HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Reagenzabgabeanordnung für ein
automatisches Probenanalysesystem. Querverweise erfolgen
dabei auf drei andere, gleichzeitig anhängige verwandte
Anmeldungen, die auf denselben Erwerber übertragen wurden:
eine Anmeldung mit dem Titel "Automatic Specimen Analyzing
System", veröffentlicht unter Nr. WO 87/00084, eine zweite
Anmeldung mit dem Tiel "Tower for Analyzing System",
veröffentlicht unter der Nr. WO 87/00087, und eine dritte
Anmeldung mit dem Titel "Tray for Analyzing System",
veröffentlicht unter Nr. WO 87/00083.
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Die Erfindung betrifft eine Reagenzabgabeanordnung zur
Verwendung in einem automatischen Probenanalysesystem, wobei
die Bedienertätigkeit gegenüber derzeit verfügbaren Systemen
erheblich verringert ist. Nachdem der Bediener die
Probenschalen in das System geladen hat, werden verschiedene
Vorgänge einschließlich Inkubation nach Inokulation, die Zugabe
von Reagenzien und die Analyse der Probe nach der Inkubation
sämtlich automatisch ohne weitere bedienerseitige Eingriffe
durchgeführt. Ein Prozessor vom Rechnertyp steuert das
System, so daß die verschiedenen Vorgänge in der richtigen
Reihenfolge durchgeführt werden, und die Ergebnisse der
Analyse werden unter spezieller Bezugnahme auf die analysierte
Probe aufgezeichnet.
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Die Automatisierung in der Mikrobiologie im klinischen Labor
hinkt weit hinter der Chemie und der Hämatologie her.
Derzeit werden jedoch von der Industrie große Anstrengungen
unternommen, um dieses Gebiet weiterzuentwickeln. Die am
besten bekannten Vorrichtungen zur Durchführung von
automatisierten Tests auf antimikrobielle Empfindlichkeit
verwenden
optische Nachweisverfahren. Eine Durchlaufvorrichtung
zum Nachweis von Teilchen einer Größe von 0,5 µm oder
kleiner ist seit 1970 auf dem Markt; aber möglicherweise wegen
ihrer hohen Kosten wird sie nicht umfassend im Labor
eingesetzt. Andere Vorrichtungen, die mit Laserlichtquellen
arbeiten, wurden ebenfalls vorgeschlagen, haben sich jedoch
als industriell nicht praktikabel erwiesen. Seit einiger
Zeit richtet sich die größte Aufmerksamkeit auf drei
Vorrichtungen, die nachstehend erörtert werden.
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Das System Pfizer Autobac 1 (US-PS Nr. Re 28 801, neu
ausgegeben am 4. Mai 1976) mißt relatives bakterielles Wachstum
durch Lichtstreuung unter einem unveränderlichen Winkel von
35º. Es umfaßt zwölf Testkammern und eine Kontrollkammer in
einer Kunststoffvorrichtung, die eine Vielzahl von jeweils
aneinandergrenzenden Küvetten bildet. Antibiotika werden in
die Kammern durch getränkte Papierscheiben eingeführt. Das
Meßgerät für antimikrobielle Empfindlichkeit ist mit einem
Inkubator, einer Schütteleinrichtung und einem
Scheibenspender ausgestattet. Die Resultate werden als
Lichtstreuungsindex (LSI) ausgedrückt, und diese Zahlen werden mit den
MIC-Messungen nach Kirby-Bauer "empfindlich, Zwischenwert,
resistent" in Beziehung gesetzt, die bei diesem Instrument
routinemäßig nicht verfügbar sind (MIC = kleinste hemmende
Konzentration). Bei einem Vergleich mit Empfindlichkeiten
von klinischen Isolaten, die nach der Kirby-Bauer-Methode
gemessen wurden, gab es eine Übereinstimmung von 91 %. Es
wurde jedoch gefunden, daß bei diesem System einige
Kombinationen von Bakterienstämmen/Arzneistoffen einen
resistenten Kirby-Bauer-Zonendurchmesser und gleichzeitig einen
empfindlichen LSI produzieren.
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Das Auto Microbic System wurde von McDonnell-Douglas
entwickelt, um Identifikations-, Auszählungs- und
Empfindlichkeits-Untersuchungen an neun Harntrakt-Krankheitserregern
durchzuführen, wobei eine Kunststoffplatte verwendet wird,
die ein Feld von 4 x 5 Vertiefungen enthält. (Siehe Gibson
et al., US-PS 3 957 583; Charles et al., US-PS 4 118 280;
und Charles et al., US-PS 4 116 775.) Die Probe wird in die
kleinen Vertiefungen mittels Unterdruck gesaugt, und das
Instrument überwacht die Änderung des optischen
Absorptionsvermögens und der Streuung mit lichtemittierenden Dioden und
einem Feld von optischen Sensoren. Eine mechanische
Einrichtung bewegt jede Platte in einen Detektierschlitz in
ununterbrochener Folge, so daß jede Platte mit der
Geschwindigkeit von einer Platte pro Stunde abgetastet wird, und ein
eingebauter Digitalrechner speichert die optischen Daten.
Das System verarbeitet entweder 120 oder 240 Proben
gleichzeitig. Der Status jedes Tests kann über eine
Bildschirm/Tastatur-Konsole abgefragt werden, und von jeder
Bildschirmanzeige kann eine Hartkopie erstellt werden. Wenn das System
ausreichend bakterielles Wachstum detektiert, um ein
gültiges Resultat zu ermöglichen, löst es automatisch einen
Ausdruck aus. Nach der Identifikation in vier bis dreizehn
Stufen überträgt ein Techniker positive Kulturen zu einem
weiteren System, das einen Test auf antimikrobielle
Empfindlichkeit durchführt. Die Resultate werden als "R"
(resistent) und "S" (empfindlich) wiedergegeben;
quantitative MIC-Daten werden jedoch nicht geliefert.
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Es ist zu beachten, daß die US-PS 3 957 583 von Gibson et
al. keine Automatisierungsverfahren umfaßt, sondern die
Prüfung mit bloßem Auge oder mit einem manuell betätigten
Kolorimeter anwendet. Die Abtastung ist daher ein manueller
oder ein mechanischer Vorgang. Die US-PS'en 4 116 775 und
4 118 280 von Charles et al. benötigen ebenfalls eine
mechanische Bewegung ihrer Kassette, um die verschiedenen Reihen
zu messen.
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Das System Abbot MS-2 besteht aus Kammern, die aus elf
aneinandergrenzenden Küvetten bestehen. Ähnlich wie der Pfizer
Autobac 1 werden die antimikrobiellen Verbindungen durch
imprägnierte Papierscheiben eingeführt. Ein Impfmaterial, das
aus einer Suspension von Organismen von verschiedenen
Kolonien
besteht, wird in das Kulturmedium eingeführt, und die
Küvettenpatrone wird mit dieser Suspension gefüllt. Der
Bediener setzt die Küvettenpatrone in ein Analysemodul ein,
das acht Patronen aufnehmen kann (weitere Module können dem
System zugefügt werden). Nach Bewegen der Patrone überwacht
das Instrument die Wachstumsrate durch Trübungsmessung. Wenn
die logarithmische Wachstumsphase eintritt, überführt das
System automatisch die Nährlösung zu den elf
Küvettenkammern; zehn dieser Kammern enthalten antimikrobielle
Scheiben, während die elfte eine Wachstums-Kontrolle ist.
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Die Vorrichtung führt Messungen in Abständen von fünf
Minuten durch und speichert die Daten in einem Mikroprozessor.
Nach einer vorgegebenen Zunahme der Turbidität in der
Wachstums-Kontrolle ermittelt der Prozessor eine Wachstumsrate-
Konstante für jede Kammer. Ein Vergleich der
antimikrobiellen Wachstumsrate-Konstanten und der Kontroll-Wachstumsrate-
Konstanten bildet die Grundlage für
Empfindlichkeitsberechnungen. Der Ausdruck liefert Resultate entweder als
resistent oder empfindlich, und wenn es sich um einen
Zwischenwert handelt, wird die Empfindlichkeits-Information als eine
MIC (kleinste hemmende Konzentration) ausgedrückt.
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Nichtoptische Verfahren werden ebenfalls angewandt oder sind
vorgeschlagen worden, um die antimikrobielle Empfindlichkeit
bei dem Empfindlichkeitstest zu messen. Diese umfassen die
Radiorespirometrie, elektrische Impedanz, Biolumineszenz und
Mikrokalorimetrie. Die Radiorespirometrie, die auf dem
Prinzip beruht, daß Bakterien Kohlenhydrate umsetzen und der
Kohlenhydrat-Kohlenstoff nach seiner Freisetzung als CO&sub2;
nachgewiesen werden kann, umf aßt den Einbau des Isotops Cl4
in Kohlenhydrate. Freigesetztes C¹&sup4;O&sub2;-Gas wird eingefangen,
und beta-Zähltechniken werden angewandt, um das Isotop
nachzuweisen.
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Die größte Schwierigkeit bei der Anwendung des Isotopen-
Nachweissystems für den Empfindlichkeitstest ist jedoch, daß
ein antimikrobielles Mittel fähig sein kann, das Wachstum
einer Spezies von Bakterien zu unterbrechen, während
gleichzeitig die Umsetzung von Kohlenhydrat weitergehen kann.
Weniger wahrscheinlich ist, daß ein bestimmter Arzneistoff
die Stoffwechselabläufe, die bestimmte Kohlenhydrate
umsetzen, abstellt, das Wachstum aber weitergehen kann. Diese
Trennung zwischen Stoffwechsel und Zellwachstum
unterstreicht die Tatsache, daß Messungen zum Nachweis der
antimikrobiellen Empfindlichkeit von einer Bestimmung der
Zellmasse oder der Zellanzahl und nicht des Stoffwechsels
abhängen sollten.
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Das mit elektrischer Impedanz arbeitende System basiert
darauf, daß Bakterienzellen eine niedrige Nettoladung und
eine höhere elektrische Impedanz als das umgebende
elektrolytische Bakterienkulturmedium haben. Eine Impuls-Impedanz-
Zellzählreinrichtung kann verwendet werden, um die Zellen zu
zählen; aber verfügbare Zähleinrichtungen sind nicht zur
automatischen Handhabung von Chargen von Proben ausgelegt
und haben im allgemeinen nicht die Fähigkeit, zwischen
lebenden und toten Bakterienzellen zu unterscheiden.
Ein weiterer Versuch mit elektrischer Impedanz besteht in
der Überwachung der Änderung der Leitfähigkeit des
Kulturmediums während der Wachstumsphase von Bakterien. Während
Bakterien die Nährstoffe verwerten, produzieren sie
Stoffwechselprodukte, die einen höheren Grad an elektrischer
Leitfähigkeit als die ursprüngliche Nährlösung haben, so daß
mit fortschreitendem Stoffwechsel die Impedanz ansteigt. Da
dieses Verfahren jedoch den Zellstoffwechsel und nicht die
Zellmasse mißt, ist seine Anwendung zum Nachweis der
antimikrobiellen Empfindlichkeit mit dem gleichen Nachteil wie
die Radiorespirometrie behaftet.
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Biolumineszenz ist ebenfalls zum Nachweis von
Mikroorganismen vorgeschlagen worden. Sie beruht auf dem Prinzip, daß
eine nahezu universelle Eigenschaft lebender Organismen die
Speicherung von Energie in Form von energiereichen
Phosphaten (Adenosintriphosphat bzw. ATP) ist, die durch Reaktion
mit Leuchtkäfer-Luciferase nachgewiesen werden kann. Die
Reaktion resultiert in der Emission von Lichtenergie, die
mit hoher Empfindlichkeit durch elektronische Lichtwandler
nachweisbar ist. Ein klinisches Labor kann zwar ein
Biolumineszenz-System erhalten, um das Vorhandensein von
Bakterien in Urin nachzuweisen, aber das Verfahren ist wegen
der begrenzten Verfügbarkeit von Leuchtkäfer-Luciferase
teuer, und bei der Standardisierung des Systems sind
Probleme aufgetreten.
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Mikrokalorimetrie ist die Messung kleinster Wärmemengen, die
durch Bakterienstoffwechsel erzeugt werden. Das Prinzip
zeigt zwar gewisse Vorteile, aber Laboratorien haben ein
solches System bisher nicht angenommen, weil ein
schwerwiegender Nachteil darin besteht, daß das System die
Stoffwechselaktivität und nicht die Masse oder Zahl von Bakterien
mißt.
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In der US-Patentanmeldung Serial-Nr. 082 228, angemeldet am
5. Okt. 1979 von Wertz, Hathaway und Cook, nunmehr US-PS
4 448 534, erteilt am 15. Mai 1984, übertragen auf den
Übertragungsempf änger der vorliegenden Erfindung, sind eine
automatische Abtastvorrichtung zur Durchführung von
optischen Dichtetests an flüssigen Proben sowie Methoden zum
Testen der antibiotischen Empfindlichkeit und zur
Identifikation von Mikroorganismen angegeben. Die Vorrichtung der
früheren Anmeldung umfaßt ein System zum automatischen
elektronischen Abtasten jeder Vertiefung einer
Vielfachvertiefungs-Schale, die viele flüssige Proben enthält. Eine
Lichtquelle, bevorzugt eine einzige Lichtquelle, wird durch
die Vertiefungen zu einer Anordnung von lichtempfindlichen
Zellen, jeweils einer für jede Vertiefung, geleitet. Ferner
gibt es eine Kalibrier- oder Vergleichszelle, die das Licht
empfängt. Elektronische Einrichtungen lesen jede Zelle
nacheinander rasch ab und führen die Abtastung ohne
physische
Bewegung irgendwelcher Teile zu Ende. Die
resultierenden Signale werden mit den Signalen von einer
Vergleichszelle und mit weiteren Signalen oder gespeicherten Daten
verglichen, und Feststellungen werden getroffen und entweder
angezeigt oder ausgedruckt.
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Ein System der in der früheren Anmeldung beschriebenen Art
wird unter den Warenzeichen "MicroScan" und "autoSCAN-3" von
der American Scientific Products Division von American
Hospital Supply Corporation, McGraw Park, Illinois,
vertrieben.
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Eine Beschreibung des MicroScan-Systems findet sich in einem
diesbezüglichen Prospekt, der 1981 veröffentlicht wurde.
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Das MicroScan-System repräsentiert zwar einen wesentlichen
Fortschritt bei der Automatisierung der mikrobiologischen
Analyse, aber es wird immer noch ein Bediener benötigt, um
Vorgänge wie die Inkubation, die Zugabe von Reagenzien und
das Einführen für den Vorgang der automatischen Abtast-
Analyse auszuführen. Anders ausgedrückt muß bei dem derzeit
verwendeten MicroScan-System ein Bediener folgende Vorgänge
ausführen: Anordnen der Schale in einem geeigneten System
zur Inkubation für den gewünschten Zeitraum, und nach der
Inkubation die Zugabe von Reagenzien und das Einbringen der
Schale in den Analysator. Bei einer zu beschreibenden
Ausführungsform werdem alle diese Vorgänge nach dem Einsetzen
der Schale in das System vollständig und automatisch
ausgeführt.
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Zu diesem Zweck ist es notwendig, gewünschte Mengen von
einem einer Vielzahl von Reagenzien, die in einer
Reagenzabgabeanordnung enthalten sind, selektiv zu verabreichen.
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In der US-PS 4 458 544, die am 10. Juli 1984 ausgegeben
wurde, wurde eine Vorrichtung zum Zuführen von
aufeinanderfolgenden Proben eines fließfähigen Materials aus einer
Vielzahl von Probenbehältern zu einer einzigen Probenkammer
vorgeschlagen.
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Die Vorrichtung umfaßt eine Abgabestationl eine Vielzahl von
Reagenzvorratsbehältern (115), die der Abgabestation (116)
zugeordnet sind, wobei jeder Reagenzvorratsbehälter (115)
einen Plunger (121) hat, der in dem zugehörigen
Behälterkörper (120) gleitet, eine Einrichtung zum Positionieren
eines gewünschten der Reagenzvorratsbehälter (115) an der
Abgabestation (116), um eine Reagenzmenge daraus abzugeben,
und einen Amboß (137), der auf den Plunger (121) des
Reagenzvorratsbehälters (115), der sich in der Position zur
Abgabe der Reagenzmenge befindet, einwirkt.
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Eine solche Vorrichtung erlaubt jedoch nicht die
aufeinanderfolgende dosierte Abgabe von Reagenzien ungeachtet der
Position des Plungers. Es gibt kein Steuersystem, das die
Endposition des Plungers nach Maßgabe der gewünschten
Reagenzmenge bestimmt. Tatsächlich hat die bekannte Vorrichtung
das Ziel, Proben abzugeben, und es spielt kaum eine Rolle,
ob jede Probe quantitativ den anderen gleicht oder nicht.
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Bei der Anordnung gemäß der Erfindung dagegen ist eine
Erfassungseinrichtung vorgesehen, um den Eingriff zwischen dem
Amboß und dem Plunger zu erfassen, und außerdem ist ein
Steuersystem vorgesehen, das aufgrund der Erfassung dieses
Eingriffs den Amboß veranlaßt, den Plunger zu einer Position
zu bewegen, bei der eine gewünschte dosierte Reagenzmenge
abgegeben wird.
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Ausführungsformen, die sowohl die Erfindung als auch
zugehörige Vorrichtungen veranschaulichen, werden nachstehend
unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben; in den Zeichnungen zeigen:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung eines automatischen
Systems zum Analysieren von Proben;
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Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Schalenturms
der Art, wie er in der Vorrichtung von Fig. 1
verwendet wird;
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Fig. 3 eine schematische Perspektivansicht einer Proben-
Behälterschale, die in der Vorrichtung von Fig. 1
verwendbar ist;
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Fig. 4 eine Perspektivansicht eines Abdeckelements zur
Verwendung mit der Proben-Behälterschale von Fig.
3;
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Fig. 5 einen Querschnitt einer Proben-Behälterschale, die
einen Schalenbehälter gemäß Fig. 3 und ein
Abdeckelement gemäß Fig. 5 aufweist;
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Fig. 6 einen Querschnitt eines Abdeckelements von Fig. 5
senkrecht zu der Richtung des Querschnitts von
Fig. 5;
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Fig. 7 eine schematische Perspektivansicht der Karussell-
und Abtastanordnung;
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Fig. 8 eine Explosionsansicht der Karussell- und
Abtastanordnung;
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Fig. 9 eine genauere Explosionsansicht des Abtastsystems;
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Fig. 10 eine teilweise Perspektivansicht, die den Betrieb
der Schalenbewegungseinrichtung zeigt;
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Fig. 11 teilweise im Querschnitt eine seitliche
Teildarstellung, die den Betrieb der
Schalenbewegungseinrichtung zeigt;
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Fig. 12 eine seitliche Teildarstellung wie in Fig. 11 in
einer späteren Phase des Schalenbewegungsvorgangs;
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Fig. 13 eine seitliche Teildarstellung wie in Fig. 11 in
einer noch späteren Phase des
Schalenbewegungsvorgangs;
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Fig. 14 eine seitliche Teildarstellung wie in Fig. 11 in
einer nochmals späteren Phase des
Schalenbewegungsvorgangs;
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Fig. 15 eine Perspektivansicht einer Abgabeeinrichtung,
die die Erfindung verdeutlicht;
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Fig. 16 eine Explosionsansicht einer Abgabeeinrichtung.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein automatisches System l0
zum Analysieren von Proben schematisch gezeigt. Das System
10 ist ausgebildet, um biologische Proben zu analysieren,
die selektiv nach Wunsch behandelt worden sind. Die Proben
sind in Probenschalenanordnungen 17 angeordnet, die jeweils
eine Behälterschale 18 aufweisen, wobei jede Behälterschale
18 eine Vielzahl der Proben enthält. Das System 10 ist
ausgebildet, um nach dem Einbringen der
Probenschalenanordnungen 17 durch den Bediener in das System 10 Vorgänge
wie die Zugabe von Reagenzien, die Inkubation und die
Analyse automatisch auszuführen.
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Die Probenschalenanordnungen 17 werden von dem Bediener in
eine Vielzahl von Probenschalen-Haltetürmen 11 eingebracht.
Die genaue Zahl der in dem System verwendeten Türme kann
willkürlich vorgegeben werden. Das System eignet sich jedoch
besonders zur Verwendung mit einer Vielzahl von solchen
Türmen 11. Eine Arbeitsstation 12 ist in Zuordnung zu den
Schalentürmen 11 angoerdnet, um die Proben in den von den
Türmen 11 gehalterten Schalen selektiv zu behandeln oder zu
analysieren. Eine selektiv betätigbare
Schalenbewegungseinrichtung 13 ist an der Arbeitsstation abgestützt und
dient dazu, eine Behälterschale 18 aus dem Schalenhalteturm
11 zu entnehmen und sie zu der Arbeitsstation 12 zu bewegen.
Die Schalenbewegungseinrichtung 13 dient auch dazu, die
Behälterschale 18 wieder in den Schalenhalteturm 11
einzusetzen. Eine Reagenszuführeinrichtung 14 hat einen
entfernten, damit verbundenen Abgabekopf 15, der von der
Arbeitsstation 12 gehaltert ist. Die Reagenszuführeinrichtung 14
ist selektiv betätigbar, um eine gewünschte Menge von
wenigstens einem Reagens jeweils gewünschten der Proben in der
Schale durch den entfernten Abgabekopf 15 zu verabreichen.
Ein Steuersystem 16 steuert das gesamte automatische
Probenanalysesystem 10.
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Die gegenüber der Umgebung empfindlichen Elemente des
automatischen Abtast-Analysesystems 10 sind bevorzugt von einem
Gehäuse H umgeben und umschlossen. Diese Elemente umfassen
die Schalentragtürme 11, die Arbeitsstation 12, die
Schalenbewegungseinrichtung 13, die Reagenszuführeinrichtung 14 und
die entfernte Abgabeeinrichtung 15. Diese Komponenten können
zwar in einem umgebungsmäßig kontrollierten Raum ohne ein
Gehäuse verwendet werden, es ist aber daran gedacht, daß das
automatische Probenanalysesystem 10 ein solches Gehäuse
aufweisen kann, um die Temperatur und Feuchtigkeit zu steuern,
um eine ordnungsgemäße Inkubation der Proben zu erreichen.
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Eine Einrichtung E zum Kontrollieren der Umgebung ist mit
dem Gehäuse H verbunden, um die Temperatur und Feuchtigkeit
innerhalb des Gehäuses einzustellen. Die Einrichtung zum
Kontrollieren der Umgebung weist konventionelle Mittel auf,
um die Feuchtigkeit und Temperatur der Atmosphäre innerhalb
des Gehäuses H zu kontrollieren. Es wird zwar bevorzugt, daß
das Gehäuse H sowohl den Arbeitsstations- und
Schalenturmbereich als auch den entfernten Abgabebereich umschließt,
aber das Gehäuse kann, falls gewünscht, auch nur den
Arbeitsstations- und den Schalenturmbereich umschließen.
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Das Gehäuse ist mit ein oder mehr Zugangstüren (nicht
gezeigt) ausgebildet, um dem Bediener zu ermöglichen, den
Schalenturm 11 aus dem Analysesystem 10 zu entfernen. Zu
Wartungszwecken kann das Gehäuse vollkommen von dem System
abnehmbar ausgebildet sein. Falls gewünscht, kann die
Kontrolleinrichtung 16 in das Gehäuse eingebaut sein, und das
Gehäuse H kann ein Anzeigefeld wie etwa ein LED-Feld D
aufweisen. Falls gewünscht, können verschiedene andere Meß- und
Anzeigeeinrichtungen an dem Gehäuse H angebracht sein.
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Die Arbeitsstation 12 weist ferner eine Analysiereinrichtung
auf, um wenigstens eine optische Eigenschaft von gewünschten
der Proben in der Schale zu bestimmen. Ein Steuersystem 16
ist ausgebildet, um die Schalenbewegungseinrichtung 13
sequentiell zu betätigen, so daß jede der Schalen wenigstens
sequentiell zu der Arbeitsstation 12 bewegt wird zur
Verabreichung des Reagens durch die Reagenszuführeinrichtung 14,
dann zu dem Schalenhalteturm 11 zurückgebracht und dort für
eine gewünschte Inkubationszeit gehalten wird. Danach
veranlaßt das Steuersystem 16 die Schale, aus dem Schalenturm
11 entfernt und zur Analyse zu der Arbeitsstation
zurückgebracht zu werden. Das Steuersystem 16 veranlaßt dann die
Schalenbewegungseinrichtung, die Behälterschale 18 zu dem
Schalenhalteturm 11 zurückzubringen, aus dem sie von dem
Bediener zur Aufbewahrung oder Entsorgung entnommen werden
kann.
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Die Probenschalenanordnung 17 selbst ist zwar in Fig. 1
nicht gezeigt, sie wird aber nun im einzelnen unter
Bezugnahme auf die Fig. 2-6 beschrieben. Die
Probenschalenanordnung 17 weist eine Anordnung auf, die zur Verwendung in dem
auutomatischen System 10 zur Analyse der Proben ausgebildet
ist.
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Jede Probenschalenanordnung 17 ist ausgebildet, um eine
Vielzahl einzelner Proben zu enthalten. Die
Probenschalenanordnung 17 weist eine Behälterschale 18 auf, die eine
Vielzahl
von Mikroküvetten 19 hat, die in einem beabstandeten
gitterähnlichen Muster angeordnet sind. Die Behälterschale
18 ist in Fig. 3 am besten zu sehen und entspricht den
MicroScan-Probenschalen, wie sie in dem eingangs angegebenen
Stand der Technik beschrieben sind. Ein Abdeckelement 20 ist
ausgebildet, um auf einer oberen Oberfläche 21 der
Behälterschale 18 zu sitzen. Das Abdeckelement 20 ist unter
Bezugnahme auf die vorgenannten Fig. 2, 4, 5 und 6 deutlich zu
sehen. Das Abdeckelement 20 weist Streifen- bzw.
Laschenbereiche 22 und 23 auf, die sich in der Ebene der Abdeckschale
20 von einem ersten und einem entgegengesetzten Rand 24 und
25 des Elements nach außen erstrecken. Die Streifenbereiche
22 und 23 sind dazu ausgebildet, die Bewegung des
Abdeckelements 20 beim Einsetzen der Schalenanordnung 17 in den
Schalenturm 11 so zu steuern, daß die Behälterschale 18 aus
dem Schalenturm 11 ohne das Abdeckelement 20 leicht
entnehmbar ist. Das Abdeckelement verbleibt in dem Schalenturm, so
daß die vorher erwähnten Vorgänge der Zugabe von Reagens
oder der Analyse ohne weiteres an den Proben in der
Behälterschale 18 durchgeführt werden können.
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Das Abdeckelement 20 weist außerdem eine Einrichtung zum
automatischen Zentrieren der Behälterschale 18 relativ zu
dem Abdeckelement 20 auf, um für einen richtigen Sitz des
Abdeckelements auf der Behälterschale zu sorgen. Gemäß Fig.
5 weist die Zentriereinrichtung bevorzugt eine Aussparung 26
in einer Unterseite 27 des Abdeckelements 20 mit einer
ersten Umfangswand 28 auf. Die erste Umfangswand 28 ist
ausgebildet, um um eine zweite Umfangswand 29 der
Behälterschale 18 herum fest zu sitzen. Die Zentrierwirkung ergibt sich
durch Neigen der ersten Umfangswand 28 in dem Abdeckelement
20 zur Innenseite des Umfangs hin, so daß, wenn das
Abdeckelement 20 gegen eine fehlausgefluchtete Behälterschale 18
gedrängt wird, die schräge erste Umfangswand 28 auf die
zweite Umfangswand 29 der Behälterschale 18 einwirkt, um die
Behälterschale in bezug auf das Abdeckelement zu zentrieren
und auszufluchten. Diese Zentrierfähigkeit der
Schalenanordnung
spielt eine wichtige Rolle im Hinblick auf die richtige
Entnahme und Wiedereinführung der Behälterschale 18 in den
Schalenturn 11. Diese Funktion wird später noch im einzelnen
beschrieben. Der richtige Sitz des Abdeckelements 20 über
der Behälterschale 18 ist wichtig, um sicherzustellen, daß
keine unerwünschte Verdunstung des Inhalts der Küvetten 19
in der Behälterschale 18 stattfindet.
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Das Abdeckelement 20 weist bevorzugt Verstärkungsrippen 30
auf, die wie gezeigt allgemein parallel zueinander entlang
einer Oberseite 31 des Abdeckelements 20 angeordnet sind und
sich in Längsrichtung zwischen den jeweiligen
Streifenbereichen 22 und 23 erstrecken. Eine Vielzahl von solchen
Verstärkungsrippen 30 wird verwendet, um das Abdeckelement fest
auszubilden, so daß es elastisch gegen die Behälterschale 18
gedrängt werden kann, um eine wirksame Abdichtung gegen
Verdunstung zu bilden, wie noch im einzelnen beschrieben wird.
Die Verstärkungsrippen 30 verhindern daher ein Verbiegen
oder Wölben des Abdeckelements 20. Es wird bevorzugt, ein
solches Wölben des Abdeckelements 20 zu vermeiden, um die
Verdunstung zu verringern und eine gegenseitige Störung mit
der Behälterschale 18 während ihrer Entnahme aus dem
Schalenturm 11 zu verhindern.
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Bei einer speziellen Ausführungsform weist jede
Behälterschale 18 96 Küvetten oder Viertiefungen 19 auf. Außerdem
kann jede Behälterschale 18, wie Fig 3 zeigt, durch einen
Strichcode 32 erkannt und identifiziert werden, der an einer
Seitenwand 33 der Behälterschale, die dem entfernten
Abgabekopf 15 zugewandt ist, vorgesehen ist. Der Strichcode wird
an der Behälterschale 18 angebracht, wenn bestimmte Proben
in der Schale in das Steuersystem 16 eingegeben werden, und
die jeder Schale zugehörige Information ist daran
repräsentiert. Das Steuersystem 16 weist bevorzugt einen
programmierbaren Rechner auf, der den gewünschten Strichcode zu dem
Zeitpunkt, zu dem sich die Information in dem System
befindet, ausdrucken kann.
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Unter erneuter Bezugnahme auf Fig. 2 ist ersichtlich, daß
der Schalenhalteturm 11 ausgebildet ist, um eine Vielzahl
von Schalenanordnungen 17 zu haltern. Die genaue Zahl von
Schalenanordnungen 17 kann willkürlich vorgegeben sein.
Jeder Schalenturn 11 kann ohne weiteres aus dem automatischen
Probenanalysesystem 10 entfernt werden, indem die
Befestigungsbolzen 34 gelöst werden. Dadurch kann der Schalenturm
11 mit dem automatischen Probenanalysesystem lösbar
verbunden werden.
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Jede Schalenanordnung 17 liegt auf einem Regal 35, das in
einer ersten Nut 36 in jeder von einer ersten Seitenwand 37
und einer zweiten Seitenwand 38 des Schalenturms gleitend
abgestützt ist, so daß es entnehmbar ist. Die Nuten 36
verlaufen auf eine voneinander beabstandetel allgemein
parallele Weise von einer ersten offenen Fläche 39 in der
Zeichenebene zu einer zweiten offenen Fläche (nicht gezeigt)
hinter der ersten offenen Fläche 39. Die Nuten sind an einem
Ende angrenzend an eine der offenen Flächen geschlossen, wie
noch im einzelnen beschrieben wird. Jedes Regal 35 ist in
den ersten Nuten 36 in jeder von der ersten und der zweiten
Seitenwand 37 und 38 entnehmbar gehaltert, um eine
voneinander beabstandete, parallele und überlappende Anordnung von
Regalen 35 zu bilden, wobei die Zwischenräume zwischen den
Regalen ausgebildet sind, um die Probenschalenanordnungen 17
aufzunehmen.
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Eine entsprechende Vielzahl von zweiten Nuten 40 in jeder
von der ersten und der zweiten Seitenwand 37 und 38 verläuft
auf eine voneinander beabstandete, allgemein parallele Weise
von der ersten offenen Fläche 39 zu der zweiten Fläche
(nicht gezeigt). Die zweiten Nuten sind an einem Ende
angrenzend an eine der offenen Flächen geschlossen, die die
gleiche Fläche wie für die ersten Nuten 36 ist. Die zweiten
Nuten 40 sind ausgebildet, um die Abdeckelemente 20 auf
zunehmen und als Abstützung für die Bewegung des
Abdeckelements 20 nach oben oder unten innerhalb der Breite W der Nut
40 zu dienen. Die Breite W ist gewählt, um dem Abdeckelement
20 zu erlauben, sich in Breitenrichtung der Nut zu bewegen,
wie noch im einzelnen beschrieben wird.
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Bevorzugt ist eine selektiv betätigbare
Verriegelungseinrichtung 41 an einer der offenen Flächen 39 von wenigstens
einer Seitenwand 37 vorgesehen, um die offene Fläche 39
teilweise zu blockieren, um zu verhindern, daß die in den
Schalenturm geladenen Schalenanordnungen 17 aus der Öffnung
in dieser Fläche herausgedrückt werden. Die selektiv
betätigbare Verriegelungseinrichtung 41 weist bevorzugt ein eine
Vielzahl Vorsprünge aufweisendes Element 42 auf, das an
einem Rand der Seitenwand 37 durch irgendwelche geeigneten
Mittel (nicht gezeigt) gleitbar angebracht ist. Das
Vor-Sprünge aufweisende Element kann auf- und abbewegt werden,
so daß die Schalenanordnung 17 auf dem Turm 11 entnommen
oder in ihn eingeführt oder in ihrer Lage verriegelt werden
kann. Die Vorsprünge 43 des Elements 42 haben die Funktion,
mit dem Abdeckelement 20 in Eingriff zu gelangen, wenn die
Schalenanordnung 17 in ihrer Lage arretiert werden soll,
oder den freien Durchtritt des Abdeckelements zuzulassen,
wenn das Element 42 aus der Blockierposition nach oben
bewegt wird. Diese Bewegung kann entweder manuell durch
Bedienereingriff oder automatisch durch Verwendung eines
geeigneten Solenoids 44 erfolgen, das von dem programmierbaren
Steuersystem 16 gesteuert wird.
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Die Befestigungsbolzen 34 sind von den jeweiligen
Seitenwänden 37 und 38 des Turms 11 gehaltert, und diese bilden
zusammen mit einem oberen Teil 45 und einem unteren Teil 46
einen Schalenturmrahmen. Die Befestigungsbolzen 34 sind
ausgebildet, um in ein Schalenturmbewegungskarussell 47
geschraubt zu werden, wie in Fig. 1 gezeigt ist.
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Wenn der Schalenturm sterilisiert werden soll, werden die
Probenschalenanordnungen 17 aus dem Turm entnommen. Die
Regale 35 können eebenfalls aus dem Turm entnommen und
sterilisiert werden, wenn das gewünscht wird. Der Turm
selbst, der im wesentlichen den Rahmen mit dem oberen und
dem unteren Teil 45 und 46 und den Seitenwänden 37 und 38
aufweist, kann dann ebenfalls sterilisiert werden.
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Unter Bezugnahme auf die Fig. 7-9 werden weitere
Einzelheiten des automatischen Systems 10 zum Analysieren von Proben
erläutert. Insbesondere zeigen diese Figuren die
verschiedenen Einrichtungen zum selektiven Bewegen der Schalentürme
11 in eine Betriebsposition in bezug auf die Arbeitsstation,
die verschiedenen Elemente der
Schalenanordnungsbewegungseinrichtung und die Arbeitsstation selbst. Es ist erwünscht,
eine Vielzahl von Schalentürmen 11 zu verwenden, die an
einer Schalenturmbewegungseinrichtung oder einem Karussell
47 angeordnet sind. Das Karussell 47 weist eine
pfannkuchenförmige Platte auf, die die Arbeitsstation 12 umgibt. In
der Oberfläche des Karussells 47 sind Löcher 48 vorgesehen.
Diese Löcher sind mit einem Gewinde versehen, so daß die
Befestigungsbolzen 34 eines entsprechenden Schalenturms 11
in sie geschraubt werden können, um den Schalenturm auf dem
Karussell 47 anzubringen. Die Schalentürme sind in den Fig.
8 und 9 nicht gezeigt, um die übrigen Aspekte des
automatischen Systems 10 zum Analysieren von Proben besser zu
verdeutlichen.
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Eine Karussellantriebsscheibe 49 wird von einem Zahnriemen
50 angetrieben, der um die Antriebsscheibe 49 und eine
Zahnrolle 51 herumgeführt ist. Ein Schrittmotor 52 treibt die
Zahnrolle 51 über eine untersetzte Zahnrollen- und
-riemeneinheit 53. Die Betätigung des Schrittmotors wird von dem
Steuersystem 16 gesteuert und dient dazu, das Karussell 47
zu drehen, um einen gewünschten Schalenturm 11 in
betriebsmäßiger Zuordnung zu der Arbeitsstation 12 zu positionieren.
Das Karussell 47 ist auf einem Grundrahmen 54 mit Hilfe von
Prismenlagern 55 drehbar gelagert. Falls gewünscht, kann
aber jede geeignete Einrichtung zur drehbaren Lagerung des
Karussells 47 verwendet werden. Ebenso könnte jede
gewünschte
Antriebseinrichtung verwendet werden, die ausgebildet
ist, um einen gewünschten Schalenturm in betriebsmäßiger
Zuordnung zu der Arbeitsstation 12 selektiv zu
positionieren.
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Ein Paar von vertikalen Wellen 56 trägt die Arbeitsstation
12 zur Vertikalbewegung nach oben und unten entlang den
Achsen der Wellen 56. Die Wellen 56 sind in dem Rahmen 54
und an ihren entgegengesetzten Enden von einer
Wellenhalterung 57 gehalten. Ein Arbeitsstationstragrahmen 58 weist
Löcher 59 mit geeigneten Buchsen oder Lagern auf, um die
Gleitbewegung des Tragrahmens 58 entlang den Wellen 56 zu
ermöglichen. Eine Vertikalachse-Antriebsspindel 60 ist
vorgesehen, um den Tragrahmen 58, der die Arbeitsstation 12
trägt, entlang den Wellen 56 nach oben und unten zu treiben
Die Antriebsspindel 60 ist in der Wellenhalterung 57 mittels
Kugellagern 61 drehbar gelagert und ist außerdem in dem
Rahmen 54 mittels Lagern 62 drehbar gelagert. Die Bereiche
der Antriebsspindel 60, die drehbar gelagert sind, weisen
kein Gewinde auf. Außerdem weist der untere Bereich, der in
dem Grundrahmen 54 drehbar gelagert ist, eine angetriebene
Zahnrolle 63 auf, die von einem Zahnriemen 64 und einer
Rolle 65, die auf der Welle eines Schrittmotors 66 angebracht
ist, angetrieben wird. Die angetriebene Zahnrolle 63 hat
einen größeren Durchmesser als die Rolle 65, um eine
Untersetzungs-Antriebseinheit zu bilden. Der Schrittmotor 66 wird
von dem Steuersystem 16 gesteuert, um die Arbeitsstation 12
je nach Erfordernis nach oben und unten zu bewegen, um die
Operationen des automatischen Systems zum Analysieren von
Proben durchzuführen, wie nachstehend beschrieben wird.
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Unter spezieller Bezugnahme auf Fig. 9 werden die
Einzelheiten der Arbeitsstation selber beschrieben. Der bereits
beschriebene Arbeitsstationstragrahmen 58 ist zur Bewegung
entlang den Wellen 56 mittels linearer Lager 67 angeordnet.
Der entfernte Abgabekopf 15 ist zur Bewegung in einer Ebene
ausgelegt, die zu der Bewegungsebene senkrecht ist, die von
den Wellen 56 und der Antriebsspindel 60 definiert ist. Das
wird erreicht durch eine Führungsstange 68 und eine
Abgabekopf-Antriebsspindel 69. Der Abgabekopf 15 ist zur
Gleitbewegung auf der Stange 68 mittels Trockenlauflagern 70
ausgebildet. Die Antriebsspindel 69 ist durch ein Loch 71
geschraubt, um die gewünschte Bewegung des Abgabekopfs 15 von
einer Seite zur anderen relativ zu dem Tragrahmen 58 zu
ergeben.
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Bevorzugt werden in bezug auf die Antriebsspindeln 60 und 69
Totgang verhindernde Muttern 72 und 73 verwendet.
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Die Antriebsspindel 69 ist in Endlagerblöcken 74 und 75
drehbar aufgenommen, die ihrerseits an dem Tragrahmen 58
angebracht sind. Die Antriebsspindel ist in den
Endlagerblöcken 74 und 75 über Lager 76 und 77 drehbar aufgenommen.
Ein gezahnter Treibriemen 78 ist an einem Ende der
Antriebsspindel 69 befestigt. Ein Schrittmotor 79, der an dem
Tragrahmen 58 angebracht ist, treibt die Antriebsspindel 69 über
eine Zahnrolle 80 und einen Zahnriemen 81. Die Zahnrolle 80
hat einen relativ größeren Durchmesser als die getriebene
Zahnrolle 78, so daß in der Antriebseinheit eine
Untersetzung vorgesehen ist.
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Eine Photodioden-Lesekartenanordnung 82 ist an der
Unterseite des Tragrahmens 58 gehaltert. Diese
Lesekartenanordnung 82 dient in der Analysefunktion der Arbeitsstation
dazu, eine optische Eigenschaft der Proben in der
Schalenanordnung 17 zu bestimmen.
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Ein wichtiges Element des automatischen Systems 10 zum
Analysieren von Proben ist eine selektiv betätigbare
Schalenbewegungseinrichtung 13, die dazu dient, einen
Schalenbehälter 18 aus dem Schalenturm zu entnehmen und in die
Arbeitsstation zu bewegen, um Reagenzien in die Proben
abzugeben oder die Proben zu analysieren, und den
Schalenbehälter 18 nach Erfordernis zurück in den Schalenturm 11 zu
bewegen. Die Schalenbewegungseinrichtung 13 ist an dem
Tragrahmen 58 gehaltert und weist eine
Schalenantriebshalterung 83 auf, die an dem Tragrahmen 58 befestigt ist. In
der Halterung 83 sind zwei parallele, voneinander
beabstandete treibende Schraubenspindeln 84 vorgesehen, die in der
Halterung über Lager 85 drehbar gelagert sind. Die
Schalenantriebshalterung 83 ist an einem Ende der Antriebsspindeln
84 positioniert.
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Ein Bewegungsschlitten oder Schalenaufnahmekörper 86 ist
antriebsmäßig um die Antriebsspindeln 84 herum über Totgang
verhindernde Mutteranordnungen 87 gehaltert. Der Schlitten
86 trägt zwei parallele, voneinander beabstandete
Schalenaufnahmezinken bzw. -greifer 88 und 89. An den
entgegengesetzten Enden der Antriebsspindeln sind Treibrollen 90
angebracht, die von einem Zahnriemen 91 über eine Zahnrolle 92
getrieben werden, die ihrerseits von dem Schrittmotor 93
angetrieben-wird. Der Schrittmotor 93 wird von dem
Steuersystem 16 gesteuert, um die Zinken 88 und 89 auszufahren
oder zurückzuziehen, um jeweils eine Behälterschale 18 in
einer Ebene, die zu der Ebene der Bewegung des Tragrahmens
58 senkrecht ist, und in einer Richtung, die zu der
Bewegungsrichtung des entfernten Abgabekopfs 15 senkrecht ist,
hin- und herzubewegen.
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Über und unter der Schalenbewegungseinrichtung ist das
Probenanalysesystem oder -abtastsystem 94 und 82 gehaltert, das
einen Schalenblock 95, eine Öffnungen aufweisende Platte 96,
einen Faserbündelblock 97 und die Photodioden-Lesekarte 82
aufweist. Das Probenanalysesystem 94 und 82 ist im
wesentlichen das gleiche, das gewerblich in dem in der
Beschreibungseinleitung angegebenen MicroScan-System verwendet wird.
Der Schalenblock 95, die Öffnungen aufweisende Platte 96 und
der Faserbündelblock 97 sind ausgebildet, um in
Vertikalrichtung in der gleichen Richtung wie der Tragrahmen 58,
jedoch in bezug auf den Tragrahmen 58 hin- und herbewegt zu
werden. Die vorgenannten Elemente sind über
Optik-Befestigungselemente 99 an einem Optikblockrahmen 98 angebracht.
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Der Schalenblock 95, der Faserbündelblock 97 und die
Öffnungen aufweisende Platte 96 sind für eine Vertikalbewegung auf
dem Optikblockrahmen 98 über Zahnstangen 100 ausgebildet,
die gegen die Befestigungselemente 99 durch Federkraft
vorgespannt sind. Die Befestigungselemente 99 sind von zwei
Einrichtkugeln und einem Fixierkopf über drei
Positionierstifte festgelegt. Die drei Positionierstifte sind mit dem
Rahmen 98 verschraubt. Die Zahnstangen 100 sind in Öffnungen
101 in dem Optikblockrahmen 98 gleitend gehaltert. Wellen
102 sind in dem Rahmen 98 über Lager 103 drehbar
aufgenommen. Antriebsräder 104, die jeweils mit den Zahnstangen 100
ausgefluchtet sind, sind auf Wellen 102 gehaltert, deren
Achsen senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Zahnstange 100
verlaufen. Zahnrollen 105 sind an einem Ende der Wellen 102
gehaltert, um die Wellen anzutreiben. Die Zahnrollen 105
werden von einem Schrittmotor 106 und einem Zahnriemen 107
getrieben. Der Schrittmotor 106 wird von dem Steuersystem 16
gesteuert, um die Wellen 102 im Uhrzeigersinn oder im
Gegenuhrzeigersinn zu drehen, um die Zahnstangen 100 nach oben
oder unten zu bewegen und dadurch das Probenanalysesystem 94
aufwärts und abwärts in und außer Eingriff mit der
Unterseite einer entsprechenden Behälterschale 18 zu bringen, die
an der Arbeitsstation 12 angeordnet ist.
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Es ist zwar eine Anordnung vom Karusselltyp gezeigt, um den
jeweiligen Schalenturm 11 in betriebsmäßige Zuordnung zu der
Arbeitsstation 12 zu bewegen, aber es könnte jede gewünschte
Bewegungseinrichtung einschließlich verschiedener
Anordnungen vom Riementyp verwendet werden. Wie bereits beschrieben
wurde, weisen die Schalentürme 11 allgemein rechteckige
Rahmen auf, in denen eine Vielzahl von Schalenabstützregalen
35 abnehmbar gehaltert ist.
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Nach den Fig. 10-14 weist der Turm 11 bevorzugt auch eine
Einrichtung 108 auf, um das Abdeckelement 20 gegen die
Behälterschale 18 vorzuspannen, wenn sie in dem Turm
positioniert sind. Die Vorspanneinrichtung 108 und der Betrieb
der Schalenbewegungseinrichtung 13 und der Arbeitsstation 12
werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 10-14 beschrieben.
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Wie Fig. 10 zeigt, weist der Schalenturm 11 eine Seitenwand
37 mit entsprechenden Nuten 36 und 40 auf, wie bereits
beschrieben wurde. Ein Schalenregal 35 ist in der Nut 36
gehaltert, wohingegen das Abdeckelement 20 von der zweiten
Nut 40 des Schalenturms festgehalten wird. Es wird
festgehalten, weil die zweite Nut 40 an ihrem Ende an dem offenen
Raum 109 geschlossen ist. Ebenso wird das Schalenregal 35
von dem geschlossenen Ende der Nut 36 an dem offenen Raum
109 festgehalten. Die Schalenzinken 88 und 89 weisen an
ihren vorderen Enden eine Schrägfläche 110 auf, die die
Funktion hat, mit den Streifenbereichen 22 oder 23 in
Eingriff zu gelangen, um das Abdeckelement 20 von der
Behälterschalte 18 abzuheben, während sich die Zinken aufgrund
des Antriebs durch den Schrittmotor 93 in den Schalenturm
bewegen. Eine federnde Vorspanneinrichtung, die in Fig. 11
gezeigt ist, weist eine Kompressionsfeder 108 auf, die von
der Unterseite des nächstoberen Regals 35 abgestützt ist.
Der Zweck der Vorspanneinrichtung oder der Feder 108 ist es,
einen möglichst dichten Eingriff zwischen dem Abdeckelement
20 und der Behälterschale 18 sicherzustellen. Während sich
die Zinken in Richtung des Pfeils 111 in den Schalenturm 11
bewegen, hebt sich die Schalenabdeckung geringfügig, wie in
Fig. 12 gezeigt ist, und die Feder 108 wird
zusammengedrückt.
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Es wird nun auf Fig. 13 Bezug genommen. Nachdem die Zinken
88 und 89 vollständig in den Schalenturm vorwärtsbewegt
worden sind, wird der vertikal antreibende Schrittmotor 66
betätigt, um die Zinken 88 und 89 leicht zu heben. Dadurch
wird die Schalenabdeckung 20 vollständig von der
Behälterschale
18 abgehoben und in dieser Position von der
Schalenzinke 88 und der nicht gezeigten gegenüberstehenden
Schalenzinke 89 gehalten. Dies dient außerdem dazu, die
Behälterschale 18 in einer Ausnehmung 112 im unteren Rand der
Zinken 88 und 89 festzulegen. Die Feder 108 ist nunmehr
vollständig zusammengedrückt. Der geringfügige vertikale
Stoß in Richtung des Pfeils 113 genügt, um die
Behälterschale 18 in der Aussparung oder Tasche 112 festzulegen. Die
Behälterschale wird dann aus dem Schalenturm 11 durch
Bewegen der Zinken 88 und 89 in Richtung des Pfeils 114
zurückgezogen, wie Fig. 14 zeigt. Beim Herausziehen der
Behälterschale 18 aus dem Schalenturm 11 stellt die Vorspannfeder
108 die Schalenabdeckung 20 in ihre Normalposition an der
Unterseite der zweiten Nut 40 zurück. Das
Schalenabdeckelement 20 folgt den Zinken 88 und 89 nicht aus dem
Schalenturm aufgrund des geschlossenen Endes 109 der zweiten Nut
40, wodurch der Streifenbereich des Schalenabdeckelements 20
festgelegt wird.
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Um die Behälterschale 18 zu dem Schalenturm 11 zurück
zubringen, wird der Vorgang umgekehrt. Während sich die Zinken
88 und 89 in den Schalenturm 11 hineinbewegen, wird das
Schalenabdeckelement 20 gehoben, um den Eintritt des
Schalenbehälters 18 zuzulassen. Nachdem die Zinken vollständig
in den Schalenturm 11 eingeführt sind, wird der Schrittmotor
66 angestoßen, um die Zinken nach vertikal unten zu bewegen,
um den Schalenbehälter freizugeben. Die Zinken werden dann
aus dem Schalenturm zurückgezogen. Dann kann die
Arbeitsstation nach oben oder unten weiterbewegt werden, um eine
weitere Schale aus dem Schalenturm zu entnehmen.
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Bei dem bisher beschriebenen Betrieb des Systems wird die
Probenschalenanordnung 17 von dem Bediener in den
Schalenturm 11 eingeführt. Der steuernde Rechner 16 steuert die
Betätigung der entsprechenden, vorher beschriebenen
Schrittmotoren, um gewünschte Schalenanordnungen 17 einzeln aus
einem Schalenturm zu entnehmen und sie zu der Arbeitsstation
12 zu transportieren. Zu einem geeigneten Zeitpunkt wird
eine Schalenanordnung 17 aus dem Schalenturm entnommen, wenn
in die Proben in dem Schalenbehälter geeignete Reagenzien
eingebracht werden sollen. Dieser Reagensabgabevorgang
erfolgt unter Verwendung der jeweiligen Bewegungen entlang der
X- und der Y-Achse, die durch die Anwendung der
Schalenbewegungseinrichtung und der Bewegungseinrichtung für den
entfernten Abgabekopf erzielbar sind. Beispielsweise kann eine
Bewegung in X-Richtung erreicht werden durch geeignete
Steuerung des Schrittmotors 93, um den in den Zinken 88 und
89 gehalterten Schalenbehälter schrittweise unter den
Abgabekopr 15 zu transporrtieren. Eine Bewegung in Y-Richtung
wird erreicht durch schrittweises Bewegen des Abgabekopfs
von einer Seite des Tragrahmens 58 zur anderen unter
Einwirkung des Schrittmotors 79. Der steuernde Rechner 16
steuert die jeweiligen Betätigungen der Schrittmotoren, um
den Abgabekopr 15 zu der gewünschten Küvette 19 in dem
Schalenbehälter 18 zu bewegen, in die dannn ein gewünschtes
Reagens dosiert abgegeben wird.
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Der Abgabekopf 15 weist außerdem eine Leseeinrichtung R auf,
um den Strichcode 32 an der Seite 29 der Behälterschale 18
zu lesen. Das wird erreicht durch abtastendes Führen des
Abgabekopfs 15 quer über die Strichleseeinrichtung R. Die
Leseeinrichtung R weist einen Sensor an dem entfernten
Abgabekopf auf, um den Strichcode zu lesen, und ist auf
geeignete Weise mit dem Steuersystem 16 verbunden, um die zu
analysierende Probe zu identifizieren.
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Nach Beendigung der Abgabe eines Reagens durch die
jeweiligen Bewegungen der Schalenbewegungseinrichtung 13 und des
Abgabekopfs 15 entlang der X- und Y-Achse wird der
Schrittmotor 93 aktiviert, um die Zinken in einer Richtung
vorwärtszubewegen, um die Behälterschale 18 zurück in ihre
entsprechende Nut in dem Schalenturm 11 einzuführen, wie
unter Bezugnahme auf die Fig. 10-14 beschrieben wird. Der
steuernde Rechner 16 läßt dann die Inkubation der mit
zugefügten
Reagenzien beimpften Proben für einen bestimmten
Zeitraum zu, wonach die Behälterschale 18 erneut aus dem
Turm entnommen wird, indem die unter Bezugnahme auf die Fig.
10-14 beschriebene Abfolge wiederholt wird, und zu der
Arbeitsstation 12 zurücktransportiert wird.
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Dabei wird die Analyse auf eine Weise durchgeführt, die
derjenigen gleicht, die in der Beschreibungseinleitung unter
Bezugnahme auf das MicroScan-System erläutert wurde. Wenn
sich die Behälterschale in der Arbeitsstation 12 befindet,
werden der jeweilige Schalenblock, die Öffnungen aufweisende
Platte und der Optikblockrahmen durch Betätigung des
Schrittmotors 106 in Eingriff mit der Unterseite der
Behälterschale 18 gebracht. Nach Beendigung der Analyse auf eine
herkömmliche Weise und Speicherung der Resultate in dem
steuernden Rechner 16 wird der Schalenblock durch Betätigung
des Schrittmotors 106 gesenkt, und die Schalenzinken bringen
den Schalenbehälter wieder in den Schalenturm zurück. Zu
diesem Zeitpunkt kann der Schalenbehälter je nach Wunsch zur
Aufbewahrung oder zur Entsorgung entfernt werden. Alternativ
kann er, falls gewünscht, in dem Schalenturm für eine
weitere Inkubationsperiode zurückgehalten werden, und der
soeben beschriebene Analysevorgang kann anschließend an die
Inkubationsperiode wiederholt werden.
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Es wurde bereits beschrieben, daß das Schalenabdeckelement
20 eine Aussparung 26 aufweist, die eine schräge Umfangswand
28 definiert, die die Funktion hat, die Behälterschale
relativ zu dem Abdeckelement zu zentrieren. Dieser Vorgang
wird unter Bezugnahme auf die Fig. 10-14 unter der
Einwirkung der Vorspannfeder 108 erreicht. Wenn der
Schalenbehälter 18 unter geringer Fehlausrichtung relativ zu dem
Abdeckelement 20 wieder in den Turm 11 eingesetzt wird, kann
das Abdeckelement 20 ihn ordnungsgemäß ausfluchten. Das ist
möglich, weil beim Eingriff des Abdeckelements 20 mit der
Behälterschale 18 beim Zurückziehen der Zinken 88 und 89 die
schräge Fläche 28 die Funktion hat, die Behälterschale
relativ zu dem Abdeckelement zu bewegen, das an einer Bewegung
durch die Seitenwände gehindert wird, um die Behälterschale
zu zentrieren und einen guten abdichtenden Eingriff zwischen
dem Abdeckelement und der Behälterschale zu erreichen.
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Die Inkubation in der Vorrichtung wird bevorzugt bei ca.
37 ºC ±3º durchgeführt. Da verschiedene Tests verschiedene
Inkubationsdauern erfordern, wird der steuernde Rechner 16
so eingerichtet, daß jede Schalenanordnung 17 auf der Basis
der Tests ausgelesen wird, die für die Proben in der
jeweiligen Behälterschale 18 gewünscht werden. Das System 10
gemäß der Erfindung ist ausgebildet, um Schalen zu lesen,
die verschiedene Tests durchlaufen, da die
Analysefunktionen, die Reagensabgabefunktionen und die Inkubationsdauern
durch Software bestimmt werden. Mit dem System 10 ist es
möglich, kinetische Meßwerte zu erhalten, da die
verschiedenen Meßwerte über einen Zeitraum erhalten werden können,
so daß Untersuchungen der Wachstumsraten für jede bestimmte
Küvette 19 erhalten werden können.
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Die Leseanordnung zur Analyse umfaßt eine
Lichtquellenanordnung, die 96 faseroptische Leitungen von einer
Lichtquelle aufweist. Jede faseroptische Leitung ist unter
jeweils einer Vertiefung in der Schale vorgesehen. Über der
Schale wird eine Lochplatte oder einfach der Lichtsensor
verwendet. Das Licht wird von einer Lichtquelle geliefert,
die von dem Ende des Lichtleiterbündels durch eine geeignete
Farbscheibe getrennt ist, die das Licht entsprechend den
verschiedenen Tests filtert. Bevorzugt weist die Farbscheibe
neun Farben auf, obwohl normalerweise nur sieben Farben
gelesen werden. Die Farbscheibe und die
Lichtquellenanordnung sind, wie bereits beschrieben, im wesentlichen von dem
Typ, der bereits mit dem autoSCAN-System verwendet wird, das
in der Beschreibungseinleitung angegeben ist. Alle sieben
Messungen werden für jede Küvette 19 durchgeführt, und die
zugehörige Software des Steuersystems 16 scheidet alle nicht
notwendigen Meßwerte für jede Vertiefung aus. Nachdem eine
bestimmte Behälterschale 18 vollständig analysiert ist,
leuchtet eine lichtemittierende Diode D an dem Gehäuse H
entweder auf oder wird abgeschaltet, um anzuzeigen, daß die
Schale analysiert worden ist und entfernt oder durch eine
andere Schale ersetzt werden kann.
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Die Betriebsweise des entfernten Abgabekopf 15 wurde zwar im
einzelnen beschrieben, aber nachstehend wird auf die Fig. 15
und 16 Bezug genommen, die die Reagenszuführeinrichtung 14
im einzelnen zeigen. Die Reagenszuführeinrichtung 14 weist
eine Vielzahl von Reagenszuführbehältern 115 auf, die
entfernt von der Arbeitsstation 12 angeordnet sind, und weist
eine selektive Abgabeeinrichtung auf, um eine gewünschte
Menge eines Reagens aus einem entsprechenden der Reagens
zuführbehälter 115 selektiv abzugeben. Eine geeignete Leitung
117, die in Fig. 1 zu sehen ist, verbindet jeden Behälter
115 mit einer entsprechenden Abgabeöf fnung 118 in dem
Abgabekopf 15, der in Fig. 9 gezeigt ist. Es gibt also ebenso
viele Leitungen 117 und Abgabeöffnungen 118, wie Behälter
115 in der Reagenszuführeinrichtung 14 angebracht sind.
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Die selektive Abgabeeinrichtung weist eine Abgabestation 116
auf, in der die Reagensbehälter 115 angeordnet sind, um an
der Abgabestation vorbeibewegt zu werden.
Dosiereinrichtungen sind an der Abgabestation vorgesehen, um die aus dem
gewählten Reagensbehälter 115 abgegebene Reagensmenge zu
bemessen. Bevorzugt weisen die Reagensbehälter 115 Spritzen
auf, die einen Behälterkörper 120 und einen Kolben 121
aufweisen. Ein geeigneter Spritzenansatz 122 wird verwendet,
um die Spritze 115 mit der Leitung 117 zu verbinden.
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Es wird bevorzugt, die Spritzen an der Abgabestation 116
vorbeizubewegen, indem die Spritzen in einem Karussell 123
gehaltert sind, das ausgebildet ist, um die Spritzen an der
Abgabestation 116 vorbeizubewegen. Es sind Mittel
vorgesehen, um das Karussell 123 selektiv zu bewegen, um eine
gewünschte der Spritzen 115 an der Abgabestation 116 zu
positionieren.
Das Karussell 123 ist auf einer Welle 124
angebracht, die in einer Abstützbasis 125 über Lager 126 drehbar
gelagert ist. Ein Schrittmotor (nicht gezeigt) in der Basis
125 ist antriebsmäßig mit der Welle 124 verbunden und bewegt
unter dem Einfluß des Steuersystems 16 das Karussell 123
schrittweise weiter, um einen gewünschten Behälter 115 an
der Abgabestation 116 zu positionieren. Das Steuersystem 16
koordiniert nicht nur die Bewegung eines gewünschten
Reagensbehälters zu der Abgabestation 116, sondern steuert auch
die Reagensmenge, die an der Abgabestation daraus zugemessen
wird, in Übereinstimmung mit der zum Empfang des Reagens
angeordneten Probe.
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Die Spritzen 115 sind in dem Karussell 123 lösbar gehaltert.
Das wird erreicht, indem ein Abgabekörpergehäuse-Tragring
127 um die Welle 124 herum vorgesehen und ein
Abgabekörpergehäuse 128 über den Ring 127 aufgesetzt wird. Das Karussell
123 ist dann auf dem Ende der Welle 124 abgestützt. Ein
bewegbarer Spritzenbefestigungsblock 129 ist angeordnet, um
die Spritzen durch Eingriff mit einem Flansch 130 des
Spritzenbehälterkörpers 120 von unten abzustützen. Der
Befestigungsblock 129 ist auf zwei Paßstiften 131 angebracht, die
parallel zueinander angeordnet und zur Gleitbewegung in
Löchern 132 in dem Abgabekörpergehäuse 128 angeordnet sind.
Eine Spritzenlösewelle 133 ist ebenfalls gleitbar in dem
Gehäuse 128 angebracht, um von einer Feder 134 nach oben
vorgespannt zu sein. Das untere Ende der Welle 133 ist an
dem Befestigungsblock 129 befestigt.
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Das Karussell 123 weist eine Serie von Schlitzen 135 um
seinen Außenumfang auf, durch die der Spritzenansatz 122
treten kann, aber die Schulter 136 der Spritze liegt von
unten an der Karussellplatte an. Um also im Betrieb die
Spritze in die Karussellanordnung einzusetzen, wird die
Welle 133 nach unten gedrückt, um den Befestigungsblock 129
zu senken. Die Spritze 115 wird dann eingesetzt, so daß der
Spritzenansatz 122 durch einen Schlitz 135 vorspringt, und
die Welle 133 wird dann losgelassen, so daß unter der
Federvorspannung der Block 129 mit dem Flansch 130 in Eingriff
gelangt, um die Spritze sicher in der Karussellanordnung zu
befestigen, indem sie zwischen dem Befestigungsblock 129 und
der Karussellplatte 123 durch Federkraft vorgespannt ist.
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Die Karussellplatte 123 kann in Abhängigkeit von ihrer Größe
jede gewünschte Anzahl von Spritzen aufweisen. Eine
Dosiereinrichtung 119 ist an der Abgabestation 116 angeordnet, die
selber tangential zu dem Karussell 123 positioniert ist. Die
Dosiereinrichtung 119 weist einen Amboß 137 auf, der für
eine Bewegung in Längsrichtung der gewünschten Spritze an
der Abgabestation 116 angeordnet ist. Der Amboß ist an einem
beweglichen Schlitten 138 abgestützt. Der Schlitten ist zur
Gleitbewegung entlang vertikalen Wellen 139 angeordnet, die
an einem Ende in der Basis 125 und an einem
entgegengesetzten Ende in einem Rahmen gehaltert sind, der an der Basis
befestigt ist und seitliche Stangen 140 und eine Querstange
141 aufweist. Gleitlager oder lineare Lager werden
verwendet, um den Schlitten 138 auf den Wellen 139 anzubringen.
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Eine Antriebsspindel 142 ist in der Querstange 141 drehbar
aufgenommen und verläuft durch die Basis 125, in der sie
ebenfalls drehbar gelagert ist. Die Antriebsspindel ist
antriebsmäßig mit einem Schrittmotor (nicht gezeigt)
verbunden, der durch die Antriebsverbindung zwischen der
Antriebsspindel und dem Schlitten 138 dazu dient, den
Schlitten 138 und den Amboß 137 in der Vertikalrichtung hin- und
herzubewegen, d. h. nach vertikal oben oder unten unter
Steuerung durch das Steuersystem. Durch Bewegen des Ambosses
in Längsrichtung der Spritze 115 ist es möglich, den Kolben
121 in den Körper 120 zu drücken, um die gewünschte Menge
von Reagens abzugeben.
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Das Steuersystem 16 steuert den Schrittmotor, der mit der
Antriebsspindel 142 verbunden ist, um den Amboß 137 zwischen
jeweiligen Positionen anzutreiben. Diese umfassen eine erste
oder Referenzposition, in der er mit der Spritze überhaupt
nicht in Eingriff ist, eine zweite oder Abgabestartposition,
in der er erstmals an dem Kolben 121 angreift, und eine
dritte oder Endposition, in der er den Kolben in den Körper
120 drückt, um die gewünschte Reagensmenge abzugeben. Das
Steuersystem 16 koordiniert die Bewegung des Karussells 123,
um die gewünschte Spritze an der Abgabestation zu
positionieren, und steuert außerdem über den Schrittmotor (nicht
gezeigt) die Bewegung des Ambosses 137 zwischen seinen
jeweiligen Positionen, um die gewünschte Reagensmenge
abzugeben. Das Steuersystem 16 weist einen Lagefühler 143 auf,
um den Ersteingriff zwischen dem Amboß und dem Kolben 121 zu
erfassen und infolgedessen den Amboß zu veranlassen, sich in
seine dritte Position zu bewegen. Bei dieser Ausführungsform
ist die Karussellplatte 123 ausgebildet, um sich in beiden
Richtungen um etwas weniger als 360º zu bewegen, um die
Reagensbehälter relativ zu der Abgabestation auszufluchten.
Jede Spritzenposition ist ebenso wie die Referenzposition
codiert. Bei der Suche nach einer bestimmten Spritze wird
der Sensor von den Schlitzen 135 aktiviert, und der Rechner
kann erkennen, welche Spritze sich an der Abgabestation
befindet. Wenn eine bestimmte Spritze nicht an der
Abgabestation positioniert wird, bevor der Fühler den Referenzschlitz
erreicht, wird die Richtung des Karussells umgekehrt, bis
der Fühler die bestimmte Spritze findet.
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Die beschriebene Vorrichtung ist ausgebildet, um einen
Schalenbehälter 18 innerhalb von ungefähr sieben Sekunden in
einen Schalenturm 11 zu laden bzw. daraus zu entnehmen, und
eine gleiche Zeitdauer wird benötigt, um die Proben in der
Schale zu analysieren. Zusätzlich zu dem Lagefühler 143 kann
die Vorrichtung eine Reihe von weiteren Fühler- und
Codiereinrichtungen aufweisen, um dem Steuersystem zu ermöglichen,
den Betrieb auf die beschriebene Weise zu steuern.
Beispielsweise werden Codierer an den X- und Y-Achsenantrieben
während des Abgabevorgangs verwendet. Verschiedene optische
Sensoren vom Unterbrechertyp werden verwendet, um den Rand
der Behälterschale, die Zinkenruheposition, die Abgabekopf-
Referenzposition usw. zu erfassen.
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Es wird bevorzugt, wie in Fig. 8A gezeigt ist, von dem
Rahmen 98 gehalterte Rollenlager B zu verwenden, auf denen die
Zinken 88 und 89 laufen, wenn sie ausgefahren werden, um die
Schale aus dem Schalenturm 11 zu entnehmen. Das trägt dazu
bei, die Stabilität der Schalenbewegungseinrichtung 13 zu
verbessern.
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Das Steuersystem 16 wurde nicht im einzelnen beschrieben, es
weist aber bevorzugt eine programmierbare Rechnersteuerung
auf, wie sie allgemein bekannt ist. Es liegt sicher im
Rahmen des fachmännischen Könnens, eine solche Vorrichtung zu
programmieren, um die gewünschten Sequenzen wie beschrieben
ablaufen zu lassen.
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Die in der Beschreibungseinleitung genannten Patente,
Patentanmeldungen und Veröffentlichungen sollen hier
summarisch durch Hinweis aufgenommen werden.
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Es versteht sich, daß die vorstehend beschriebenen
Ausführungsformen der Erfindung nur beispielhaft sind und der
Fachmann Modifikationen vornehmen kann. Die Erfindung soll
daher nicht als durch die gezeigten Ausführungsformen
eingeschränkt angesehen werden und wird nur durch die
Definition gemäß den beigefügten Patentansprüchen begrenzt.