweise umschließen, die mit min­ destens einem durch den zentralen Körper nach außen geführ­ ten Kanal versehen sind und die Mittel zur meß- und regel­ baren Temperierung enthalten.

Soll der Probenträger gemäß der Erfindung heizbar sein, sind mindestens die Grund- oder die Deckfläche oder eine Querschnittsfläche des zentralen Körpers mit einem strom­ leitenden Material zu überziehen, das die Hohlräume frei­ läßt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung der Einzel­ elemente eines Probenträgers gemäß der Er­ findung

Fig. 2 einen Probenträger mit oberem Abschlußkörper für Analysensubstanzen mit geringer Oberflächen­ spannung

Fig. 3 eine Seitenansicht eines temperierbaren zen­ tralen Körpers

Fig. 4 a-d Seitenansichten von Teilen eines Proben­ trägers, mit in den zentralen Körper einge­ lassenen Rohren.

Der in Fig. 1 dargestellte Probenträger besteht aus einem quaderförmigen zentralen Körper 1, dem an seiner Grund- und seiner Deckfläche 2, 3 optisch durchlässige Abschlußkörper 4, 5 benachbart sind. In die Deckfläche 3 sind als Nuten 6 ausgebildete Vertiefungen eingearbeitet, die in einer Matrix angeordnete, zylindrische Hohlräume 7 des zentralen Körpers 1 umschließen. Die Grund- und die Deckfläche 2, 3 bilden die Begrenzungsebenen der Hohlräume 7.

Von den den zentralen Körper 1 benachbarten Abschluß­ körpern 4, 5 weist der obere als Nuten 8 ausgebildete Ver­ tiefungen auf, die den Nuten 6 im wesentlichen gegenüber­ liegen und in einer gemeinsamen Ebene liegende Flächenbe­ reiche 9 umgrenzen. Der untere Abschlußkörper 4 ist zum Beispiel lösbar über mechanische oder magnetische Mittel (nicht dargestellt) oder fest am zentralen Köper 1 be­ festigt.

Zur Analyse werden in die nach unten durch den Körper 4 abgeschlossenen Hohlräume 7 flüssige Analysenansätze mit einer entsprechend angelegten Pipettiereinrichtung gefüllt, so daß konvexe Flüssigkeitsmenisken die obere Begrenzung der Hohlräume 7 überragen (Die obere Begrenzung der Hohl­ räume 7 entspricht in Fig. 1 der Deckfläche 3.).

Auf der Deckfläche 3 vorgesehene Abstandshalter 10 sind so ausgelegt, daß beim Auflegen des Abschlußkörpers 5 dieser mit den zwischen seinen Nuten 8 eingeschlossenen Flächenbereichen 9 die Flüssigkeitsmenisken berührt.

Durch die Zonenbegrenzung infolge der Nuten und die kohäsive und adhäsive Wirkung - die Analysenansätze sind im Meniskusteil seitlich durch Luft begrenzt - wird die Flüssigkeit stabil gehalten und ein Verlaufen ver­ mieden. Gleichzeitig besitzen alle sich in den Hohlzylindern befindlichen Flüssigkeitssäulen eine konstante Schicht­ dicke durch ihren oberen Abschluß.

Der Probenträger wird in ein entsprechend ausge­ legtes Photometer eingelegt, wo eine sukzessive oder gleichzeitige Analyse erfolgt. Die Anwendung des Types des oberen Abschlusses gemäß Fig. 1 setzt eine ausreichende Oberflächenspannung der zu untersuchenden Flüssigkeiten voraus.

Ist diese nicht vorhanden, findet die in Fig. 2 dar­ gestellte technische Lösung gemäß der Erfindung Anwendung, bei der die Vertiefung im oberen Abschlußkörper 5 so ge­ staltet sind, daß Zapfen 11 mit in einer Ebene liegenden Begrenzungsflächen 12 gebildet werden. Die weitere Be­ grenzung des zentralen Körpers 1 wird durch einen Abschluß­ körper gebildet, der aus einer planparallelen Platte 13 und einer Andruckplatte 14 besteht. Zusätzliche Dichtungs­ elemente 15 verhindern ein Auslaufen und ein Vermischen der Analysenansätze.

Diese Lösung des unteren Abschlusses ist auch bei der in Fig. 1 dargestellten Lösung anwendbar.

Durch Eintauchen der Zapfen 11 in die in die Hohl­ räume 7 eingefüllte Analysensubstanz wird durch den Abstand der Begrenzungsflächen 12 zur Grundfläche 2 die wirksame Schichtdicke der zu photometrierenden Substanz bestimmt. Ein seitliches Spiel der Zapfen 11 zu den Wänden der Hohl­ räume 7 ermöglicht ein Verdrängen von überschüssiger Sub­ stanz.

Die Füllhöhe der Analysensubstanz muß so gewählt wer­ den, daß beim Eintauchen der Zapfen 11 in die Flüssigkeit ein Überlaufen vermieden wird.

Durch die Verwendung von verschiedenen oberen Ab­ schlußkörpern 5 die untereinander Zapfen 11 mit unter­ schiedlicher Länge aufweisen, können mit dem gleichen zen­ tralen Körper unterschiedliche Schichtdicken realisiert werden.

Der in Fig. 3 dargestellte zentrale Körper 1 weist zur Probentemperierung die Hohlräume 7 zumindest teilweise umschließende weitere Hohlräume 16 auf, die untereinander verbunden sind (nicht dargestellt). Die Hohlräume 16 können für den Durchfluß von Temperierflüssigkeit oder zur Auf­ nahme von Heiz- und Temperaturmeßeinrichtungen ausgebildet sein. Kanäle 17, 18, die mit den Hohlräumen 16 verbunden sind, dienen als Zu- oder Abfluß oder als Zuleitungs­ öffnungen für elektrische Leitungen. Eine weitere Möglich­ keit zur Temperierung der Probe ergibt sich, indem die Grund- und/oder die Deckfläche bzw. eine oder mehrere Quer­ schnittsflächen mit einem stromleitenden Material überzogen sind, das die Hohlräume freiläßt.

In Fig. 4 a-d sind die Hohlräume 7 als in den zen­ tralen Körper eingelassene Rohre 19 ausgebildet, deren Rohrenden 20, 21 jeweils gemeinsame, nicht dargestellte Ebenen bilden, die parallel zur Grund- und zur Deckfläche 2, 3 liegen. Die gemeinsamen Ebenen fallen entweder mit der Grund- bzw. der Deckfläche 2, 3 zusammen (a) oder sie sind versetzt dazu angeordnet (b-d). Während bei der Lösung gemäß Fig. 4a in der Deckfläche 3, wie bereits in Fig. 1 dargestellt, Nuten 6 eingearbeitet sind, wird eine diesen Nuten 6 entsprechende Wirkung durch die Erhabenheit der Rohrenden 21 gegenüber der Deckfläche 3 (Fig. 3 b-d) er­ zielt.

Durch die Versetzung der durch die Rohrenden 20 ge­ bildeten Ebene gegenüber der Grundfläche 2 wird eine Profil­ bildung erreicht, die es gestattet, einen unteren Abschluß­ körper einzusetzen, der aus einem als Folie 22 ausgebildeten optisch durchlässigen, flexiblen Material und einer dem Profil angepaßten Andruckplatte 23 zusammengesetzt ist. Die Folie 22 wird durch die Andruckplatte 23, die Rohre 19 abdichtend, an das Profil des Grundkörpers 1 angelegt, wobei die Andruckplatte 23 mechanisch oder magnetisch befestigt wird.

Diese Lösung gestattet ein einfaches Reinigen des Probenkörpers durch Entfernen der Folie 22 und durch Ein­ satz einer neuen. Im Bedarfsfall ist es möglich, die Folie 22 an der dem zentralen Körper zugewandten Fläche, mindestens an den die Rohre 19 verschließenden Flächenteilen, mit Reaktionspartnern für eine Analyse zu versehen.

Claims (9)

1. Probenträger zur diskreten Analyse flüssiger Analysen­ ansätze in gleichgestalteten, an einem Ende verschlos­ senen und in definierter Anordnung vorgesehenen Hohl­ räumen, die zueinander parallel verlaufende Begrenzungs­ ebenen aufweisen, gekennzeichnet dadurch, daß ein die Hohlräume enthaltender zentraler Körper, dessen Grund- und Deckfläche die Begrenzungsebenen der Hohlräume bil­ den, an der Grundfläche durch einen unteren und an der Deckfläche durch einen oberen Abschlußkörper begrenzt ist, daß in den oberen Abschlußkörper an der dem zen­ tralen Körper zugewendeten Seite Vertiefungen einge­ arbeitet sind, die in einer gemeinsamen Ebene liegende, aus optisch durchlässigem Material bestehende Flächen­ bereiche umgrenzen, deren Zahl und Anordnung der der Hohlräume entspricht und die diese zumindest teilweise überdecken, daß der untere Abschlußkörper die Hohlräume verschließende, in einer gemeinsamen Ebene liegende Flächenelemente aufweist, und daß sich die gemeinsamen Ebenen parallel zur Grund- und Deckfläche zumindest in der Nähe der ihnen zugeordneten Flächen befinden.

2. Probenträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die durch die Vertiefungen umgrenzten Bereiche durch Abstandshalter zwischen dem zentralen Körper und dem oberen Abschlußkörper die in den Hohlräumen befindlichen Analysenansätze so berühren, daß die Analysenansätze in dem zwischen dem zentralen Körper und dem oberen Ab­ schlußkörper befindlichen Teil seitlich nur durch Luft begrenzt sind.

3. Probenträger nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die durch die Vertiefungen umgrenzten Bereiche Zapfen aus optisch durchlässigem Material sind, die mit seitlichem Spiel teilweise in die Hohlräume ragen.

4. Probenträger nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß in der Deckfläche des zentralen Körpers Vertiefun­ gen vorgesehen sind, die die Hohlräume mit Abstand um­ schließen und den Vertiefungen im oberen Abschlußkörper im wesentlichen gegenüberliegen.

5. Probenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn­ zeichnet dadurch, daß der untere Abschlußkörper aus einem optisch durchlässigen, flexiblen Material und einer einem im Bereich der Grundfläche des zentralen Körpers vorhandenen Profil angepaßten Andruckplatte besteht.

6. Probenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekenn­ zeichnet dadurch, daß die Hohlräume als in den zentralen Körper eingelassene Rohre gleicher Länge und kalibrier­ ten Innendurchmessern ausgebildet sind, deren Enden je­ weils in gemeinsamen Ebenen liegen, die parallel zur Grund- und Deckfläche sich zumindest in der Nähe der zugeordneten Fläche befinden.

7. Probenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet dadurch, daß der zentrale Körper aus wärme­ leitendem Material besteht und weitere miteinander ver­ bundene Hohlräume besitzt, die die Hohlzylinder zumindest teilweise umschließen, die mit mindestens einem durch den zentralen Körper nach außen geführten Kanal versehen sind und die Mittel zur meß- und regelbaren Temperierung enthalten.

8. Probenträger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekenn­ zeichnet dadurch, daß mindestens die Grund- oder die Deckfläche oder eine Querschnittsfläche der zentralen Körper mit einem stromleitenden Material überzogen sind, das die Hohlräume freiläßt.

9. Probenträger nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß der aus einem optisch durchlässigen, flexiblen Material bestehende Teil des Abschlußkörpers an seiner dem zentralen Körper zugewandten Fläche mit Reaktions­ partnern für eine Analyse versehen ist.